暴雨山洪灾害预警方法研究进展

暴雨山洪灾害预警是中小流域山洪灾害防控体系的薄弱环节,也是决定山洪灾害防控成败的关键。论文围绕山洪灾害预警的核心问题,从中国山洪灾害区域差异特征、山洪灾害预警技术方法、山洪灾害概率预警现状3个方面进行了综述。中国山洪灾害分布存在明显的时空差异,因此有必要根据山洪灾害的区域差异发展有针对性的预警方法。以临界雨量为指标的雨量预警是目前中国中小流域暴雨山洪灾害预警的主要技术手段,但常规方法仅给出一个(组)确定的临界雨量阈值,导致预警结果存在突出的不确定性问题。概率预警可以定量评估诸多不确定性,给出山洪灾害概率预警结果,因此具备很好的理论优势与潜在应用价值。论文展望了山洪灾害概率预警未来的研究重点与方向：(1)充分挖掘暴雨洪水样本信息,开展山洪灾害概率预警基础方法与技术集成研究;(2)加强非平稳性条件下的临界雨量阈值估算与山洪灾害概率预警研究;(3)综合考虑预警阈值发生概率及其致灾概率,优化“多级预警、多级响应”技术方法,推进山洪灾害综合预警业务系统建设与应用。     

基于参数最优地理探测器的江西省山洪灾害时空格局与驱动力研究

江西省是我国山洪灾害严重的省份之一,但目前缺乏对该省山洪灾害时空格局和驱动因子全面系统的研究.该文根据全国山洪灾害调查项目江西省1950-2015年山洪灾害数据集,对江西省山洪灾害时间分布特征、空间分布规律、主要影响因子分布趋势与灾害重心迁移格局进行挖掘;在此基础上,运用参数最优地理探测器对降雨和地形两种连续型因子生成最优离散化因子,分别探测江西省全域范围和流域范围山洪灾害的主要驱动因子及作用机制.结果表明:全域范围江西省降雨因子解释力明显强于地形因子,其中历时短、重现期长的10 min强降雨对山洪灾害的解释力最强,且在特定地形条件与降雨交互作用后呈非线性增强;流域范围降雨多为山洪灾害的主导因子,但各流域的降雨主导因子差异明显,地形因子解释力更强,多数流域最大交互作用的双因子为降雨与地形因子,表明流域内因降雨和地形产生明显的山洪灾害空间分异特征.研究结果可为山洪灾害区划、防治等研究提供科学依据.     

闽江上游地区山洪灾害风险评估*

以1994年5月的山洪作为典型案例,分析了闽江上游地区存在山洪灾害风险的自然原因和人文原因。通过山洪灾害的强频分析和以灾变系数为指标揭示了闽江上游地区山洪灾害风险的空间分布规律,结果表明,同一频度的山洪强度量度都是从西北向东南减少,且其灾变性在源地附近较强,离源地越远越弱。     

城市灾害社会脆弱性研究热点问题评述与展望

对城市灾害社会脆弱性研究的热点问题及趋向进行了深入的梳理和总结。研究发现,现阶段社会脆弱性研究已经成为城市灾害脆弱性的重要研究范式,但学者们在城市灾害社会脆弱性综合维度的界定、脆弱性评估方法构建、社会脆弱性与灾害种类相关性判读以及研究尺度选取等方面存在明显的争议。对这些争议进行了深入探讨,并对未来城市灾害社会脆弱性研究进行了展望,以期为中国城市防灾减灾工作提供科学参考。     

城市山洪灾害多目标评估方法探讨

本文针对目前城市山洪灾害的突出问题, 分析了国内外研究状况和发展趋势; 探讨了城市 山洪灾害多目标评估系统方法,包括山洪灾害泛滥范围的危险区划、城市易损性分析、城市山洪 灾害损失评估和风险评价四个主要内容。关于山洪孕灾环境、致灾因子和承灾体的社会经济状 况, 本研究提出一套基于GIS 的从数据采集→空间属性数据库建立→评价指标体系选择→预测 评价分析→山洪灾害危险性评价与风险区划的技术路线和方法体系。山洪灾害危险区划采用地 貌学和数值模拟方法; 以高分辨率遥感卫星影像为数据源, 分析了城市土地覆盖类型, 应用GIS 进行了山洪灾害损失评估和风险评价。山洪灾害多目标评估可用于指导城市洪泛区不同危险、风 险地带的土地利用规划与决策, 从而达到规避风险和减灾的目的, 并为山洪灾害影响区的居民提 供灾害风险信息, 以作为避难和防洪的依据。     

基于图聚类神经网络的江西省山洪灾害危险性区划研究

目前山洪灾害区划中常用的传统聚类方法大多仅考虑区划基础空间单元的属性特征,很少考虑基础空间单元的结构信息。该文同时考虑区划基础空间单元的属性和结构特征,提出基于图聚类神经网络的山洪灾害危险性区划方法,以江西省小流域为区划的基础空间单元,构建图聚类神经网络模型,根据聚类有效性指标确定最佳聚类数,并通过碎屑图斑合并获得16个山洪灾害危险性同质性区域,最后利用地理探测器和江西省历史山洪灾害点数据对区划结果进行验证和评价。结果显示：基于图聚类神经网络模型的江西省山洪灾害危险性区划结果与历史山洪灾害点的地理探测器q值达0.792,比传统的K-means和Ward聚类方法分别提高了0.386和0.104,能较好地刻画江西省山洪灾害危险性的空间分异格局。通过融合属性和结构特征有助于提升区划效果,可为江西省市县级政府部门制定因地制宜的山洪灾害防治管理措施提供辅助决策,同时也可为其他自然地理区划提供新的方法参考。     

基于GIS的山洪灾害风险区划

通过探讨应用地理信息系统技术编制山洪灾害风险区划图的方法。以1:25万地理底图为基础,对影响山洪形成与泛滥的地形坡度、暴雨天数、河网缓冲区、标准面积洪峰流量、泥石流分布密度和洪灾历史统计六项因子进行了分析和叠合评价,完成了红河流域的山洪灾害危险评价图。以人口密度、房屋资产、耕地百分比、单位面积工农业产值作为指标进行了易损性分析,并借助于GIS分析工具,将危险评价图与易损性图进行叠加分析,完成了红河流域的山洪灾害风险区划图。区划结果表明GIS方法能够有效地对影响山洪形成与泛滥的因子数据层进行空间集成分析。该风险区划图可通过对山洪易泛区的不同风险地带的土地利用规划的决策而减轻山洪灾害;此外,也为山洪易泛区的居民提供有关山洪风险信息。     

西南地区山洪灾害时空分布特征及其影响因素

山洪灾害时空特征和影响因素是山洪评估与管理的重要内容。根据1960-2015年中国西南地区历史山洪资料,采用线性回归、标准差椭圆、空间自相关和Logistic回归模型,深入分析了西南地区山洪灾害时空分布特征及其影响因素。结果表明：① 西南地区年度山洪灾害频次呈指数增长,年际变化呈现出稳定（1960-1980年）、缓慢波动增加（1981-1998年）、快速增加（1999-2015年）3个阶段;月际特征明显,山洪主要发生在每年6-8月,尤以7月频次最高;② 西南地区山洪灾害空间差异性显著,灾害高密度区主要集中于滇中高原地区、四川盆地和周边山地单元,山洪灾害数量分布呈显著的空间正相关,空间集聚特征明显（Moran's I指数为0.127、Z = 5.784、P = 0.007）;③ 西南地区历史灾害点的重心在年内存在明显的向正西方向移动的趋势,年内标准差椭圆转角均逐渐弱化,长轴逐渐变长,短轴逐渐变短;④ 降雨因子对山洪的影响度最高,人类活动因子次之,地表环境因子最低,降雨因子中1 h降雨量对山洪的影响最强,优势比值达到3.654。研究结果可为西南地区山洪灾害形成机理、监测预警研究,实施防灾减灾措施等提供科技支撑。     

浙江省余姚市室内财产洪水脆弱性曲线——基于台风菲特(201323)灾后问卷调查

脆弱性用于量化承灾体在不同致灾因子强度下的损失率,是灾害系统特性的重要组成部分。灾害损失及危险性实际案例数据不足,是脆弱性定量研究的重要制约因素。研究面向台风菲特(201323)造成的余姚市室内财产洪水灾害,首先给出了脆弱性曲线及刻画二级不确定性的概念图;其次设计了灾害调查问卷并实地开展调查形成386份有效问卷;然后,基于调查数据分析了室内财产损失率随洪水淹没水深增加的变化特点;最后,用Logistic函数拟合了8条室内财产洪水脆弱性曲线,并利用Beta函数对脆弱性曲线的二级不确定性进行了量化。结果表明:室内财产较少或收入较低的家户或商户的受灾概率更高;室内财产损失率与淹没水深的关系可以分为渐增―快增―缓增3个阶段;不同水深区间的损失率不确定性分布存在差异,快增阶段的二级不确定性要高于渐增和缓增阶段;室内财产损失率与淹没时长之间缺乏统计意义上的显著相关。研究结果可以有效地描述浙江省余姚市室内财产洪水脆弱性,可为灾后损失评估、巨灾模型应用等提供有效的参数输入。     

基于居民健康的城市高温热浪灾害脆弱性评价——研究进展与框架

随着全球气候变化和城市热岛效应增强,近年来城市高温热浪灾害在世界各地频繁发生,给城市居民健康和社会经济带来了极大的负面影响。目前,国内已有的高温热浪灾害研究大多关注热浪强度、发生频率、持续时间等灾害特征,以城市居民健康作为承灾体的城市高温热浪灾害脆弱性研究尚不多见,相关的评价框架和方法亟待梳理和完善。本文从高温热浪灾害脆弱性的研究主题、脆弱性框架和定量化方法三个方面系统梳理了高温热浪灾害脆弱性国内外研究进展;在广义脆弱性概念框架的基础上完善了基于"暴露—敏感—适应能力"的高温热浪灾害脆弱性评价概念框架,并梳理了相应的指标体系;强调通过自然环境、社会经济、居民感知等多角度的定性、定量数据综合表征城市居民高温热浪灾害脆弱性,以期为高温热浪灾害脆弱性评价提供理论与方法支持,并为规避高温热浪灾害风险、响应高温热浪紧急事件及适应气候变化等提供科学指引。     

中国山地灾害研究进展与未来应关注的科学问题

本文首先简要回顾了山地灾害研究与防治方面的新进展：认识了山地灾害的空间分布规律,建立了山洪、泥石流、滑坡危险性评价方法;发展了滑坡稳定性分析的原理和计算方法,建立了泥石流流体应力本构关系、泥石流流速流量和冲击力计算公式、粘性泥石流起动模型,提出了山洪和泥石流规模放大效应;基于降雨和地面成灾环境要素耦合分析,发展了山地灾害气象预报方法;基于对灾害物理特性的认识,研发了一系列灾害监测预警仪器、数字流域平台与智能手机网络相结合的山洪预警系统;发展了灾害治理工程技术,形成了适合欠发达地区特点的灾害治理技术体系。在此基础上,分析了在灾害形成、运动、预测预报、防治技术和风险管理等方面还需要进一步深化研究的问题,提出山地灾害学科今后面临的任务。最后,针对国家减灾需求和学科发展目标,提出灾害对生态的响应机制、气候变化对山地灾害的影响与巨灾预测、水—土耦合的细观结构力学、灾害风险的理论与方法、基于灾害形成理论的机理预报模式、灾害防治技术规程的健全等未来应该关注的科学技术问题。     

中国台风强度等级与可能灾害损失标准研究

台风灾害给中国沿海地区造成了严重损失,进行台风风险评估将为台风灾害有效规避提供科学依据,探讨台风强度等级和灾害损失之间的关系是台风风险定量评估的基础。利用1954-2008年间登陆中国东南沿海的174场成灾台风路径数据和对应的灾情记录数据,对台风强度等级和承灾体(农作物、人口、房屋和社会经济)的8项指标的损失数量关系进行分析,并对台风强度等级与各项损失率指标之间的关系进行拟合,得出各项灾损指标的损失率曲线。基于台风强度等级划分标准和损失率曲线,建立了适合于我国的四个强度等级的台风灾害损失标准划分方案:微度、轻度、中度和重度,对应的损失率用承灾体的社会经济指标来表征。研究表明:当台风强度等级达到第4等级时,灾害造成的损失率均有较大幅度的增加。本文构建的台风灾害损失标准可为进一步定量评估承灾体脆弱性及损失风险提供依据和参考。     

基于小尺度的城市暴雨内涝灾害情景模拟与风险评估

自然灾害情景模拟与风险评估是灾害研究的核心内容和热点问题之一,但城市自然灾害风险评估至今却缺乏统一的程序与范式。本文选择了城市频发的暴雨内涝灾害为研究对象,结合上海市静安区实证研究,提出了一套基于小尺度的城市暴雨内涝灾害风险评估的思路与方法。基于灾害风险的基本理念,从致灾因子分析、脆弱性分析和暴露分析三方面入手,探讨不同情景下的小尺度城市暴雨内涝灾害情景模拟与风险表达方式;提出了小尺度城市暴雨内涝灾害风险评估宜采用情景模拟和综合分析方法,充分考虑城市的内部地形特征、降水、径流和排水等因素,创建一个基于GIS栅格的城市内涝模型,并基于多种重现期灾害情景,更客观地模拟内涝积水深度和淹没面积;采用多次实地调查获得的内涝损失数据,拟合出居民房屋和室内财产的灾损曲线;利用灾损曲线评估脆弱性、暴露要素和损失,建立超越概率-损失曲线,创建了基于GIS栅格城市暴雨内涝灾害的风险评估模型与范式,为制订城市暴雨内涝灾害风险管理和规划奠定了基础。这亦为进一步开展小尺度城市自然灾害情景模拟和风险评估研究提供了一种新探索。     

山洪视角下社区韧性影响因素及其定量分析

山洪灾害具有广泛性、突发性、破坏性等特征,开展山洪易发区的社区韧性评估,从而提高灾害应对能力是当前防灾减灾的前沿热点和难点。论文提出了一套多学科的综合方法：(1)利用中介效应明晰了山洪视角下社区韧性评价体系各指标间的定量化传递关系;(2)构建了基于决策实验室分析和解释结构模型的耦合数学模型,确定社区韧性影响因素的多级递阶解释结构模型,分析社区韧性的差异化影响因素;(3)采用信息扩散方法,定量分析山洪灾害社区韧性的变化趋势并排序。以粤北山洪易发区为例,从城镇、村落、城乡结合部3种类型社区进行灾害韧性分析。结果表明：山洪视角下的社区韧性指标体系是一个多维度多层次的复杂网络系统,包括环境、社会、心理、制度和信息沟通5个方面;不同类型社区灾害韧性的直接影响因素呈差异化特征,而供排水设施建设和洪灾应急演练为社区韧性的根本影响因素,对增强山洪视角下社区韧性发挥本质性作用;由于调研村落多位于山洪频发区,居民防范灾害、减轻灾害影响的意识较强,村落较城镇和城乡结合社区呈现出更高的韧性。研究可为提升粤北山洪易发区社区韧性及社区防灾减灾能力提供科学参考,该综合分析方法亦可为其他类型灾害的精细化防灾减灾提供支...     

前期土壤湿度和降雨对小流域山洪预警指标的影响评估

山洪灾害临界雨量预警指标受多种因素影响,尤其是前期土壤湿度状况和降雨变化。基于分布式水文模型和情景分析法确定安徽省岳西流域的山洪灾害临界雨量集合,评估前期土壤湿度状况、雨型和预警时段对临界雨量变化的影响。研究表明：① 中国山洪水文模拟系统在研究区内具有较好的适用性,率定期和验证期的平均径流深和洪峰流量相对误差均在15%以内,平均峰现时间误差在1h以内,平均Nash-Sutcliffe系数为0.79和0.77;② 60种情景模式下,池墩组村的临界雨量集合为141~528 mm;③ 前期土湿状况和雨型均显著影响临界雨量变化,随着土壤饱和率从0.20分别增加到0.50和0.80,临界雨量分别减少13.7%~16.2%和26.8%~31.8%;短历时预警时,临界雨量由大到小的相应雨型分别为减弱雨型、中间雨型和增强雨型。研究可为山洪灾害预报和早期预警提供理论支持,也为中国山洪灾害防治提供参考和借鉴。     

县域尺度下的宝鸡市农业洪水灾害脆弱性评价及区划

为探究农业洪水灾害发生机理和降低洪水灾害对农业生产的不利影响,以宝鸡市为例,利用辖区内2014年降水数据与2015年社会经济统计资料,依据自然灾害脆弱性理论,从易损性和适应性2个因子着手,选取了年降水量等12个分指标,构建了宝鸡市农业洪水灾害脆弱性评价指标体系,运用均方差赋权法确定权重,利用ArcGIS 10.2技术以县域尺度视角对研究区农业洪水灾害脆弱性进行了综合评价与区划。结果表明：（1） 高易损性区主要集中在岐山县、金台区等年降水量较高且耕地比重较大的区县。（2） 高适应性区主要包括渭滨区、金台区等经济发达地区。（3） 高脆弱性区为太白县、千阳县;较高脆弱性区为陇县、麟游县、岐山县、扶风县;中等脆弱性区为陈仓区、凤翔县;低脆弱性区为金台区、渭滨区、眉县、凤县。整体来看,宝鸡市农业水灾高脆弱区集中分布在辖区东北部,宝鸡市政府及有关部门应加强水灾风险研究,根据各区县的地理环境特征和经济发展水平来因地制宜调整土地利用结构和农业种植结构,重视防洪工程建设,降低农业水灾脆弱性以减轻农业洪水灾损。     

福建省山洪灾害危险性评价

福建省山洪灾害频发,造成的损失十分严重,开展山洪灾害危险性评价,对于防灾减灾具有重要意义。本文结合福建省山洪灾害的时空分布特征,从致灾因子和孕灾环境出发,选取多年年均降雨量、坡度、NDVI、土壤类型、土地利用类型等10类影响因子。利用CF模型和Logistic回归模型确定各因子与其分类级别的权重,应用皮尔逊相关系数法对因子间独立性进行检验。并利用历史山洪点与ROC曲线对评价结果进行验证。研究结果表明:(1) 100年一遇最大24 h降雨量、土地利用类型及地形起伏度是影响福建省山洪灾害的三个主要因素;(2)极低危险区、低危险区、中危险区、高危险区、极高危险区占全省总面积的比例分别为63. 1%、14. 2%、4. 5%、5. 9%、12. 3%;(3)福建省东部、南部、东南部的沿海地区以及北部、西部的个别低山地区处于高危险或极高危险区;(4)在仅占研究区面积12. 3%的"极高危险区"的较小范围内,实际发生山洪点数占山洪点总数的比例高达65. 8%,训练样本和验证样本的ROC曲线下面积AUC值也分别达到0. 876和0. 891,两种方式都说明山洪危险性评价结果较好。可为福建省山洪灾害防治提供科学依据和支持。     

风暴潮灾害脆弱性研究综述

脆弱性是自然灾害风险研究的热点,风暴潮灾害脆弱性与风暴潮自然过程强度以及沿海社会经济、人口、自然环境等因素相关。本文从风暴潮灾害脆弱性定义出发,对国内外风暴潮灾害社会脆弱性和物理脆弱性进行了回顾,重点对人口、海堤、房屋等风暴潮灾害典型承灾体物理脆弱性研究进展进行了论述,分析了风暴潮灾害脆弱性评价中存在的不确定性,探讨了风暴潮灾害脆弱性在灾害损失评估、保险及再保险、防灾减灾决策支持等领域的应用,对未来风暴潮灾害脆弱性研究提出了以下展望：①开发符合中国沿海区域风暴潮灾害特征和承灾体分布的定量化、精细化脆弱性曲线,拓展风暴潮脆弱性评价结果在保险理赔、灾害损失评估等领域应用;②气候变化背景下中国沿海面临风暴潮巨灾风险,迫切需要建立科学的基于灾害实地踏勘以及物模实验、数值模拟相结合的风暴潮灾害典型承灾体脆弱性评估方法模型。     

基于社会脆弱性的中国高温灾害人群健康风险评价

本研究通过综合考虑高温胁迫、社会脆弱性和人口暴露,提出基于社会脆弱性的高温灾害风险评价框架,结合气象数据、遥感数据、社会经济数据构建多元数据融合的评价指标体系,开展全国分县高温灾害风险评价。研究结果表明,高温灾害脆弱性热点区域主要集中在中国新疆西部、豫西皖北交界处、四川盆地、洞庭湖流域、广西境内珠江流域;而华中地区湖北江汉平原和湖南洞庭湖流域、西南地区四川省和重庆市交界处的四川盆地、华东地区江浙沪一带、华南珠江流域,则是中国突出的高温灾害风险热点区。高温灾害脆弱性热点区和高温灾害风险热点区的分布出现比较明显的差异,高温灾害脆弱性热点区主要分布于高温胁迫较高或社会经济较差的不发达地区,区域人群由于经济上的适应能力较差而受到高温威胁的概率较大;而高温灾害风险则强调灾害一旦发生时的可能损失,其热点区域主要分布于人口聚集、经济较为发达的大城市区域。就主导因子分区来说,高温胁迫主导区域主要为平原、盆地以及大江大河流域,社会脆弱性主导区域主要位于经济欠发达地区以及脆弱性人群聚集区;人口暴露主导区域则主要集中在人口密集的中心城市和沿海地区。     

近20年来沿海地区风暴潮灾害脆弱性评价

采用1990~2009年风暴潮灾害损失数据,选择中国东部沿海地区11个省市为研究对象,借鉴沿海脆弱性指数(Coastal Vulnerability Index,CVI)方法的评估思路,构建风暴潮灾害脆弱性指数SSVI(Storm Surge Vulnerability Index,SSVI),采用加法模型评价中国沿海省区风暴潮灾害的物理脆弱性。结果表明:沿海地区风暴潮脆弱性存在较大年际变化;高和很高脆弱性等级主要分布于东南沿海各省区,低和很低脆弱性等级主要分别于北部沿海各省区,而中等脆弱性等级空间分布则变化较大。