河池市大石山区洪涝区地理空间数据库研究与应用_黄晓林.pdf

广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（1）河池市地貌主要是喀斯特地貌，境内山峦起伏，地形地貌复杂，是名副其实的大石山区，河池市大石山区洪涝灾害有以下特点：洪涝区点多面广、汇流时间短、突发性强。目前，大部分山区洪涝灾害预警预报都是在降雨发生后，根据流域各个水文、雨量站实时数据做出预测。而这种方式起不到一个真正预防灾害的作用，通常只能在洪涝灾害发生前20 min发出预警，一旦灾害发生，人们很难在短时间内撤离。本文利用多源数据，对河池市洪涝灾害隐患点进行分析，建立河池市大石山区洪涝区地理空间数据库，应用于河池市洪涝灾害预警预报。1多源数据概况（1）水利部门。从水利部门获取2016年全市易涝区调查表，共收集到11个县116个乡镇578个涝区资料。具体资料包含：易洪易涝区地名、涝区面积、涝区人口、耕地面积、灾情简单描述、涝区涉及河流、成涝原因等。（2）应急水利部门。应急现场及时的航空影像数据可谓是救援救灾工作的“眼睛”，相比普通的可见光视频航拍，不论是正射影像图还是三维模型数据都含有更为丰富精确的地理信息数据1，受淹区域大面积高精度正射影像数据可以用于洪水、内涝分析。（3）气象部门。气象历史数据资料是对一个地区特定历史时期天气、气候状况的观测记载2，可以从气象部门获取实时或历史1 h广西自动站雨量实况图（广西区气象台根据全区2858个站点数据绘制）、6 min 河池市雷达图（雷达布设在河池市境内），1 km分辨率多源融合降水实况产品，网格定量降水预报产品等。（4）水文部门。实时数据包含：水文、雨量站点5 min实时监测数据，实时视频监控，应急情况下人工监测。历史数据包含：汛期降水量摘录表、日月年降水量表、洪水摘录表等。基础数据包含：站网分布图、水系图、流域图等。调查资料包括：洪水调查测量记录、历史洪水调查表等。（5）数据共享平台。通过相关服务平台，获取河池市范围内30 m分辨率DEM数据，土地利用现状图、全球卫星地图等。2洪涝区水量分析2.1洪涝区地理空间分布易涝区调查表收集到的易洪易涝区地名包含县、乡、村、屯，但缺少具体的东经北纬等信息，可以利用全球卫星地图收集相应易洪易涝区的地理信息（东经、北纬、高程等），河池市共有578个涝区，可以收集到1352个屯一级的洪涝灾害隐患点，利用GIS应用软件点绘河池市洪涝灾害隐患点地理空间分布（见图1）。收稿日期2022-12-12作者简介黄晓林（1983-），女（壮族），广西都安人，河池水文中心水情科科长，学士，主要从事水文情报预报工作。新技术研究与应用 河池市大石山区洪涝区地理空间数据库研究与应用黄晓林1，覃毅2（1.河池水文中心，广西河池547000；2.河池水文中心南丹水文中心站，广西南丹547200）摘要利用河池市易涝区调查表、灾区航空影像数据、气象雷达图、实况降雨量、实时水文数据、DEM数据、全球卫星地图等多源数据，对河池市洪涝灾害隐患点开展洪涝灾害分析。分析各隐患点涝区水量、集水面积、次洪降水量、雨量阈值，及洪涝灾害隐患点地理特征及分布规律。形成河池市大石山区洪涝区地理空间数据库，与气象、应急等部门共享成果，服务社会。关键词易涝区调查表；气象雷达图；GIS；雨量阈值；地理特征；河池市中图分类号P338文献标识码A文章编号1003-1510（2023）01-00013-0413DOI:10.16014/ki.1003-1510.2023.01.028图1河池市洪涝灾害隐患点地理空间分布2.2洪涝区集水面积圈划对全市578个洪涝区逐一进行集水面积圈划，在GIS应用软件中配准河池市DEM数据，对DEM数据进行填洼处理、流向提取、流量计算、河网矢量化，再利用GIS叠加洪涝灾害隐患点、河流、水文站、雨量站，在洪涝区最低点设置倾斜点（流域出口断面），利用GIS自动绘制倾斜点以上流域面积。2.3洪涝区水量计算在GIS应用软件中利用DEM数据，绘制洪涝区流域1 m等高线，根据易涝区调查表中涝区面积、灾情描述、涝区涉及河流等资料确认洪涝区水面等高线，计算水面面积、水体体积。当受淹区域有航空影像图数据时，可以利用GIS叠加卫星DEM数据，修正水面面积。有实测的水深值、洪水调查测量记录的也可以用来修正水体体积。3洪涝区降水量分析强降水是洪涝灾害形成的主要原因，从易涝区调查表提取洪涝发生时间，从水文气象历史数据调取相应时间点该区域降水量。无资料地区借鉴邻近站点降水量资料进行分析，但需要做资料适用性评估，下面以环江县大才乡大麻村中小河流洪涝为例，探讨降水量资料适用性评估的必要性。3.1研究区概况环江县大才乡大麻村，流域面积143 km2，流域三面环山中间有低丘陵，丘陵两侧分别为清潭河、大才河，两河于大才乡大麻村坡谷屯汇合，2015年在汇合口下游1 km建设大才水文站，同期在流域内布设上古赖、中赵、下寺、大才4个专用雨量站，分别距离流域中心4.8、5.6、3.4、5.5 km，无基本雨量站。流域附近的基本雨量站有拉门、环江、金城江、安马站，分别距离流域中心23.0、7.7、28.3、18.2 km。3.2历史降水资料分析以流域内专用雨量站算数平均值为流域面雨量参考值，在流域内没有专用站的情况下，一般采用流域附近建站较早的基本雨量站资料推求流域面平均雨量，根据2015年以来实测资料，选取大才水文站洪水涨幅在0.78 m以上的几场强降水进行对比，发现基本雨量站算数平均值比专用雨量站算数平均值偏差5.496.1 mm（见表1），误差原因：一是基本站距流域中心太远，二是降雨空间分布不均，三是地形对降雨的影响，四是降雨成因影响。表1基本站、专用站面平均雨量对比时间2015-07-272015-08-282017-04-212020-06-072020-09-07大才水文站洪峰/m203.45203.43204.31205.03205.78涨幅/m1.800.782.312.413.84面平均雨量（算数平均法）/mm基本雨量站50.158.665.556.0135.0专用雨量站76.864.0115.5110.2231.1差值-26.7-5.4-50.0-54.2-96.13.3历史降水资料校正易涝区调查表灾情统计所涉及的年份跨越19832016 年，其中灾情较严重的年份为 1998、2008、2015、2016年，如果易涝区流域内有基本雨量站点，可直接移用基本雨量站点历史监测数据，如果是无资料地区，可以利用GIS叠加河池市降水雷达图、全球大气再分析产品，分析降水数据，校正无资料地区历史降水资料。20世纪70年代中后期，广西河池等气象台装备波长为3 cm的711型国产天气雷达，进一步提高了广西对雷雨大风、冰雹、大暴雨等强对流天气的监测能力3。国家气象信息中心于2013年底启动全球大气再分析工作，成功研制出1979年以来全球大气再分析产品，与国际第三代全球大气再分析产品质量相当，2021年5月向全社会公开发布4。4洪涝区径流深分析4.1喀斯特谷洼内涝径流深喀斯特谷洼四面环山，当强降雨产生的径流，不能及时排出时，就会在在谷底形成内涝，称为喀黄晓林，覃毅:河池市大石山区洪涝区地理空间数据库研究与应用14广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（1）斯特谷洼内涝。为研究喀斯特谷洼内涝径流深，假设谷底内涝为一个水库，有入流也有出流，当入流大于出流时，水位持续上涨，水库水位达到最大值，当入流小于出流时，水位开始下降，当入流趋于零或可忽略不计时，退水曲线会有一个退水转折点，退水速度加快。喀斯特谷洼内涝发生时，最关注最高水位，参考河段水量平衡方程，内涝径流深等于内涝区最大水量除以洪涝区集水面积。4.2沿江内涝径流深洪水漫堤形成的内涝，称为沿江内涝。2020年9月7日，环江县大才站上游支流清潭河发生洪水漫堤，形成内涝，在大才水文站下游40 m处回归河道，该场洪水过程实际径流量应该是大才水文站径流量加分流水量。经洪水调查结合航空影像图分析受淹区域分流水量为4.2万m3。大才乡大麻村流域呈扇形，清潭河、大才河流域面积分别为 76.1、66.9 km2，河道比降分别为8.51、7.18。查广西壮族自治区产汇流分区图大才乡大麻村产流属第四分区，汇流属非岩溶地区三分区，将流域面积、比降数据带入m1、n值分区经验公式，计算n、K值，推求瞬时单位线，再根据实时降雨，推求各支流洪水过程，合成流量即为流域出口流量。经单位线计算，9月7日大才乡大麻村流域面平均雨量244.5 mm，径流深112.4 mm，大才水文站次洪径流深（已还原分流水量）112.5 mm，由此可见，单位线法推求沿江内涝径流深是可行的。5洪涝区分布规律5.1隐患点土地利用现状根据 2018 年 30 m 分辨率土地利用现状图，1352个屯一级的洪涝灾害隐患点，511个为耕地（其中水田342个），444个为园地（其中茶园312个），48个为林地。5.2涝区四周坡度情况根据30 m分辨率DEM数据，利用GIS工具统计各县区涝区四周坡度，有以下规律：一是沿江易涝区四周坡度大部分在515之间，最大不超过35（天峨、巴马县1535）；二是喀斯特谷洼易涝区四周坡度大部分在3555之间，最小不低于15（宜州、罗城、环江等县区1535）；三是除东兰、凤山县成涝原因只有喀斯特谷洼易涝外，其余县区沿江易涝、喀斯特谷洼易涝均有分布。各县（市、区）涝区四周坡度统计见表2。表2各县区涝区四周坡度统计表县（市、区）金城江区宜州区罗城县环江县南丹县天峨县东兰县巴马县凤山县都安县大化县成涝原因沿江易涝喀斯特谷洼沿江易涝喀斯特谷洼沿江易涝喀斯特谷洼沿江易涝喀斯特谷洼沿江易涝喀斯特谷洼沿江易涝喀斯特谷洼喀斯特谷洼沿江易涝喀斯特谷洼喀斯特谷洼沿江易涝喀斯特谷洼沿江易涝喀斯特谷洼涝片个数112396518122544222371567518179207134涝区四周坡度515355551515355151535、355551515355151535153535553555153535551535515、15353555515、15353555涝区四周坡地分类斜坡峭坡斜坡陡坡斜坡陡坡、峭坡斜坡陡坡斜坡陡坡陡坡峭坡峭坡陡坡峭坡陡坡斜坡、陡坡峭坡斜坡、陡坡峭坡5.3河池市暴雨空间分布情况河池市山脉多分布于行政区域边缘，北面九万大山，西北面凤凰山、东风岭，西和西南面都阳山、青龙山等山脉。河池市地处亚热带季风区，暴雨成因为偏南季风吹送的水汽，故迎风坡多雨，背风坡少雨。根据河池水文中心 河池市灾害性洪水防御对策分析研究 总结，河池市暴雨高值区基本位于地势较高的迎风坡上，河池市总体降雨量空间分布不均，东西部降雨量差异显著，降雨量由西向东逐渐递增。5.4洪涝区分布规律洪涝区分布与暴雨空间分布高度重合，与地形密切相关。河池市涝区个数前三名分别为：金城江区151个，大化县105个，宜州区83个，东兰县最少7个。金城江区和大化县的涝区大部分都分布在地势较高的迎风坡上，东兰县属于背风坡，故降雨偏少，涝区相对也最少。河池市总降雨量由西向东逐渐递增，故东面地势较低的宜州区涝区相对也较多。6洪涝区雨量阈值计算假设洪涝区流域是一个闭合流域，根据水量平衡方程，洪涝区降水量等于洪涝区产流量（径流深）、蒸发量、土壤蓄水量增量之和。根据易涝区调查表获取的洪涝发生场次，分析每场洪涝灾害的洪15涝区降水量、产流量，结合广西壮族自治区产汇流分区，分析蒸发量、土壤蓄水量增量规律，分析各隐患点不同前期雨量值、不同时段的致灾雨量阈值。河池市大石山区部分洪涝区雨量阈值成果见表3。表3河池市大石山区部分洪涝区雨量阈值成果表村南丹县城关镇月里雅陇车河纳巴（长岗岭）板林（更尧）屯小场社区甲拉雅陇车河社区纳巴板林内涝水量/万m3/332.83132.00128.0665.77808.1433.16集水面积/km2/38.6667.85274.3086.34226.6945.53次洪降雨量/mm150.5281.5140.5141.5197.0123.0产流分区444455前期10 d雨量/mm97.3193.3127.5204.0294.0224.5雨量阈值/mm1 h61.861.544.563.581.567.53 h118.5116.888.0113.5163.092.01 d129.5190.397.5136.5197.0120.5涉及的支流铜江甲拉河山洪刁江山洪山洪成涝原因消水洞太小，容易堵塞，造成内涝7雨量阈值预警应用河池市洪涝灾害隐患点，点多面广，中小河流洪水汇流时间短、突发性强，以气象短临预报为先导，以雨量阈值为预警控制条件，对延长洪涝灾害预见期、减少灾害损失具有重大意义。2022年6月20日0时河池市气象发布暴雨红色预警，值班员利用GIS应用软件把气象雷达图配准到河池水文站网分布图，发现大才乡大麻村流域将出现大暴雨，触发洪涝灾害雨量阈值预警信号，0时30分环江水文中心站发布洪水蓝色预警，预计未来13 h大才河大才乡河段将出现超警洪水。0103时流域出现大暴雨，流域面平均雨量分别为66.9、45.1、56.8 mm，03时55分大才水文站水位超警，06时10分大才水文站出现206.98 m洪峰水位，超警2.0 m。大才水文站属中小河流水文站，临近的雨量站点流域汇流时间不足1 h，以气象短临的暴雨红色预警为基础，研判雨量将达致灾阈值，提前发布预警信息，为党委政府提供科学依据，为低洼地带、内涝区、沿江危险区群众转移赢得更多的时间。由于易涝区调查表获取的洪涝发生场次不多，分析样本有限，分析出的雨量阈值有待进一步检验。参考文献1邓廷起，陈骏明，徐勋江.依托无人机航空摄影测量技术实现精准应急J.浙江国土资源，2019（9）：3.2王沛东，侯灵，孙周军，等.广东省历史气象报表文件的数据库存储与服务J.科技与创新，2021（12）：3.3杨年珠.广西气象事业 50 年发展概论J.广西气象，1999，20（4）：3.4周自江，曹丽娟，廖捷，等.水文气象信息概述：观测，融合与再分析J.气象，2022，48（3）：272-283.（责任编辑：窦波元）Study and application of flood zone geospatial database for rockymountainous areas of Hechi CityHUANG Xiao-lin1,QIN Yi2(1.Hydrology Center of Hechi City,Hechi 547000,China;2.Nandan Hydrological Central Station,HydrologyCenter of Hechi City,Nandan 547200,China)Abstract:By use of multi-source data of Hechi City such as the questionnaire of waterlogging prone areas,aerial image data of disaster area,weather radar map,actual rainfall,real-time hydrological data,DEM data,global satellitemap etc.,flood disaster analysis was conducted for the flood prone areas in Hechi City,including the analysis offlood water quantity,water catchment area,secondary flood precipitation,rainfall threshold,geographical featureand distribution regularity,so as to form the flood zone geospatial database of rocky mountainous areas in HechiCity which is shared with meteorological,emergency and other departments.Key words:Questionnaire of waterlogging prone areas;weather radar map;GIS;rainfall threshold;geographical feature;Hechi City黄晓林，覃毅:河池市大石山区洪涝区地理空间数据库研究与应用16