王丹青,許有鵬,王思遠(yuǎn),王 強(qiáng),袁 甲,胡尊樂
(1. 南京大學(xué) 地理與海洋科學(xué)學(xué)院,江蘇 南京 210023; 2. 江蘇省水文水資源勘測(cè)局,江蘇 常州 213022)
受季風(fēng)氣候和復(fù)雜地形的影響,洪澇災(zāi)害已成為中國(guó)自然災(zāi)害中影響最嚴(yán)重的災(zāi)害之一[1-2]。據(jù)統(tǒng)計(jì),1984—2008年間,中國(guó)暴雨洪澇災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失平均每年為537億元[3]。其中平原地區(qū)面對(duì)洪澇災(zāi)害的脆弱性較其他地區(qū)更為突出[4]。太湖流域經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口集中,以占全國(guó)4.4%的人口創(chuàng)造了10.2%的GDP;作為典型的平原河網(wǎng)區(qū),區(qū)內(nèi)地勢(shì)低平、河網(wǎng)密布,洪澇災(zāi)害頻發(fā),給區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成巨大損失[5]。流域內(nèi)人類活動(dòng)諸如水利工程建設(shè)、城市不透水面擴(kuò)張等,不僅影響產(chǎn)匯流過程,也會(huì)引起極端洪水事件頻率發(fā)生改變[6]。因此探討太湖平原河網(wǎng)區(qū)在不同城鎮(zhèn)化背景下暴雨洪水重現(xiàn)期的變化規(guī)律,能提高區(qū)域應(yīng)對(duì)極端水文事件的能力,為平原河網(wǎng)區(qū)的防洪安全提供參考。
過去幾十年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者基于水文統(tǒng)計(jì)、模型模擬等方法,已開展了眾多暴雨洪水重現(xiàn)期變化的分析研究[7]。不少研究表明,氣候和下墊面環(huán)境是引起洪水量級(jí)變化的兩大主要因素。Chien等將多種氣候模式與SWAT模型相結(jié)合,模擬伊利諾斯河流域未來(lái)的水流變化,發(fā)現(xiàn)未來(lái)情景下,10年和100年一遇的洪水重現(xiàn)期趨于增加[8]。城鎮(zhèn)化背景下隨著建設(shè)用地增加,洪峰和洪量均有明顯增加[9]??焖俪擎?zhèn)化的深圳地區(qū)布吉河流域,由于下墊面變化,使得100年、50年和20年一遇的洪水最大洪峰流量分別增加了20.2%,23.0%和28.9%[10]。雷超桂等[11-12]應(yīng)用HEC-HMS模型模擬下墊面變化對(duì)洪水重現(xiàn)期的影響,發(fā)現(xiàn)流域下墊面不透水率的增加使得洪水重現(xiàn)期有所提前。以往運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法研究暴雨洪水重現(xiàn)期的研究多是選取某一場(chǎng)或幾場(chǎng)典型場(chǎng)次的暴雨洪水作為研究對(duì)象,分析研究區(qū)的暴雨洪水特點(diǎn)[13-15],僅側(cè)重于某一典型場(chǎng)次的暴雨洪水過程;基于模型模擬的方法探討暴雨洪水重現(xiàn)期變化,能充分考慮城鎮(zhèn)化發(fā)展背景下下墊面不透水面積增加對(duì)暴雨洪水頻率的影響并揭示其影響機(jī)制。然而,基于水文模型的研究多位于資料完備的自然流域,對(duì)于圩垸、閘站等水利工程控制的平原河網(wǎng)地區(qū),由于水流往復(fù),流量監(jiān)測(cè)難度較大,人類活動(dòng)影響明顯,相關(guān)暴雨洪水重現(xiàn)期的研究較少。
本文以太湖腹地為例,基于長(zhǎng)時(shí)間序列降雨水位資料,運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法定量對(duì)比分析多年來(lái)武澄錫虞區(qū)典型代表站點(diǎn)常州站、白芍山站暴雨洪水重現(xiàn)期變化規(guī)律并探究其成因。武澄錫虞區(qū)為太湖腹地典型的高度城鎮(zhèn)化平原河網(wǎng)地區(qū),自20世紀(jì)90年代,城鎮(zhèn)用地面積開始快速增加,對(duì)該區(qū)域降雨產(chǎn)匯流環(huán)境產(chǎn)生影響,導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)暴雨洪澇問題嚴(yán)峻[16]。為保證該地區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)安全,加快了閘泵、圩垸等水利工程的建設(shè)和投入使用。而城鎮(zhèn)用地和水利工程的運(yùn)行均會(huì)對(duì)該地區(qū)暴雨洪水響應(yīng)規(guī)律產(chǎn)生影響,且該地防洪能力對(duì)于太湖流域下游地區(qū)重要城市的防洪安全有很大影響。因此,在變化環(huán)境下,探討武澄錫虞區(qū)暴雨洪水重現(xiàn)期的變化規(guī)律,能為該地區(qū)防洪減災(zāi)提供技術(shù)參考。
圖1 武澄錫虞區(qū)地理位置及典型雨量水位站點(diǎn)
武澄錫虞區(qū)位于太湖流域北部,北臨長(zhǎng)江、南瀕太湖,是太湖流域典型的平原水網(wǎng)區(qū)(見圖1)。該流域季風(fēng)氣候顯著,雨量充沛,多年平均降雨量1 050 mm,且降雨量年際變化較大。每年5—10月受梅雨天氣和臺(tái)風(fēng)影響,降水量集中、易形成洪水災(zāi)害。武澄錫虞區(qū)行政分區(qū)主要包括江蘇省常州市、無(wú)錫市,均為人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大中城市,集中了大量人口和社會(huì)財(cái)富,面臨著巨大的洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。常州站與白芍山站是能反映武澄錫虞區(qū)主要河湖水位變化的控制點(diǎn),也是構(gòu)成水網(wǎng)的主要節(jié)點(diǎn),資料系列長(zhǎng),與周邊水文站水文資料有穩(wěn)定關(guān)系,且該區(qū)域內(nèi)的其他站點(diǎn)受潮位等其他因素影響較大,因此,選擇常州站和白芍山站作為該區(qū)域的代表站點(diǎn)。常州站處于常州市中心城區(qū)的運(yùn)北防洪大包圍內(nèi),為高度城鎮(zhèn)化地區(qū);白芍山站位于無(wú)錫市胡埭鎮(zhèn),為圩外城郊地區(qū),分別代表了武澄錫虞區(qū)高度城鎮(zhèn)化地區(qū)與城郊地區(qū)的降雨水位狀況。
選用1960—2015年常州國(guó)家雨量站的逐日降水?dāng)?shù)據(jù)、常州(京杭運(yùn)河)水位站監(jiān)測(cè)的逐日水位數(shù)據(jù)、年最大24 h降雨量、閘泵建成時(shí)間與數(shù)量及1968—2015年白芍山站逐日降水、水位數(shù)據(jù)、年最大24 h降雨量作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),其中根據(jù)有關(guān)基面和地面沉降已對(duì)水位數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)。借助皮爾遜Ⅲ型頻率曲線進(jìn)行頻率擬合及克里金插值技術(shù)得出常州站56年間(白芍山站48年間)暴雨洪水重現(xiàn)期變化規(guī)律。遙感資料主要以1991,2001與2014年Landsat TM和ETM遙感影像資料作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
1.2.1時(shí)間序列分析 累積距平法是由曲線直觀判斷離散數(shù)據(jù)點(diǎn)變化趨勢(shì)的一種非線性統(tǒng)計(jì)方法,若曲線變化趨勢(shì)有明顯拐點(diǎn),則一般認(rèn)為是突變的結(jié)果[17]。文中借助累積距平法對(duì)水位序列做了突變分析,其計(jì)算式為:
(1)
重現(xiàn)期的計(jì)算需借助于皮爾遜Ⅲ型(P-Ⅲ)頻率曲線,該曲線在水文中應(yīng)用廣泛。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)P-Ⅲ型分布對(duì)我國(guó)大部分河流的水文資料擬合較好[18],適用于反映某一地區(qū)水文變化的規(guī)律性。
1.2.2還原計(jì)算法 復(fù)雜的人類活動(dòng)使平原水網(wǎng)區(qū)下墊面狀況發(fā)生了顯著變化,使得水位系列的一致性假設(shè)受到了挑戰(zhàn)。針對(duì)非一致性頻率計(jì)算方法已有較多研究[19]。主要途徑有向前還原或向后還現(xiàn)方法,“向前還原”法中的“前”一般界定為未大量興建水利工程時(shí)的狀況,考慮到由于下墊面環(huán)境受人類活動(dòng)干擾強(qiáng)烈;若采用“向前還原”法,所產(chǎn)生的水位也不會(huì)回到天然狀態(tài),且“向前還原”法存在精度不高的問題。因此選擇“向后還現(xiàn)”的方法來(lái)處理水位系列的一致性問題,主要針對(duì)下墊面變化前后最高水位與最大24 h降雨對(duì)應(yīng)的場(chǎng)次洪峰水位進(jìn)行修正。 基于還現(xiàn)途徑的方法有多種,采用變異點(diǎn)前后系列與同一參數(shù)分析法[18],其原理為:首先,需要檢驗(yàn)汛期最高水位的變異性,確定變異點(diǎn)位置τ,則可將變異點(diǎn)前后水文系列表示為x1,x2,…,xτ和xτ+1,xτ+2,…,xn。假設(shè)變異點(diǎn)前后水位漲幅與其相應(yīng)時(shí)間累積降雨的相關(guān)關(guān)系分別為Xb=fb(p)和Xa=fa(p),則累積降雨在變異前后不同時(shí)期所產(chǎn)生的水位漲幅差值可表示為ΔX=Xb-Xa,以此差值作為水位修正值,即可實(shí)現(xiàn)極值水位系列向變異前后某一時(shí)期的修正。
選取常州站1960—2015年年最大24 h降雨與對(duì)應(yīng)洪峰水位、白芍山站1968—2015年年最大24 h降雨與對(duì)應(yīng)洪峰水位,借助箱線圖統(tǒng)計(jì)不同年代時(shí)最大24 h降雨與對(duì)應(yīng)洪峰水位的變化規(guī)律,結(jié)果如圖2所示。
圖2 常州站和白芍山站最大24 h降雨與同場(chǎng)次洪峰水位分時(shí)段統(tǒng)計(jì)
由圖2可見,1960—2015年間,武澄錫虞區(qū)最大24 h降雨整體上呈現(xiàn)先增后降的變化趨勢(shì),但洪峰水位在不同地區(qū)則表現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。常州站最大24 h降雨與同場(chǎng)次洪峰水位變化趨勢(shì)基本一致,整體上表現(xiàn)為先增后降的變化趨勢(shì);在1960—1990年間,常州站最大24 h降雨與同場(chǎng)次洪峰水位均呈不斷增加的趨勢(shì),到20 世紀(jì)90年代,最大24 h降雨與對(duì)應(yīng)的洪峰水位均達(dá)到最大值;90年代太湖流域極值水位居高不下[20],該時(shí)期太湖流域極端降雨事件頻發(fā);自2000年開始二者均呈現(xiàn)下降趨勢(shì),2000年以來(lái)太湖流域降雨有所減少,水位也有相應(yīng)降低。白芍山站年最大24 h降雨表現(xiàn)為先增后降的變化趨勢(shì),而其對(duì)應(yīng)的洪峰水位整體上則呈上升趨勢(shì);自2000年以來(lái),降雨有所下降,而洪峰水位均值則呈上升趨勢(shì),表現(xiàn)出“小(中)雨高水位”現(xiàn)象。
暴雨洪水頻率計(jì)算主要是對(duì)汛期暴雨洪水的統(tǒng)計(jì)分析,選用常州站1960—2015年、白芍山站1968—2015年每年汛期(5—10月份)最高水位與年最大24 h降雨對(duì)應(yīng)場(chǎng)次的洪峰水位進(jìn)行還現(xiàn),消除變異前后極值水位的非一致性。累積距平法可從曲線直觀判斷離散數(shù)據(jù)點(diǎn)的變化趨勢(shì),其曲線變化趨勢(shì)的拐點(diǎn)一般認(rèn)為是突變的結(jié)果。運(yùn)用累積距平法計(jì)算常州站(白芍山站)年最高水位序列突變點(diǎn),結(jié)果如圖3所示。
圖3 常州站和白芍山站水位突變分析
圖4 常州站和白芍山站汛期最高洪峰水位修正結(jié)果
可見,常州站突變點(diǎn)為1986年,白芍山站突變點(diǎn)為1988年,突變年份與現(xiàn)有研究結(jié)果基本一致[21],主要受水利工程等人類活動(dòng)影響所致。參考該區(qū)水文條件變化,將常州站洪水位劃分為1960—1986年與1987—2015年兩個(gè)序列,白芍山站洪水位劃分為1968—1988年與1989—2015年兩個(gè)序列,將變異前最高水位與最大24 h對(duì)應(yīng)場(chǎng)次洪峰水位還現(xiàn)至變異后階段。采用超定量抽樣法選取集中在5—10月的回歸樣本,樣本數(shù)量為110個(gè),選取場(chǎng)次暴雨洪水的水位漲幅和起漲時(shí)段的累積暴雨量。突變前后回歸線的相關(guān)系數(shù)均大于顯著性水平α=0.01時(shí)所要求的最小相關(guān)系數(shù),水位漲幅和累積雨量相關(guān)性顯著。常州站汛期水位修正結(jié)果如圖4所示,基本做負(fù)修正,即修正到突變后的年最高水位低于突變前,表明人類活動(dòng)導(dǎo)致區(qū)域突變后的水位漲幅有所降低,這可能與城市防洪工程的建設(shè)有關(guān)。白芍山站汛期水位修正結(jié)果如圖4所示,修正到突變后的年最高水位高于突變前,這可能和白芍山站處于圩外地區(qū)有關(guān)。
首先計(jì)算常州站1960—2015年與白芍山站1968—2015年最大24 h降雨與汛期最高水位的經(jīng)驗(yàn)頻率,再運(yùn)用皮爾遜曲線進(jìn)行頻率適線,得出年最大24 h降雨以及同場(chǎng)次洪峰水位值對(duì)應(yīng)重現(xiàn)期。通過調(diào)整Cs和Cv值,獲得最優(yōu)適線,最終確定常州站最大24 h降雨與對(duì)應(yīng)場(chǎng)次洪峰水位Cs/Cv的最優(yōu)值分別為3.59和3.22,白芍山站年最大24 h降雨與對(duì)應(yīng)場(chǎng)次洪峰水位Cs/Cv的最優(yōu)值分別為3.87和3.70,水文頻率擬合度均高于0.97,擬合效果很好。為了獲取暴雨洪水重現(xiàn)期變化規(guī)律,基于P-Ⅲ型頻率曲線計(jì)算出的該區(qū)暴雨洪水重現(xiàn)期,參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究[12,22],對(duì)最大24 h降雨、同場(chǎng)次洪峰水位的重現(xiàn)期進(jìn)行交叉模擬估算,以重現(xiàn)期和年份作為變量,借助克里金插值方法分別獲得最大24 h降雨與洪峰水位重現(xiàn)期逐年變化趨勢(shì)圖,獲取不同時(shí)期重現(xiàn)期的變化趨勢(shì)。暴雨洪水量級(jí)分為5,10,20,50年一遇等典型量級(jí),根據(jù)最大24 h降雨及其同場(chǎng)次洪峰水位重現(xiàn)期插值結(jié)果,以1960年5,10,20,50年重現(xiàn)期對(duì)應(yīng)降雨、水位作為基準(zhǔn)值,分別統(tǒng)計(jì)了該基準(zhǔn)值狀況下的降雨,以及水位在1970,1980,1990,2000,2010年重現(xiàn)期的變化。以同樣方法統(tǒng)計(jì)了白芍山站的暴雨洪水重現(xiàn)期變化,如圖5所示。
圖5 最大24 h降雨與洪峰水位重現(xiàn)期變化趨勢(shì)
由圖5可見,常州站最大24 h降雨重現(xiàn)期整體上呈現(xiàn)1960—1980年減小,1980—2010年增大的趨勢(shì),但其值仍低于1960年。說(shuō)明常州站不同量級(jí)的極端降雨頻率較1960年均呈增大趨勢(shì),極端降雨更為頻繁。最大24 h降雨對(duì)應(yīng)洪峰水位的重現(xiàn)期變化更為顯著,對(duì)于小量級(jí)洪水(T=5,10和20 a),其變化趨勢(shì)與最大24 h降雨同等量級(jí)重現(xiàn)期變化趨勢(shì)一致,與1960年相比,不同量級(jí)重現(xiàn)期均有所提前,且洪峰水位重現(xiàn)期提前時(shí)間大于最大24 h降雨提前時(shí)間。而較大量級(jí)(T=50 a)洪峰水位重現(xiàn)期呈現(xiàn)不同的階段性變化規(guī)律:1960—1990年,50年一遇洪峰水位重現(xiàn)期提前至12年,同等量級(jí)下洪峰水位上升;1990—2010年,洪峰水位重現(xiàn)期相對(duì)于1960年洪峰水位重現(xiàn)期增至68年。白芍山站不同量級(jí)的極端降雨與對(duì)應(yīng)洪峰水位的重現(xiàn)期整體上呈現(xiàn)不斷提前的趨勢(shì),1960—2010年,50年一遇洪峰水位重現(xiàn)期提前至32年,且洪峰水位重現(xiàn)期提前時(shí)間大于最大24 h降雨提前時(shí)間,表明同等量級(jí)的降雨會(huì)產(chǎn)生更高的洪水位,小(中)雨高水位頻率增加。武澄錫虞區(qū)最大24 h降雨重現(xiàn)期整體上有所提前,與Wang[23],Han[24]和時(shí)光訓(xùn)[25]等研究結(jié)論一致:極端降雨頻發(fā),降雨變化與氣候變化密切相關(guān),全球氣候變暖加速了長(zhǎng)三角地區(qū)水文循環(huán),降水增加;此外,在城鎮(zhèn)化發(fā)展較快的長(zhǎng)三角地區(qū),人類活動(dòng)的劇烈影響也可能是極端降雨頻率增加的重要因素。而洪峰水位重現(xiàn)期變化趨勢(shì)則更為復(fù)雜,武澄錫虞區(qū)小量級(jí)洪峰水位重現(xiàn)期均有不同年份的提前,且提前年份大于對(duì)應(yīng)降雨重現(xiàn)期提前年份,即同等量級(jí)的降雨會(huì)產(chǎn)生更高的洪水位,該重現(xiàn)期水位出現(xiàn)頻率增大;而較大量級(jí)的洪峰水位主要受水利工程的影響,在城區(qū)防洪大包圍下的水位重現(xiàn)期呈增大趨勢(shì),洪水風(fēng)險(xiǎn)降低,圩外郊區(qū)站點(diǎn)則呈現(xiàn)減小趨勢(shì),洪水風(fēng)險(xiǎn)有一定增加。
城鎮(zhèn)化發(fā)展和水利工程建設(shè)是影響洪水量級(jí)變化的主要因素。城鎮(zhèn)化快速發(fā)展對(duì)下墊面的影響主要表現(xiàn)在河網(wǎng)水系的變化和土地利用方式轉(zhuǎn)變。受快速城鎮(zhèn)化的影響,20世紀(jì)60年代到2015年,武澄錫虞區(qū)水系數(shù)量、河網(wǎng)密度、水面率及盒維數(shù)分別下降了20.00%,18.75%,26.88%和8.76%,在20世紀(jì)80年代到2015年,各水系指標(biāo)的衰減更為嚴(yán)重[26]。在該變化過程中,武澄錫虞區(qū)許多支流河道因被掩埋或淤積而消失,水系結(jié)構(gòu)趨于主干化;但近年來(lái)該地區(qū)多條骨干河道經(jīng)歷了疏浚和京杭運(yùn)河改線工程,增強(qiáng)了區(qū)域水系連通與行洪能力;而支流河道的衰減也降低了河網(wǎng)調(diào)蓄能力,從而改變了流域產(chǎn)匯流過程,對(duì)暴雨洪水風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生了一定影響;但從整體水系變化來(lái)看,其對(duì)區(qū)域洪水的影響表現(xiàn)出空間差異。位于圩內(nèi)城區(qū)的常州站50年一遇洪峰水位重現(xiàn)期增大,位于圩外郊區(qū)的白芍山站,其各量級(jí)洪峰水位重現(xiàn)期則有所提前,圩外洪水風(fēng)險(xiǎn)增加。通過分析武澄錫虞區(qū)1991,2001,2015年三期土地利用/土地覆被數(shù)據(jù),得出武澄錫虞區(qū)各時(shí)期土地利用類型所占比重,隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展,該區(qū)的土地利用/土地覆被發(fā)生了很大變化。水田和城鎮(zhèn)用地變化幅度最大,水田比重持續(xù)大幅下降,所占比重從1991年的67.39%下降至2015年的22.78%,城鎮(zhèn)、水域、林草地和旱地均有所增加,其中城鎮(zhèn)用地上漲幅度最大,其面積比重從1991年的16.75%增至2015年的50.24%??傮w來(lái)看,各類土地利用在2001年以后開始發(fā)生大幅度變化,該區(qū)土地利用類型表現(xiàn)為水田向城鎮(zhèn)用地的轉(zhuǎn)移,城鎮(zhèn)用地的大幅度增加表明下墊面不透水率的增加,從而改變了該區(qū)域的水文過程。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),不透水面增加會(huì)導(dǎo)致區(qū)域洪峰水位增加,從而增加了該區(qū)域的洪水風(fēng)險(xiǎn)[11]。武澄錫虞區(qū)低量級(jí)(T=5,10和20 a)暴雨洪水重現(xiàn)期均有所提前,且提前年份洪峰水位明顯大于最大24 h降雨,說(shuō)明該區(qū)域不透水面的增加,使得降雨-徑流系數(shù)增大,以及河流水系衰減降低了河網(wǎng)調(diào)蓄能力,導(dǎo)致同等量級(jí)的暴雨產(chǎn)生更高的洪峰水位。但相較于土地利用和河流水系的變化對(duì)區(qū)域水文過程的影響,閘泵、堤防、圩垸等水利工程對(duì)水位的影響則更為明顯。
水利工程建設(shè)自古一直是防洪最重要的工程措施,對(duì)洪澇過程的影響越來(lái)越大。在平原河網(wǎng)地區(qū),一般通過修建堤壩、閘泵,形成“圩垸”,許多地區(qū)不斷加強(qiáng)城市大包圍的建設(shè)。武澄錫虞區(qū)截至目前共修建了456個(gè)閘泵工程。常州市于2006年開始運(yùn)行運(yùn)北城市防洪大包圍,并于2014年建設(shè)完成,一遇較大量級(jí)的暴雨,便運(yùn)行圩垸內(nèi)閘泵工程將大量河水排到外河,從而引起外河水位快速上升,雖能有效緩解城區(qū)洪澇風(fēng)險(xiǎn),但增大了聯(lián)圩外部城郊地區(qū)的洪澇風(fēng)險(xiǎn)。白芍山站位于無(wú)錫市郊區(qū),受圩垸等水利工程保護(hù)較少。常州站1960年50年一遇洪峰水位重現(xiàn)期在2010年變?yōu)?8年一遇,明顯降低了該區(qū)較大量級(jí)的洪水風(fēng)險(xiǎn),水利工程對(duì)于高量級(jí)洪峰水位的調(diào)節(jié)作用更強(qiáng)。白芍山站低量級(jí)(T=5,10和20 a)洪水重現(xiàn)期變化趨勢(shì)整體上同常州站一致,均有所提前,而50年一遇的洪水重現(xiàn)期則呈現(xiàn)不斷提前的趨勢(shì),主要是水利工程建設(shè)的影響。
以武澄錫虞區(qū)為例,分析了城鎮(zhèn)化背景下平原河網(wǎng)地區(qū)暴雨洪水重現(xiàn)期變化規(guī)律,并探討了下墊面土地利用和水系變化、水利工程建設(shè)等對(duì)暴雨洪水的影響。研究得出主要結(jié)論如下:
(1) 1960—2015年間,武澄錫虞區(qū)最大24 h降雨整體上呈現(xiàn)1960—1990年增加、1990—2010年減小的變化趨勢(shì),但洪峰水位在不同地區(qū)則表現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。20世紀(jì)90年代以后,整體上武澄錫虞區(qū)降雨有所減少,但對(duì)應(yīng)洪峰水位在城市防洪大包圍下呈下降趨勢(shì),而圩外地區(qū)水位則明顯上升。
(2) 對(duì)暴雨洪水進(jìn)行頻率計(jì)算發(fā)現(xiàn),武澄錫虞區(qū)最大24 h降雨不同量級(jí)重現(xiàn)期均有提前,極端降雨頻率不斷增大,主要受全球變暖和快速城鎮(zhèn)化的雙重影響;洪峰水位重現(xiàn)期變化趨勢(shì)在城區(qū)與郊區(qū)表現(xiàn)有所不同。在水利工程控制較多的城市防洪大包圍下,洪水風(fēng)險(xiǎn)呈降低趨勢(shì),而在圩外地區(qū),在暴雨和來(lái)自圩內(nèi)排出大量河水的雙重影響下,增大了聯(lián)圩外部城郊地區(qū)高水位的出現(xiàn)頻率。
(3) 下墊面特征變化和水利工程建設(shè)均對(duì)水位有影響,但對(duì)不同量級(jí)洪峰水位有不同的影響。較小量級(jí)洪水主要受降雨增加、城鎮(zhèn)擴(kuò)張以及河網(wǎng)水系衰減的影響,發(fā)生頻率有所增加;但近年來(lái)大規(guī)模水利工程建設(shè)對(duì)較高洪峰水位的調(diào)節(jié)控制作用增強(qiáng),尤其是城市防洪大包圍建設(shè),加大了對(duì)高水位的調(diào)節(jié)作用,大大提高了該區(qū)域?qū)^大洪水的防洪能力,降低了城區(qū)的洪澇風(fēng)險(xiǎn)。而圩外地區(qū)受水利工程保護(hù)較少,且暴雨時(shí)期需承受來(lái)自圩內(nèi)的大量澇水,區(qū)域洪水風(fēng)險(xiǎn)有所增加。
本次研究加深了對(duì)平原河網(wǎng)地區(qū)人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域水位過程影響機(jī)制的理解,可為區(qū)域防洪減災(zāi)提供一定的參考。主要運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法探討了降雨、水位重現(xiàn)期的變化規(guī)律及成因,得出下墊面特征變化與水利工程建設(shè)均對(duì)水位有重要影響;下一步可能需要借助水文水力學(xué)模型定量計(jì)算降雨、下墊面變化及水利工程建設(shè)對(duì)水位的貢獻(xiàn)率,以便為該地區(qū)新形勢(shì)下防洪減災(zāi)提供更好的技術(shù)支持。