集成建模量化葡萄牙關(guān)鍵洪災(zāi)易發(fā)地區(qū)

 

　　河流洪水對世界各地的影響超過了其他任何自然災(zāi)害，據(jù)估計(jì)全球每年因此造成的平均損失高達(dá)1,040億美元。1隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和氣候變化，這些損失預(yù)計(jì)還會(huì)增加。2、3

 

　　導(dǎo)致洪水發(fā)生的大量降雨與大氣不穩(wěn)定有關(guān)，在葡萄牙大陸通常是發(fā)生在秋季至春季。但是，據(jù)發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項(xiàng)研究顯示，氣候變化正在加速歐洲，特別是西歐地區(qū)的河流洪災(zāi)的發(fā)生。4森林砍伐和洪區(qū)城市化等不斷改變土壤用途的做法也會(huì)加劇洪水產(chǎn)生的影響。

 

　　在葡萄牙大陸，許多不同的地區(qū)都面臨著洪災(zāi)。然而，最嚴(yán)重的洪災(zāi)發(fā)生在大中型河流的水文盆地。塔霍河、杜羅河及薩多河長久以來經(jīng)常發(fā)生洪澇災(zāi)害，頻頻見諸報(bào)端。其他河流流域則通過水庫進(jìn)行整治，利用水庫進(jìn)行分流或儲(chǔ)蓄洪水，從而減弱水流。

 

　　葡萄牙小河道的水文狀況通常十分湍急。一年中有些時(shí)間流量為零（或幾乎為零），數(shù)年過去，河床都未溢出。而在強(qiáng)降水情況下，其地表徑流速度較快，遇到百年洪水的時(shí)候速度更是極快。

 

 

　　1998年至2004年，中歐發(fā)生了數(shù)次極具破壞性的洪災(zāi)，歐盟開始對這一現(xiàn)象進(jìn)行研究并制定了防護(hù)和適應(yīng)方案，以增強(qiáng)歐洲的抗洪能力。歐盟試圖通過制定這些程序減少災(zāi)害的影響。因此，歐洲委員會(huì)制定了一項(xiàng)新戰(zhàn)略，進(jìn)而頒布了一項(xiàng)關(guān)于評估和管理洪水風(fēng)險(xiǎn)的指令(2007/60/EC)。這項(xiàng)指令被修改成國家法律，為評估和管理洪水風(fēng)險(xiǎn)建立國家準(zhǔn)則，旨在減少洪災(zāi)對健康（包括人員損失）、環(huán)境、文化遺產(chǎn)、基礎(chǔ)設(shè)施和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的負(fù)面影響。

 

　　在葡萄牙，葡萄牙環(huán)境局(APA)，即國家水務(wù)局，負(fù)責(zé)全國防洪管理工作以及洪災(zāi)協(xié)調(diào)執(zhí)行措施。此外，為了保護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，APA創(chuàng)建了預(yù)警系統(tǒng)。APA也是負(fù)責(zé)在葡萄牙有效執(zhí)行歐洲指令的主要國家級機(jī)構(gòu)。洪水風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃的制定與應(yīng)用，必須先繪制泛濫地區(qū)和洪水風(fēng)險(xiǎn)圖，這才有可能實(shí)施指令。BentleyOpenFlowsFLOOD軟件具有集成建模功能，用于估測洪水特征和相關(guān)洪泛地圖。

 

　　利用數(shù)據(jù)并考慮場景和模型引擎

 

　　用于劃定受淹地區(qū)的建模方法取決于不同的基準(zhǔn)信息和每個(gè)地區(qū)的特殊性。洪水淹沒帶的估測取決于所選擇研究的不同重現(xiàn)期的洪峰流量。在APA提供的8個(gè)默認(rèn)流量地區(qū)，直接考慮到了提供的洪峰流量。

 

　　在流域未顯示明顯規(guī)律性和/或在洪區(qū)附近沒有水文記錄的10個(gè)地區(qū)，已建立水文模型來估計(jì)洪峰流量。為此，APA使用了BentleyOpenFlowsFLOOD提供的MOHIDLand模型。在剩余的4個(gè)地區(qū)，通過分析現(xiàn)有水文記錄獲得了洪峰流量。通過對表面徑流進(jìn)行水力建模，確定了洪水淹沒帶。一旦確定，便可估計(jì)洪流特征。同時(shí)還繪制了集最大深度和相關(guān)速度于一體的危險(xiǎn)地區(qū)示意圖。

 

　　所有待建模區(qū)域均采用二維模型，其中內(nèi)陸水域采用MOHIDLand，河口區(qū)域采用MOHIDWater。這些二維模型基于兩個(gè)水平方向上的質(zhì)量守恒和動(dòng)量守恒定律。利用這些模型，通過高分辨率有限元網(wǎng)格離散河床，確定水平面上的流速分量并根據(jù)垂直方向考慮各自的平均值。

 

　　在每個(gè)研究點(diǎn)，收集并整合各種可用的地形數(shù)據(jù)源（包括部分地區(qū)LIDAR0.5米分辨率）。此外，還使用插值方法盡可能詳細(xì)地描述了洪泛區(qū)。根據(jù)已有的地形數(shù)據(jù)和每個(gè)特定區(qū)域的需要，采用的計(jì)算網(wǎng)格從2米到40米不等，其中最常見的分辨率為10x10米。不同柵網(wǎng)的計(jì)算點(diǎn)數(shù)量從101,500到1,402,800不等。所有數(shù)據(jù)處理都在BentleyOpenFlowsFLOOD中完成。

 

　　關(guān)于邊界條件，在江邊加設(shè)了變動(dòng)水文示意圖，將洪水上漲表示為不同流量和速度的函數(shù)關(guān)系。在受潮汐影響的危險(xiǎn)區(qū)，所考慮的受影響的海平面是連續(xù)兩次大潮的平均高度；在河口區(qū)域，還考慮了高程（代表大氣壓力、風(fēng)力以及海浪產(chǎn)生的風(fēng)暴潮）。

 

　　根據(jù)三個(gè)不同的重現(xiàn)期（20年、100年和1,000年）評估了一組共22個(gè)洪水危險(xiǎn)區(qū)。生成了多張洪泛圖。

 

　　模型還用于校準(zhǔn)和驗(yàn)證歷史事件。

 

 

　　APA還比較了以往洪水事件記錄的現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)記與模擬的場景。雖然其中一些標(biāo)記并非特指瞬時(shí)或關(guān)聯(lián)流量，但是這種定性分析使團(tuán)隊(duì)能夠?qū)Ｋ缓蛯?shí)測水位進(jìn)行實(shí)證比較，使其能夠驗(yàn)證模型。

 

　　結(jié)果：通過量化風(fēng)險(xiǎn)采取適當(dāng)行動(dòng)并確定優(yōu)先級

 

　　通過生成的洪泛圖可以對研究地區(qū)制定切實(shí)可行的風(fēng)險(xiǎn)評估，從而得到相同數(shù)量的洪水風(fēng)險(xiǎn)圖。洪水風(fēng)險(xiǎn)量化綜合了危險(xiǎn)地區(qū)示意圖（根據(jù)洪泛圖進(jìn)行建模）和風(fēng)險(xiǎn)圖（通過后果圖獲得）。

 

　　所有這些關(guān)鍵地區(qū)的量化風(fēng)險(xiǎn)圖提供了有價(jià)值的信息，用于規(guī)劃能夠防范和減輕未來20年洪災(zāi)可能造成影響的適當(dāng)行動(dòng)。APA隨后制定了不同的洪水風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃，將所有這些行動(dòng)和措施作為重要管理工具納入其中。APA還確定了最關(guān)鍵的地區(qū)和基礎(chǔ)設(shè)施，從而高效地優(yōu)先執(zhí)行具體行動(dòng)，這在資源短缺時(shí)尤其重要。

 

　　所有這些地區(qū)都已制定了洪泛圖和洪水風(fēng)險(xiǎn)圖，這些地圖現(xiàn)已在環(huán)境局網(wǎng)站上公開：

 

　　https://sniamb.apambiente.pt/content/inundações-diretiva- 200760ce-portugal-continental 
 

 

　　1.https://www.unisdr.org/we/inform/publications/42809

 

　　2.“2016年全球河流未來洪水風(fēng)險(xiǎn)驅(qū)動(dòng)因素”(2016Globaldriversoffutureriverfloodrisk)，作者WinsemiusHC等人，刊登在Nat.Clim.Change第6期的381–5頁

 

　　3.IPCC，《應(yīng)對極端事件和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)適應(yīng)氣候變化》(ManagingtheRisksofExtremeEventsandDisasterstoAdvanceClimateChangeAdaptation)。政府間氣候變化專門委員會(huì)第一和第二工作組的專題報(bào)告（于2012年由劍橋大學(xué)出版社出版）。

 

　　4.http://science.sciencemag.org/content/357/6351/588（DOI：10.1126/science.aan2506）