赣江上游洪水灾害成因研究.docx
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赣江上游洪水灾害成因研究
西安交通大学
毕业设计(论文)
赣江上游洪水灾害成因研究
学院名称
地理与规划学院
专业名称
地理科学
学生学号
12345678
学生姓名
学生姓名
指导教师
教授姓名
助理指导老师
老师姓名
202X年X月
摘要
赣江上游地区洪水灾害的发生是自然地理条件及人类活动共同作用的结果。
流域水系构造和地理特征决定了其洪水多发性、气候变化和土地利用/土地覆被变化导致该地区水循环过程发生较大变化,而大量水库、提防的建设以及城市化的发展使洪水过程发生显著变化,因此在各种因素的综合作用下,赣江上游地区洪水灾害频繁发生。
综述了气候变化对赣江上游降水的影响,探讨了赣江上游水系特征与洪水灾害的关系,分析了人类活动对洪水灾害的影响规律,在此基础上,以赣州市作为主要研究区,进行了市内年降水量分析,并取得了较满意的成果,从而为赣江上游地区防洪减灾研究带下基础。
关键词:
气候变化;土地利用/地表覆被变化;人类活动;洪水灾害;赣江上游。
Abstract
TheflooddisasterintheGanJiangRiveristhecombinedconsequenceofitsgeographyandhumanactivities.Thestructureofwatersystemandthegeographicalcharacteristicsdecideitsflood-prone,andtheclimatevariabilityandlanduse/landcoverchangesmakethewatercirculationchangegreatly;whereastheconstructionofanumberofreservoirsanddikesandthedevelopmentofurbanizationcausethefloodprocessverifiedremarkably.Therefore,undertheinfluenceofthesefactors,theflooddisasterintheGanJiangRiveroccursfrequentlyinrecentyears.ThispapersummeduptheimpactofclimatevariabilityonprecipitationintheGanJiangRiver,discussedtherelationshipbetweenwatersystemproperitiesandflooddisasters,andanalyzedthelawsofinfluenceofhumanactivitiesonflooddisasters.Basedonthesestudies,wetooktheGanZhoucityasastudyareatoverifydynamicallytheannualprecipitationprocess.Inoneword,alloftheworksprovidethesupportforfloodproofinganddisasterreductionintheGanJiangRiver.
Keywords:
Climatevariability;landuse/landcoverchange;humanactivities;flooddisaster;GanJiangRiver。
第1章绪论
1.1研究背景与研究意义
1.1.1研究背景
赣江上游是指万安县棉津以上的地区,面积36,818平方公里,占赣江流域面积的45.5%。
它的上源有二:
东源贡水,属主源,西源章水。
境内河网密布,主要支流有湘水、濂江、琴江、梅江、平江、桃江和上犹江等(图1)[1]。
图1
2010年6月中下旬,受北方冷空气和西南暖湿气流的共同影响,赣江流域自南向北,又自北向南普降大到暴雨,局部大暴雨,最大的南昌县市汊站日降雨达241mm。
赣江从上到下,干支流多次出现超警戒水位,由于上游洪水屯中下游干流洪水遭遇严重,下游外洲站出现有记录以来最大流量,乌江新田站出现超历史的大洪水[2]。
2015年5月18日以来,强降雨席卷赣南,兴国、于都、宁都、石城、瑞金等县(市)受灾严重,电力设施损毁严重,219314用户停电。
其中,根据石城县政府通报,截至19日22时30分,全县累计受灾人口129352人,因灾伤病人口12人,紧急转移安置人口15927人,需紧急生活救助人口13717人,需过渡性生活救助8930人,被困人口806人。
农作物受灾面积5036.5公顷,其中农作物成灾面积3623公顷,绝收面积1340公顷,毁坏耕地面积379公顷,倒塌房屋85户165间,灾害造成直接损失13475万元。
2016年3月份受西南暖湿气流影响,赣南地区普降暴雨。
赣州上游共有9条河流13站超警戒水位,大半个江西受淹。
截至22日下午4时,受强降雨影响,赣州市共有赣县、于都县、章贡区、南康区、大余县、安远县、全南县、寻乌县、信丰县、龙南县等10个县(区)103个乡镇受灾,受灾人口53760人,转移人口2171人,农作物受灾面积4.59万亩,倒塌房屋195间,直接经济损失逾1.7亿元,其中水利设施经济损失5564万元。
1.1.2研究意义
赣江上游流域主要流经江西省赣州市,其中赣州是江西省省域副中心城市,拥有4个国家级经济技术开发区和全省首个综合保税区。
赣州是一个有2200多年的建城历史的山水城市,同时作为江西省的南大门,又是江西省面积最大、人口和下辖县市最多的地级市,有着国家历史文化名城、千里赣江第一城、江南宋城、红色故都、世界橙乡、世界钨都、稀土王国等美誉。
群山环绕,断陷盆地贯穿于赣州市,地形以山地、丘陵为主,占赣州市总面积的80.98%。
其中丘陵面积24053平方千米,占赣州市土地面积的61%;赣州市山地面积8620平方千米,占赣州市土地面积的21.89%。
赣州市四周山峦重叠、丘陵起伏,形成溪水密布,河流纵横。
地势南高北底,周高中底,水系呈聚心状向章贡区汇集。
赣南山区成为赣江发源地,千余条支流汇成上犹江、章水、梅江、琴江、绵江、湘江、濂江、平江、桃江9条较大支流。
其中由上犹江、章水汇成章江;其余7条支流汇成贡江;章贡两江在章贡区相会而成赣江。
区内各河支流,上游分布在西、南、东边缘的山区,河道纵坡陡,落差集中,水流湍急。
赣州市位于赣江上游,是以暴雨、洪水为主要灾害的地区。
每年4-6月份为主雨季,流域洪水多由暴雨形成,每年4-6月暴雨最为集中,常出现静止锋型,历时长,笼罩面广的降水过程。
7-9月常出现台风型暴雨。
这两种不同成因的大暴雨都可形成灾害性大洪水。
特别是赣江上游为典型的扇形水系,汇流迅速,更易形成洪灾[3]。
2012年,赣州市年平均降水1967毫米,比往年同期平均值偏多25%。
年实测径流量431.33亿立方米,赣州市径流年内分配不均衡,汛期实测径流量275.94亿立方米,占全年径流量的64%,非汛期径流量为155.39亿平方米占全年径流量的36%。
各河川径流量补给主要是降水,属雨水补给型。
本研究尝试在大量收集流域地形、水文气象、基础地理数据等资料的基础上,结合自然地理学的研究方法,利用地理信息系统及数学模型建立河流洪水演变模型对赣江上游洪水的模拟,对赣江上游洪水的成因,现状、雨洪模拟进行相关研究,将对赣江上游的防洪减灾工作具有重要的现实意义和指导价值。
第2章研究综述
2.1国内洪水灾害研究进展
许有鹏,于瑞宏,马宗伟等对长江中下游的洪水灾害成因及洪水特征模拟分析,分析了气候变化对长江中下游降水的影响,通过长江中下游各省份河流分维与洪水统计(1900—1998)分析了长江中下游水系特征对洪水的影响,以及人类活动对长江中下游洪水的影响三方面进行阐述。
对流域洪水模拟分析,根据径流形成原理,开展流域水文模型和参数研究,并以此为基础,分析洪水特征并进行流域洪水过程模拟和预测[4]。
王旭仙,孙一民等对渭河流域洪水灾害的特征进行分析,借助渭河流域陕西段各年代洪水灾害直方图和渭河流域陕西段洪水灾害时间分布图分别对渭河流域洪水灾害的年际变化和月际变化进行分析,分析了渭河不同河段洪水灾害特征,干支流洪水灾害特征,洪灾的降水特征,最后总结出渭河流域洪水灾害的特征为:
(1)解放以来渭河流域共出现45次洪水灾害,年平均近一次;60年代出现的频次最多。
(2)致洪暴雨最早出现在5月上旬,最迟出现在10月中旬,集中出现在主汛期的7月和8月,64%的个例是3站以上同时出现暴雨。
(3)洪水灾害几率出现较高区域是渭河中游及渭河南山支流,所以该区域是渭河防汛的重点区域。
(4)导致渭河流域洪水灾害的主要因素是暴雨,根据洪水区域及暴雨分布,将致洪暴雨分为:
上游暴雨、连阴雨中的暴雨、本区域暴雨—大暴雨、上游暴雨和本区域暴雨的叠加四种类型[5]。
许燕对尼洋河流域洪水灾害进行分析,使用林芝站从1971—2000年30年降水量历史资料,分析了林芝降水量年际变化和月季变化曲线,通过对尼洋河流域十几条支沟所发生的水灾害情况和有关降水资料,得出该流域的洪水灾害成因有:
(1)同期降水量超长偏大是造成洪水灾害的主要原因。
(2)局部暴雨和持续降水是流域内各支沟水灾害的主要诱因[6]。
齐丹,赵鲁强利用常规和非常规气象、水文资料以及T639模式同化资料,对2009年7月初发生在珠江流域的暴雨致洪过程进行雨情和水情特征分析。
结果表明,该次流域性洪涝是在有利的大尺度环流背景下,由南下冷空气和东移南支槽造成的两次暴雨过程产生的,具备华南汛期暴雨的典型特征。
致洪暴雨导致多个水文站点水位起涨快、涨率大,洪峰流量高,属历史罕见。
同时,雨带的移向与洪峰演进方向一致,干支流洪水遭遇,造成洪峰叠加,因而形成了珠江流域性大洪水[7]。
黄达,韩德泉,李林洁通过分析洪水的涨水过程特征统计表,得出清水河洪水历时短、涨落快的特点;对该地区的气候条件、地形地貌、土壤植被等因素的分析,论述清水河洪水特征形成的原因,并对该河流的洪害提出一些治理措施[8]。
张琼华,赵景波利用近50a渭河洪水次数与平均年降水量图分析渭河洪水的年际变化;利用渭河流域洪水灾害时间分布分析了月际变化,发现洪水灾害集中发生与5月中旬;根据潼关高程历年发展变化发现最近几年呈上升趋势;对造成该流域洪水灾害的关键因素,包括降水量年内分配不均和年际变化大,滩面淤积加重,支流河口淤塞以及河势、流态的恶化等作了分析。
针对这些因素并根据渭河流域洪水灾害的特点,提出了相应的防治措施,即降低下游高程,减少河道的淤积,增大河道泄洪能力;利用水库进行调水调沙,引进客水冲刷渭河下游;防洪工程的除险加固,提高防洪标准与抗洪能力;加强非工程防洪措施的研究与建设;恢复林草植被,遏止水土流失,从源头上控制泥沙入河等[9]。
刘龙庆,蒋昕晖,陶新,孙文娟通过对2003年发生在河曲~府谷区间“03.7”洪水的成因、组成和演进的介绍,根据黄河中游“03.7”洪水过程线图、初步分析了其暴涨陡落,峰高量小,含沙量不大的特性,并指出应加强该地区降雨产流、产沙以及龙门~潼关河段洪水演进规律的分析研究。
通过对黄河中游“03.7”洪水特性的分析,得出:
(1)应进一步加强产流规律研究;
(2)应进一步探讨降雨和产沙规律;(3)应深入分析洪水演进的规律和特征[10]。
徐伟成,钟永浩分析了章江洪水特点,其中特点有:
雨水充沛,雨量分布较集中,暴雨洪水频繁;洪水峰高量大,突发性强,来势较猛,洪水陡涨陡落;洪水影响因素多,洪水遭遇复杂;洪水同时遭遇几率较高;洪涝灾害损失较大;并对此提出相关防洪对策:
加快水库与提防建设,提高流域整体防洪能力;大力加强防洪非工程措施建设;严格落实以行政首长负责制为核心的各项防汛责任制;加强河道管理,清除河障,确保河道行洪畅通;加强防洪宣传,提高全民的防灾减灾意识[11]。
纵观国内文献的研究,我们可大体把洪水灾害的研究分为两部分:
一是对洪水灾害成因研究,包含气候条件的分析,河流径流变化的分析,以及流域地形特征的分析等。
二是对洪水灾害特征的研究,包含洪水历时,洪水年际变化特点和月际变化特点。
从所掌握的文献来看,对于洪水灾害成因的研究是比较成熟的,但对与特征模拟分析相对缺乏,如果两方面同时考虑,充分理解掌握洪水发生的条件及因素变化,可以降低洪水给我们带来的人身财产损失,从而规避风险,那么我们所进行的研究就是有意义的。
第3章研究内容
3.1赣江上游洪水灾害成因
3.1.1气候变化对赣江上游降水的影响
气候变化对赣江上游洪水的影响,首先表现为降水分布的时空变化,而影响赣江上游降水时空变化的气候因素很多,其中包括暖湿气流、厄尔尼诺现象等。
受暖式切变气候的影响,2002年10月28号至30号,江西省赣州市出现自一九五一年以来罕见的秋汛洪水,全市各地普降大到暴雨,平均降雨量达43.1毫米。
章贡区、上犹等9个县(市、区)降雨量超过50毫米。
受暴雨影响,章江、贡江等江河、水库水位急剧上涨。
截止到10月30号,章江、贡江以及上犹江、油罗江和长冈三座大型水库均超过警戒水位。
(信息来源:
人民网)
受暖湿气流和冷空气的共同影响,2005年6月19~22日,赣南北部的石城、宁都、兴国等地发生了高强度、大面积的降水过程,三县平均降水量达198毫米,平江、琴江、梅江和贡江等江河先后超警戒水位。
短短三天时间内,琴江石城水文站和平江翰林桥水文站先后3次出现洪峰水位,最高洪峰水位分别超警戒0.66米和1.81米;梅江宁都水文站出现了两次超警戒洪峰水位,最高洪峰水位超警戒1.61米;21日20时,梅江汾坑水文站出现超警戒2.79米的洪峰水位,接着,该站水位又一次起涨且再次突破警戒线;21日11时,贡江峡山水文站出现超警戒0.62米的洪峰水位,受上游来水影响,22日12时左右,赣州站迎来了今年最大的洪水,洪峰水位达到警戒线(99.00米)。
(信息来源:
中国水文信息网)
受高空低槽和中低层切变及强西南气流影响,2009年7月2日20时至7月3日20时,赣州市各地普降大到暴雨,部分地区遭受特大暴雨降水过程,全市平均降雨82.1毫米,全市先后有10个县(市、区)出现暴雨或大暴雨,其中6个县(市、区)为大暴雨(大余县230.2毫米,信丰县196.5毫米,南康市149.9毫米,会昌县127.9毫米,赣县114毫米,崇义县108.6毫米),在已建的546个山洪灾害预警遥测站点中:
降雨超过300毫米的有大余、崇义等2县10个站点,降雨超过200毫米有大余、崇义、石城、信丰等4县22个站点,降雨超过100毫米有14县141个站,降雨超50毫米的有362个站,其中:
崇义县聂都站降雨538.9毫米(6小时346毫米、3小时204毫米,1小时96毫米),超过2006年7月26日“格美”台风影响上犹县五指峰出现的200年一遇的雨量,为历史罕见,是江西有气象记录以来最大值,也是今年国内降雨最大的一次。
其次分别为崇义县铅厂镇399.6毫米、崇义县乐洞乡328.9毫米。
大余县(原极值为158.8毫米)、信丰县(原极值为148.5毫米)、南康市(原极值为138.8毫米)三县市均突破气象记录极值,为50年一遇降雨。
2015年5月18日16时,江西省赣州市普降暴雨,宁都、兴国、石城、于都、瑞金等5县(市)降大暴雨。
截至5月20日8时,全市平均降雨量为79毫米,县平均雨量最大是石城县272毫米,点最大降雨为瑞金市瑞林镇木子排站396.5毫米。
降雨超过200毫米的有5县113站,超过300毫米的有4县38站。
受强降雨影响,赣江上游支流梅川江汾坑水文站发生超历史洪水,洪峰水位134.5米,超警戒水位4.5米,涨幅达8.26米,洪峰水位列有记录以来第一位,比1994年5月3日实测记录最高水位134.11米高出0.39米,经初步分析本次洪水流量频率达50年一遇。
从2014年下半年开始,全球气候受厄尔尼诺影响越来越明显,导致我国南方地区降水比往年偏多。
由此可见,赣江上游各支流洪峰变化说明气候变化对赣江上游流域降水的影响具有不稳定性,极端洪水容易发生,从而导致洪水灾害。
3.1.2赣江上游水系特征对洪水的影响
河流水系形态是河流地貌的宏观体现,水系形态受河流地貌发育的控制,河流地貌对洪水的影响是客观存在的,即洪水的产生与发展要受到河流地貌的制约。
图2赣州市地形图
赣江上游地区的地形和水系分布决定了这个地区是洪水高发区。
由图2赣州市地形图可以看出,赣州市主要地势海拔集中在200~500米,为丘陵地区,大于500m为山地,小于200m为平原低地,总的地势是周高中低;结合图1赣江上游流域图和图2赣州市地形图可以看出,境内地势起伏,赣江各支流均发源于边缘山区,向流域中部汇集。
这种四面环山的地形,只有北部比较低平,典型的树枝状水系,加上流域内为亚热带季风气候,降水丰富,这成为洪水发生的有利条件。
河流水系形态特征可以通过河流的分形特征来反映,分形维数则是河流分形特征的量化表示,其与河流洪水之间存在着一定的关系。
河流的分维有两种:
河长的分维与河网的分维,前者是针对某一条河流来说的,后者则是针对某一流域所有干支流组成的河网来说的,因此前者又称河道的分维,后者又称河系的分维。
赣江上游水系形态对洪水的影响,可通过统计历史洪水及定量计算河流分维来进行探讨和分析。
赣江上游地区的地形和水系分布决定了这个地区是洪水高发区。
赣江上游地处江南丘陵,总的地势是周高中低。
境内地势起伏,山丘面积占总面积的75%以上。
河流均发源于边缘山区,向流域中部汇集,构成辐聚状水系。
山间河谷分布着大小不等的盆地。
赣江流域呈现山地丘陵为主体的地貌格局,山地丘陵占流域面积的64.7%(其中山地占43.9%,丘陵20.8%),低丘(海拔200m以下)岗地占31.5%,平原、水域等仅占3.9%。
赣江流域西部为罗霄山脉,构成赣江水系与湘江水系的分水岭,由一系列北东向山脉构成,自北向南依次有九岭山、武功山、万洋山、诸广山等,海拔多在1000米以上;南端地处南岭东段,主要山地有大庾岭和九连山,大致走向东西,构成赣江水系与珠江水系的分水岭;东端也主要由若干北北东向山地构成,其南端为武夷山,系赣江水系与闽江水系的分水岭;北端为雩山,是赣江水系与抚河水系的分水岭;流域南部为花岗岩低山丘陵区,并在其间夹有若干规模较小的红岩丘陵盆地,中部为吉泰红岩丘陵盆地区,北部则为赣江下游,是一个以山地、丘陵为主体兼有低丘岗地和少量平原的地貌组合类型。
这种地貌格局自南向北沿着赣江的流向呈阶梯状分布,流域上游区山地丘陵面积占83%,低丘岗地占15.6%,平原仅占1.5%;中游区山地丘陵面积占56.7%,低丘岗地占38.1%,平原占5.2%;下游区山地丘陵面积占37%,低丘岗地占55.9%,平原占7%。
很明显,山地丘陵依秩减少,低丘岗地则渐次增多,河谷平原面积相应扩大。
流域内有江西四大暴雨中心之一:
中游西部罗霄山暴雨区(遂川、井冈山一带)。
流域发生全流域大洪水的机率较多。
1962,1964,1968,1982,1994,1998,2002,2010年所发生的洪水均属流域性特大洪水[12]。
表1各站点控制流域水系分形维数
站名
分形维数
相关系数
峡山
1.277
0.9959
汾坑
1.246
0.9981
居龙滩
1.309
0.9976
枫坑口
1.294
0.9977
坝上
田头
上沙兰
赛塘
1.277
1.282
1.220
1.184
0.9968
0.9968
0.9983
0.9986
从表1中可以看出,各流域水系分维相关系数均在0.99以上,这说明了各站控制流域水系在所选择无标度区间内(即网格边长的取值范围)是具备分形特征的。
赣江中上游低山丘陵区的水系分维数都比较小,一般在1.2-1.3。
水系分维值可以反映水系的复杂程度。
水系分支比越大,支流越多,河网发育的程度越好,则水系复杂程度越高,其分维也就越大。
由此可以看出赣江中上游大部分流域水系形态复杂程度都不高[13]。
3.1.3人类活动对赣江上游洪水的影响
20世纪以来,随着人口的膨胀和经济的发展,人类为了满足自身日益增长的需求,致使土地利用范围不断扩张,土地利用强度不断增大,从而改变了地表的形态,土地利用/覆盖变化目前已经被公认为导致全球环境变化的两大主要因素之一。
纵观赣江流域历史时期洪灾发生频率,自1950-2003年的54a中,赣江有28a共发生了44次超警戒线的大洪水,平均1—2a发生1次。
本流域特大洪水发生的机率也比较多,如1962、1964、1968、1982、1994、1998年所发生的洪水均属全流域性或属大范围的特大洪水,这些暴雨洪水均造成极其严重的山洪暴发,山体滑坡,堤防溃决,几十座重要城镇及数百万亩农田严重受淹,给国民经济建设及广大人民群众的生命财产造成了极其惨重的损失[14]。
究其原因,人类活动(土地利用方式的转变、区域开发力度的加大、生态环境的严重破坏)对洪水周期因子的影响不容忽视。
图3赣州市植被覆盖率图
赣江上游流域主要流经赣州市,图3所示为2016年赣州市植被覆盖率图,红色区域表示水域,绿色区域表示植被,黄色区域为其他用地,结合图可知赣州市植被覆盖率比较高,对赣州市水土保持作用明显,上游涵养水源、保持水土能力强,因此,赣江上游洪水灾害的突发性较小,但不排除部分区域人为因素如乱砍滥发、毁林开荒对赣江上游流域的负面影响。
第4章展望分析
表2赣州市年降水量
过去十多年里,赣江上游流域(主要以赣州市为例),如表2所示,近12年各年降水量图,各年变化幅度较大,最多的超过2000mm,最低的低于常年均降水量,而该年赣州上游流域(以赣州市为例)出现缺水期,大部分地区没有出现洪水灾害。
表3同样表现了赣江流域内各区年降水变化幅度。
如赣州市在1983—2012年期间,最大年降水量为2191.8mm,出现年份为1998年;而最小年降水量为897.6mm,出现年份为1986年。
20年内年降水最大相差值为1294.2mm。
表3赣江流域代表站1983—2012年降水量年际变化统计表
站名
1983-2012年平均降水量/mm
最大年降水量/mm
出现年份/年
最小年降水量/mm
出现年份/年
历年最大最小比值
瑞金
1601.0
2343.7
1998
1048.8
1984
2.23
赣州
1376.7
2191.8
1989
897.6
1986
2.44
小夏
1714.6
2649.0
1997
1030.1
2003
2.57
峡江
1623.5
2184.7
2004
919.2
2009
2.38
宜丰
1814.6
2379.6
1998
1281.3
1985
1.86
外洲
1525.1
2459.0
2010
1036.3
1990
2.37
综上所述,从赣江上游流域(以赣州市为例)的极端降水量和降水对洪水灾害的影响,赣江上游水系特征以及人类活动对赣江上游流域的影响,可以得出以下结论:
(1)降水是赣江上游流域洪水灾害发生的主要原因,极端降水量较大的年份为洪水灾害易发的年份。
(2)赣江上游树枝状水系特征不
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