基于机器学习的不可移动文物暴雨灾害风险评估——以山西省为例

以山西省为例,将不可移动文物作为灾害的影响对象,通过分析暴雨灾害对其的影响因素构建指标体系,通过文物损毁情况划分风险并作为输出数据,将山西省6325处受灾不可移动文物按照6∶2∶2划分训练集、验证集和测试集,分别使用随机森林模型、支持向量机模型(support vector machine,SVM)、逻辑回归模型进行训练和验证,选取出最优模型,并对山西不可移动文物进行不同重现期暴雨下的风险预测。研究结果表明:基于机器学习的不可移动文物暴雨风险评估方法是可行且结果较为优异的;在3种模型中,随机森林的验证集准确率最高,为95.75%,测试集精度为94.70%;在山西省5、20、50 a重现期暴雨下的不可移动文物风险均呈现出北方低、南方高的态势,且在5 a重现期下高风险文物占比最多,高风险文物以古建筑和古遗址为主。

四川省龙门山暴雨灾害旅游风险评估

选取1970~2020年四川省龙门山15个气象观测站逐日降水资料和对应15个市县2015~2019年多项统计数据(年均GDP、旅游经济收入、年接待游客人数、当地人口数、公路运输里程和卫生医疗床位数),基于自然灾害风险评估理论并利用层析分析法,从致灾因子危险性、承灾体易损性、孕灾环境敏感性、防灾减灾能力四方面对四川省龙门山暴雨灾害旅游风险进行评估。结果表明:(1)四川省龙门山暴雨灾害旅游风险的致灾因子危险性呈“山地低、平原高”的特征,都江堰致灾因子危险性最高,平武最低;(2)其承灾体易损性呈“山地高、平原低”的特征,理县承灾体易损性最高,江油最低;(3)其孕灾环境敏感性呈“山地高、平原低”的特征,彭州孕灾环境敏感性最高,北川最低;(4)其防灾减灾能力呈“山地弱、平原强”的特征,汶川防灾减灾能力最弱,江油最强;(5)其综合评估呈“山地高、平原低”的特征,理县暴雨灾害旅游风险最高,崇州最低,与实际暴雨灾情一致。

磷矿尾矿库暴雨溃坝环境风险分析

对某拟建重选-浮选工艺的磷矿选矿厂进行了尾矿库溃坝的环境风险分析.溃坝发生的条件是特大暴雨条件下坝坡抗滑安全系数达不到要求;溃坝将使地表纳污水体总磷指标严重超标、受到污染,可能出现富营养化的生态恶化趋势.在未考虑人员伤亡情况下,尾矿库溃坝风险值达1.8×10-2,明显属于不可接受范围,应严密防范.

基于土地利用变化情景的城市暴雨洪涝灾害风险评估——以深圳市茅洲河流域为例

近年来频发的暴雨洪涝成为威胁城市可持续发展的主要灾害类型,而土地利用变化改变了区域原有的景观结构和水文过程,是城市暴雨洪涝灾害风险加剧的重要诱因,定量探讨土地利用变化对暴雨洪涝灾害及其风险影响具有重要意义。以深圳市茅洲河流域为例,基于CLUE-S模型、SCS模型及等体积淹没算法等,对12种暴雨洪涝致灾-土地利用承灾情景下的城市暴雨洪涝灾害风险进行定量模拟。研究结果显示,相同土地利用空间格局下城市暴雨洪涝灾害随暴雨致灾危险性增加风险加剧显著;在同等致灾危险性水平下随建设用地面积增加,中等风险和高风险区面积均呈现较为明显的增加趋势,中、高风险区面积与建设用地面积的增加率表现出较高的协同变化特征;以50年遇危险性水平为例,随着建设用地面积由基期的15368.85hm^2增加至近期16076.07hm^2和远期16750.89hm^2,高风险区面积由254.07hm^2增加至276.48hm^2和286.2hm^2。由此可见,尽管暴雨强度的增加是城市暴雨洪涝灾害风险加剧的根本诱因,但是以建设用地面积增加为表征的土地利用变化对暴雨洪涝灾害风险的影响不容忽视。

城市化进程对暴雨洪涝灾害风险影响效应研究——以闽三角地区为例

暴雨洪涝灾害是威胁城市持续稳健发展的常见灾种,城市化对灾害风险存在加剧或抑制的复杂作用。以闽三角为例,基于多源数据、GIS多准则评价、BP神经网络模型辨识风险分布,采用空间计量模型分析社会经济城市化、土地城市化与灾害风险的特征,判断不同城市化水平的高风险区分布及风险因子对灾害的影响效应。结果表明:(1)闽三角综合高风险区主要分布于河流沿岸、河口和湾区附近;(2)社会经济城市化水平较高的地区脆弱性高,城市化水平较低的地区危险性高;(3)洪涝灾害风险与土地扩展强度存在显著聚类和空间正相关的可能性,而快速城市化地区更容易受到洪涝灾害风险的威胁;(4)空间滞后模型计算结果表明危险性风险与人口聚集为正相关,与社会经济活动活力存在负相关,即人口密度大、社会经济失活,灾害危险性越高。最后针对不同城市化水平高风险点提出灾害防控建议。

基于ArcGIS的山西省暴雨灾害风险评估

选取山西省109个气象站1988—2018年气象资料,结合层级分析法和专家打分法,构建了山西省暴雨风险评估模型,并利用ArcGIS对山西暴雨风险进行评估。结果表明:山西省大部分地区年暴雨量占年降水量的比例都超过了10%,说明暴雨作为山西降水量的主要来源。山西南部大部分地区及中部吕梁、阳泉、太原地区处于高风险区,发生暴雨灾害的风险较大发生;北部大同、朔州地区处于低风险区,发生暴雨灾害的风险较小。实时开展暴雨灾害的危险性评价,有助于完善当地地质灾害气象风险评估模型,为地方政府制定防灾减灾措施提供依据。

基于贝叶斯网络的南水北调中线工程暴雨洪水风险分析

南水北调中线工程是解决北方水资源短缺的战略举措。工程输水线路长,沿线交叉河流众多,因此采用了倒虹吸、渡槽等水工建筑物与沿线河流立交,以保证水质。输水工程穿越地区暴雨多发,洪水频繁,给南水北调中线工程安全运行构成较大威胁。为此,基于贝叶斯网络理论,建立了南水北调中线工程暴雨洪水风险模型,分析输水干渠不同区段的风险程度,并根据不同降雨情景实时分析洪水风险,为降低工程的暴雨洪水风险损失提供决策参考。

基于CMA区域集合预报的暴雨灾害风险预估研究——以“21·7”河南暴雨为例

将CMA区域集合预报与暴雨灾害风险评估模型耦合,以“21·7”河南暴雨事件为例,对比基于控制预报和基于扰动成员的风险预估结果,预估各风险等级概率,并运用集合平均、概率匹配平均法将集合成员集成,探索集合预报在暴雨灾害风险预估中的应用途径和效果。结果表明:基于集合预报的风险预估提示河南北部有超过50%的概率存在暴雨灾害高风险,有10%~30%的概率存在暴雨灾害极高风险,弥补了单一控制预报在河南北部预估偏弱的问题;概率匹配平均比集合平均或单一成员的预估结果更接近真实值,且预报时效越长优势越明显。集合预报能为暴雨灾害风险预估提供更多有效信息。

广东省暴雨高风险区划

运用水文气象地区线性矩频率分析法,选取广东省及周围缓冲区雨量站1 h、6 h、12 h和24 h年最大降水量资料,计算站点降雨频率估计值,分析暴雨高风险区划。结果表明:根据1 h、6 h、12 h和24 h年最大降水量资料广东省可分别划分为13、15、16和16个水文气象一致区,大部分一致区的最优分布为广义极值分布和广义正态分布;降雨频率估计值的空间分布态势在相同时段不同重现期下基本一致,而不同时段存在一定差异,1 h暴雨高风险区位于西南部沿海阳江附近,6 h、12 h和24 h暴雨高风险区位于阳江、珠江三角洲广州到清远和东部沿海陆丰附近区域。

河南重大暴雨灾害的孕灾风险研究

分析了河南1961年以来的重大灾害事件及致灾性降雨强度和暴雨日数分布等情况,并将暴雨日数分布、重大暴雨事件灾害频次、水库库容、粮食产量、人口密度和地区生产总值作为因子分析了河南省的重大暴雨灾害风险。按照等分法,河南省的南阳、驻马店和信阳为重大暴雨灾害一级风险地区,商丘、周口、郑州、安阳和洛阳为二级风险地区,许昌、平顶山、新乡、焦作为三级风险地区,开封、三门峡、濮阳等为四级风险地区,漯河、鹤壁和济源为五级风险地区。根据水库库容、粮食产量、人口密度和地区生产总值分布情况的研究,建议:提高中部地区中小水库库容、降低上游大中型水库对下游的可能性影响;在评估河南地区灾害风险时,粮食产量是非常必要的因子。另外,在评估因子的选取中,应选择适合于当地的因子进行参数化,提高灾害风险评估在实际工作中的应用价值。

平原区暴雨内涝风险数值模拟研究

采用水力学方法探讨平原区暴雨内涝风险数值模拟研究,采用MIKE11建立黄河故道一维水力学模型,采用MIKE21 FM建立区域二维水力学模型,采用MIKE FLOOD对一维、二维模型进行耦合计算,模拟区域1978、2000、2003年暴雨内涝演进过程和淹没范围等,计算结果与涝灾实际淹没情况及区域地形地貌基本相符,可为下一步洼地治理、涝灾应急预案制定等提供参考依据。

基于概率统计的河北省暴雨致灾风险评估

根据河北省142个气象观测站点逐日逐小时降水资料,提取降水量、降水强度、降水历时、降水分布4个暴雨过程评价指标,基于百分位分布和概率统计方法,建立暴雨致灾风险评估模型.结果表明,暴雨致灾风险与降水量、降水强度、降水历时以及降水分布等因素紧密相关,其中降水量影响最大,其次为降水强度、降水历时;暴雨过程发生频次随暴雨致灾能力综合指数E值呈现先增大后减少的偏正态分布趋势,在2.0~3.5之间发生次数最多;暴雨致灾概率和历史个例平均直接经济损失与风险等级呈正相关关系,致灾风险Ⅳ级暴雨过程致灾概率小,造成的平均直接经济损失低,Ⅲ、Ⅱ级暴雨过程致灾概率和平均直接经济损失依次增大,Ⅰ级暴雨灾害过程致灾概率最大,可达92%,造成直接经济损失最大,危险性极高.

基于城市水文模型模拟的暴雨积涝灾害风险预警研究

以土地利用及土地覆盖分类(透水及不透水地表组成)及格点化城市管网排水能力为水文模型主要输入参数,以雷达反演及外推雨量为强迫,模拟城市地表水反应过程及水动力过程,提出在城市水文模型基础上发展城市暴雨积涝风险预警及预报应用。水动力模型以二维浅水方程为基础,用变向隐式法分别在x轴和y轴方向上分两步求解差分方程。此演算方法具回水效应,间接实现了径流路径搜索的多重路径寻向,还原城市地表径流紊流、分流及散流较多的状况。研究分别以在线及脱线方式做了基于城市水文模型的模拟及检验分析。在线模式研究以2012年北京“7·21”暴雨为个例,用雷达定量降水估计强迫到城市水文模型中演算网格积水深度,模拟“7·21”暴雨积涝情景,发现模拟结果基本反映当天的积水及积涝发生情况;脱线模式模拟则侧重计算城市地区不同风险等级暴雨积涝的临界雨量值(风险阈值),尤其是积涝易发点的风险阈值。研究推导出北京地区49个积涝易发点积水深度分别达到0.2、0.5、0.8和1.2 m时的1、3和6 h的临界雨量,并以此作为北京地区暴雨积涝“蓝黄橙红”四个预警等级的划定标准。

基于WRF模式的城市尺度极端降雨空间格局特征研究——以珠海市为例

利用区域气象模型WRF(Weather Research and Forecasting Model)对欧洲气象中心大气再分析资料(ERA-Interim)进行动力学降尺度至4 km水平分辨率,反演模拟珠海市长期的逐年最大日降雨事件过程;基于广义极值理论(GEV)计算不同降雨历时(1 h和24 h)、不同重现期(2 a、5 a、10 a、20 a、50 a和100 a)下珠海市4 km格网的暴雨强度空间格局,以期为当地城市防灾减灾规划和洪涝风险评估提供科学支撑和建议。

利用既有设施调蓄空间提升防涝能力的策略探索

为提高城市基础设施暴雨防范能力,基于平战结合的韧性城市建设理念,将城市既有公共设施空间多功能利用与暴雨应急响应处理处置需求相融合,是充分利用城市已建成区域设施用地、系统治理城市内涝的开创新对策。本文以上海市中心城区典型排水系统为例,通过应用排水模型等数字化手段,对研究区域现状暴雨积水情况进行精细化模拟评估和风险等级划分,定量分析系统提标需求,并开展临时应急调蓄方案策略制定和积水削减效果模拟评估分析,充分发挥湖泊、绿地、广场、车库等既有设施可淹空间的临时滞蓄作用,为利用既有设施防范暴雨积水灾害提供新的思路。

山西省主要气象灾害特征及风险评估——基于暴雨洪涝灾害气象数据融合的实证视角

立足于山西省暴雨洪涝气象数据融合的实证视角,通过对山西省109个气象站点,1957—2008年的暴雨洪涝灾害数据,山西省经济发展数据、地理数据的高度融合,从致灾因子、孕灾因子、承灾体因子和防灾减灾因子4个维度出发,构建山西省暴雨洪涝灾害风险评估模型,并选择太原市、大同市、晋城市、朔州市、晋中市和临汾市进行实证分析,综合评估这6个城市的暴雨洪涝灾害致灾指数。研究成果不仅能够从实践上指导山西省在暴雨洪涝预测及防灾减灾方面的实践工作,而且从理论方法上对气象灾害研究提出独特的分析见解。

可视化降雨频率图集和暴雨高风险区划图集研究

为了使降雨频率估算成果能够为涉水各行业的规划设计以及洪涝灾害预警和风险分析服务,并为大数据分析奠定科学基础,以厦门地区为例,首次使用包括水文及气象系统雨量站的年最大历史降雨资料,应用水文气象地区线性矩法以及暴雨高风险区划理论和技术,编制厦门地区降雨频率图集和暴雨高风险区划图集,研究降雨频率估计值的数字化以及暴雨高风险区划的可视化展示,建立估算成果的网络共享平台。考虑到暴雨频率估计值的不确定性,首次提供不同时段、不同重现期下频率估计值90%的置信区间,为风险分析提供科学依据。计算结果表明,厦门市东北部为暴雨高风险区;实际资料分析表明,厦门市西北角也可能存在一个暴雨高风险区,但是由于站点过少以及资料序列长度不够,建议今后资料充裕时进一步分析,这将对该地区雨量站的增设起到指导作用。