基于城鎮(zhèn)化水平分析2003—2017年我國洪澇災(zāi)害演變特征

張春樺， 鄒賢菊， 宋曉猛,2*

(1.中國礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院， 江蘇 徐州 221116；2.南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江蘇 南京 210029)

受自然地理?xiàng)l件和氣象條件等綜合影響，洪澇災(zāi)害成為我國最主要的自然災(zāi)害之一。近年來，隨著城市化快速發(fā)展，我國城市洪澇災(zāi)害事件愈加頻繁，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。根據(jù)中華人民共和國住居和城鄉(xiāng)建設(shè)部2010年對(duì)全國351個(gè)城市內(nèi)澇專項(xiàng)調(diào)研結(jié)果顯示，2008—2010年間，有62%的城市發(fā)生過不同程度的內(nèi)澇，其中超過3次以上的城市有137個(gè)。根據(jù)2010年水旱災(zāi)害統(tǒng)計(jì)信息，我國60%的城市都發(fā)生了洪災(zāi)，造成全國直接經(jīng)濟(jì)損失3 745億元，約占全年GDP的0.93%。《中國水利年鑒》《中國水旱災(zāi)害公報(bào)》等資料顯示，2012—2015年，我國受淹城市分別高達(dá)184、234、125和168座。

城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害嚴(yán)重影響了城市的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，威脅到了居民生命財(cái)產(chǎn)安全，近年來引起了不少國內(nèi)外學(xué)者的重點(diǎn)研究分析。Rodriguez等認(rèn)為城市發(fā)展導(dǎo)致河流水的大量衰減，區(qū)域排水不暢，加劇了城市洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)；宋曉猛等研究了城市化背景下北京城市洪澇特征、形成機(jī)制及影響因素；劉建芬等通過對(duì)城市化背景下洪澇災(zāi)害觸發(fā)的自認(rèn)條件和社會(huì)因素的分析，認(rèn)為低洼地區(qū)是城市洪澇的重點(diǎn)地區(qū)；耿思敏等通過對(duì)黃河中下游洪澇災(zāi)害的研究，認(rèn)為黃河流域洪澇災(zāi)害總體呈現(xiàn)加重態(tài)勢(shì)。

本文通過多種統(tǒng)計(jì)渠道搜集整理了全國2003—2017年城市洪澇災(zāi)情統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析15年間我國城市洪澇發(fā)生次數(shù)的空間分布特征，進(jìn)一步分析城市洪澇與城市化之間的關(guān)系，并探討城市洪澇受災(zāi)人口和經(jīng)濟(jì)損失等與城市洪澇時(shí)空分布特征及城市化之間關(guān)系，旨在為防洪減災(zāi)工作提供一定的參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

本文收集的2003—2017年全國各省、直轄市的洪澇災(zāi)害發(fā)生時(shí)間和洪災(zāi)損失，受災(zāi)人口和直接經(jīng)濟(jì)損失等數(shù)據(jù)來自《中國水利年鑒》《中國水旱災(zāi)害公報(bào)》《中國氣象災(zāi)害年鑒》等。基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)信息，分析2003—2017年全國城市洪澇災(zāi)害發(fā)生時(shí)間，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法和ArcGIS工具，分區(qū)域統(tǒng)計(jì)分析洪澇災(zāi)害發(fā)生次數(shù)，探討我國城市洪澇災(zāi)害的時(shí)空分布規(guī)律；利用2003—2017年全國城市洪澇受災(zāi)人口、直接經(jīng)濟(jì)損失等洪災(zāi)數(shù)據(jù)，研究城市洪澇災(zāi)情隨時(shí)間的演變趨勢(shì)，并用灰色關(guān)聯(lián)法分析受災(zāi)人口和直接經(jīng)濟(jì)損失與城鎮(zhèn)化水平之間的相關(guān)性，進(jìn)一步分析城市化對(duì)洪澇損失的影響。

2 城市洪澇災(zāi)害的空間分布特征

2.1 城市洪澇災(zāi)害地理分布

我國特殊的地理位置和復(fù)雜的地形地貌，極易受到季風(fēng)和熱帶氣旋的影響，降水時(shí)空分布不均，下墊面情況復(fù)雜，導(dǎo)致我國洪澇災(zāi)害事件頻發(fā)。通過對(duì)《中國水利年鑒》《中國水旱災(zāi)害公報(bào)》《中國氣象災(zāi)害年鑒》等統(tǒng)計(jì)資料的整理，得到2003—2017年期間每年各地級(jí)城市的洪澇災(zāi)害發(fā)生次數(shù)，見圖1、圖2。

圖1 2003—2017全國發(fā)生洪澇災(zāi)害地級(jí)城市數(shù)量及其所占比例

圖2 2003—2017年我國地級(jí)城市洪澇災(zāi)害發(fā)生次數(shù)空間分布

本次試驗(yàn)共統(tǒng)計(jì)295個(gè)地級(jí)市，15個(gè)省會(huì)城市，4個(gè)直轄市。圖1顯示，2003—2017年，發(fā)生洪澇災(zāi)害城市數(shù)量有了很大變化。在2007年之前，該指數(shù)一直保持在較低的水平，在2007—2010年期間逐漸加速，在2010年之后逐漸增加。具體到2003—2007年期間，每年大約有33個(gè)城市，2007—2012年為90～122個(gè)，2013—2017年超過220個(gè)城市，特別是2010年以后，城市洪澇發(fā)生率迅速上升。2015年達(dá)到了0.76，這意味著全國約有76%的城市在2015年至少發(fā)生1次暴雨洪水事件。

由圖2可知，我國大多數(shù)受影響城市集中在中東部和東南部，呈現(xiàn)南重北輕的分布格局。該地區(qū)的城市密度比西北高很多，東南的暴雨頻率遠(yuǎn)大于西北的暴雨頻率，在統(tǒng)計(jì)年間，重慶市每年都會(huì)發(fā)生暴雨洪澇災(zāi)害，高達(dá)82次；長江流域和珠江流域的城市每年都發(fā)生洪澇災(zāi)害，特別是每年9—11月，在臺(tái)風(fēng)的影響下，東南以及南部地區(qū)暴雨集中且持續(xù)時(shí)間長、地域廣。

3 我國城市洪澇災(zāi)害損失綜合評(píng)估

2003—2017年期間，我國洪澇災(zāi)害年平均受災(zāi)人口13 000萬人，年平均直接經(jīng)濟(jì)損失1 855億元。2003—2017年主要洪澇災(zāi)害指標(biāo)統(tǒng)計(jì)情況見圖3～4。

圖3 2003—2017年洪澇災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失變化情況

圖4 2003—2017年洪澇災(zāi)害受災(zāi)人口變化情況

從城市洪澇受災(zāi)人口來看，2003—2017年期間我國年平均受災(zāi)人口達(dá)到13 000萬人，2003、2005、2006、2010年受災(zāi)人口遠(yuǎn)高于這15年的平均值，2006和2008年略高于年平均值。2003年城市洪澇受災(zāi)人口高達(dá)22 571.65萬人，2010年達(dá)到21 084.68萬人，2005年為20 025.65萬人，2017年受災(zāi)人口最少，為5 514.9萬人。在2003—2017年期間整體看來，城市洪澇災(zāi)害人口呈現(xiàn)變小趨勢(shì)，但各年分間數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，城市洪澇受災(zāi)人口依舊較多。

從直接經(jīng)濟(jì)損失來看，在統(tǒng)計(jì)時(shí)段中我國城市洪澇災(zāi)害直接損失平均值為1 855.42億元。在統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)，2010年之前，各年的直接損失低于平均值，2010年之后經(jīng)濟(jì)損失幅度較大。2010年損失最大高達(dá)3 745.43億元，2004年損失最小為713.51億元。在統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)，2010年后各年份波動(dòng)較大，有增長的趨勢(shì)。

4 城市洪澇與城市化率的關(guān)系

城市化是一種復(fù)合性、規(guī)?；娜祟惢顒?dòng)進(jìn)程，涉及生產(chǎn)、生活方式轉(zhuǎn)變，城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)、空間結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變遷。城鎮(zhèn)化是社會(huì)發(fā)展的必然產(chǎn)物。我國正處于城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)和加深的時(shí)期，2017年我國城鎮(zhèn)化率已經(jīng)達(dá)到了58.52%，在統(tǒng)計(jì)學(xué)定義中，我國已經(jīng)成為了“城市化國家”。根據(jù)世界銀行預(yù)測(cè)，2030年我國城鎮(zhèn)化率將超過70%。2003—2017年我國城鎮(zhèn)化率及其年增長率見圖5。

圖5 2003—2017年我國城鎮(zhèn)化率及其年增長率

為進(jìn)一步探討2003—2017年我國洪澇災(zāi)情與城市化發(fā)展水平之間的相關(guān)關(guān)系，在統(tǒng)計(jì)時(shí)段資料中，選擇受災(zāi)人口、直接經(jīng)濟(jì)損失作為洪澇災(zāi)情指標(biāo)，城鎮(zhèn)化率作為城鎮(zhèn)化發(fā)展水平指標(biāo)。考慮到洪澇災(zāi)情各項(xiàng)指標(biāo)與城鎮(zhèn)化率是不同的量綱，本文采用MATLAB的灰色關(guān)聯(lián)分析方法來分析兩者之間的相關(guān)程度，即用平均值標(biāo)準(zhǔn)化法對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行處理，并計(jì)算出洪澇災(zāi)情各項(xiàng)指標(biāo)與城鎮(zhèn)化率的關(guān)聯(lián)系數(shù)r和關(guān)聯(lián)度R，其中r表示該年洪災(zāi)各指標(biāo)與城鎮(zhèn)化率的相關(guān)程度，R表示2003—2017 年洪災(zāi)指標(biāo)與城鎮(zhèn)化率相關(guān)程度。

將城鎮(zhèn)化率、受災(zāi)人口、直接經(jīng)濟(jì)損失3項(xiàng)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化處理：

(1)

求序列差：

Δi(j)=|X'i(j)-X'i(k)|

(2)

計(jì)算序列差的兩級(jí)：

(3)

計(jì)算關(guān)聯(lián)度系數(shù)：

(4)

計(jì)算關(guān)聯(lián)度：

(5)

式中：δ∈(0.1)，δ=0.5；M為兩級(jí)最大差；m為第二最小差；δ為分辨系數(shù)，δ∈(0.1)，δ=0.5；r為i年洪災(zāi)各指標(biāo)與城鎮(zhèn)化率的相關(guān)程度；Ri為2003—2017年洪災(zāi)指標(biāo)與城鎮(zhèn)化率相關(guān)程度。

將關(guān)聯(lián)度分為4級(jí)：弱度關(guān)聯(lián) 0< Ri≤0.35，中度關(guān)聯(lián)0.35

圖6 2003—2017 年中國洪澇災(zāi)情與城鎮(zhèn)化率的關(guān)聯(lián)

從上述分析可知，城市洪澇災(zāi)情程度與城市化水平有一定的相關(guān)性。城鎮(zhèn)化發(fā)展雖然促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長，使人們生活更便捷，但同時(shí)改變了當(dāng)?shù)卦械纳鷳B(tài)環(huán)境，引起局部氣候變化，導(dǎo)致“雨島效應(yīng)”和“熱島效應(yīng)”愈加明顯，使得城市極端降水發(fā)生的頻率和強(qiáng)度增加，城市發(fā)生極端暴雨的可能性增加，增加洪澇災(zāi)害發(fā)生的頻率。隨著城鎮(zhèn)人口和城區(qū)建設(shè)面積的持續(xù)擴(kuò)增，大量河道湖泊及植被等面積縮減，地面硬化面積增大，因地面透水性差，導(dǎo)致降雨時(shí)滲入地下的水量減小，大部分在地面匯流，通過城市排水管網(wǎng)排入城市河道，進(jìn)而造成了城市河流水位上漲，破壞原來的排水系統(tǒng)，加之大量的地下建筑如地下停車場(chǎng)、商場(chǎng)等微地形改變?cè)械乃h(huán)系統(tǒng)，也增加了洪澇災(zāi)害發(fā)生的危險(xiǎn)?？傮w而言，城市化的快速發(fā)展使得城市的承載能力減弱，易損性增大。

5 結(jié) 語

根據(jù)對(duì)收集資料和我國歷年城市洪澇災(zāi)害統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的分析，探討了全國城市洪澇的空間地理特征，分析了我國歷年的洪澇災(zāi)害次數(shù)、受災(zāi)人口和直接經(jīng)濟(jì)損等指標(biāo)，同時(shí)進(jìn)一步分析洪澇災(zāi)害各指標(biāo)與城鎮(zhèn)化水平的相關(guān)關(guān)系。

(1) 2003—2017年，因我國所處的特殊地理位置，降雨時(shí)空分布不均勻，使我國城市洪澇災(zāi)害在空間上呈南重北輕的格局，多集中于中東部和東南部，尤其受臺(tái)風(fēng)影響，東南部地區(qū)城市降雨面積廣、雨量大、時(shí)間久，我國從2010年開始幾乎每年有超過50%的地級(jí)城市會(huì)發(fā)生洪澇災(zāi)害。

(2) 2003—2017年，全國洪澇災(zāi)害年平均受災(zāi)人口13 000萬人，年平均直接經(jīng)濟(jì)損失1 855.42億元。受災(zāi)人口從總體看有下降的趨勢(shì)，直接經(jīng)濟(jì)損失各年份時(shí)有波動(dòng)，并無明顯的減小趨勢(shì)。

(3)2003—2017年，通過灰色關(guān)聯(lián)分析法，計(jì)算我國洪澇災(zāi)害受災(zāi)人口和直接經(jīng)濟(jì)損失與城鎮(zhèn)化率之間的關(guān)聯(lián)度R1、R2分別為0.717、0.703，從關(guān)聯(lián)度數(shù)值看屬于較強(qiáng)關(guān)聯(lián)，城市洪澇災(zāi)害程度與城市化水平有一定的相關(guān)性。