辽阳市旱涝特征研究和灾害预测应用效益研究

辽阳市旱涝特征研究和灾害预测应用效益 研究 摘要辽阳市地处辽宁中部，太子河的两岸，属 旱涝灾害频发城市。通过对辽阳地区旱涝特征进行分析，建 立起适合该地区的GM灾变预测模型和GNN组合旱涝预测模 型并进行应用后，取得了显著的经济、社会和环境效益。太 子河流域哙窝水库率先采用该预测结果指导供水调度，加强 了主体工程运行的可靠性，提高了水库的防洪、兴利效益， 并最大限度减轻了控制范围内的旱涝灾害损失。 关键词旱涝；灾害预测；效益分析 中图分类号P4文献标识码A 1引言 辽阳地处辽宁中部，太子河的两岸，属旱涝灾害频发城 市。尤其是近些年，随着气候的变化，经济社会的快速发展, 旱涝灾害日益成为辽阳市最严重、最难解决的水安全问题之 一，并日益成为影响辽阳市粮食安全和经济可持续发展的一 个重要而紧迫的问题。因此，对辽阳市旱涝问题进行研究， 分析当地旱涝变化规律，有效防涝防旱，解决水资源危机， 采取防灾减灾的工程性措施和非工程性措施，以减轻影响和 损失，具有现实性和必要性。 2辽阳市及哙窝水库概述 辽阳 市位于 E122 35’ 04〃 〜123 41’ 007 , N40 42 19〃 〜41 36 32”,全市总面积 4731km2,境内 共有大中小河流29条，组成了太子河、浑河两大水系。全 市共有水库9座，弓|、蓄、提水工程144座，地下水井4031 眼，不仅负责本市农业、工业、生活用水，还承担着鞍山市 局部地区人民生活用水、鞍钢等工业企业的生产用水及太子 河下游的营口大石桥等市的农业用水。辽阳市主要自然灾害 是水灾，本地区降雨量时间集中在7〜8月，且经常有连续 性大雨天气，境内危害较严重的是浑河和太子河。与此同时, 旱灾也时有发生，并有加重趋势。据史料记载，自1950年 以来，辽阳市曾7次遭受重大洪涝灾害，5次遭受重大干旱 灾害，带来了巨大的经济损失和社会影响。 哙窝水库位于辽宁省辽阳市弓长岭区境内的太子河干 流上，始建于1970年，1974年全面竣工并投入使用，它集 防洪、发电、灌溉、工业用水、旅游观光等多种功能于一体, 属国家大II型水利枢纽工程。水库按300a年一遇洪水设计, 10000a -遇洪水校核，相应库容为7. 91亿m3,兴利库容为 5. 08亿m3,最高洪水位为102m,有效灌溉面积10. 68万hm2, 年农业供水量10亿m3,工业供水量1. 12亿m3。 3系统概述 为了减少旱涝自然灾害给辽阳地区造成的损失，有效的 抗旱防涝，辽阳市旱涝特征分析及旱涝灾害预测研究与应 用通过分析辽阳地区的旱涝特征，以BP网络、灰色模型 GM理论和马尔可夫理论为基础，应用Spss和Mat lab系 统，建立适合辽阳市的灰色预测模型、马尔可夫过程的改进 残差灰色灾变预测模型和灰色神经网络组合旱涝预测模型， 研究优化模型为辽阳市旱涝灾害预测及其防治提供依据。其 主要内容如下 3.1基于气象资料的辽阳市旱涝特征分析。 3.2基于马尔可夫过程的改进残差灰色灾变预测模型 的研究。 3.3对辽阳市旱涝等级进行评估，建立适合辽阳市的 GM灾变预测模型，并在辽阳市旱涝预测中应用。 3. 4建立适合 辽阳地区的GNN组合旱涝预测模型，并在 辽阳市旱涝预测中应用。 4系统效益的实现方式与途径 本旱涝预测是通过对辽阳地区旱涝特征进行分析，建立 了适合辽阳地区的GM灾变预测模型和GNN组合旱涝预测模 型，并在辽阳市旱涝预测中进行了应用。经2009、2010、2011 年验证，预测结果精准，完全与实际相符。太子河流域哙窝 水库率先采用该预测结果指导供水调度，加强了主体工程运 行的可靠性，提高了水库的防洪、兴利效益，并最大限度减 轻了控制范围内的旱涝灾害损失。 系统效益的直接来源是系统在正常年份、大洪水/严重 干旱年份、极端水文和工程事件发生年份通过科学合理地改 变水库运行方式实现的。改变运行方式就是将常遇调度方式 改变为防洪预报和预蓄预泄调度方式。 防洪预报和预蓄预泄调度方式是适宜在降雨径流年内 和年际变化不均匀地区实施的水库调度方式。这两种调度方 式可在确保水库自身安全的前提下，增蓄有效洪水资源，达 到减灾除害和充分利用水资源的双重目的。 防洪预报调度方式是将洪水预报信息应用于水库调度， 适当减少防洪库容，增加蓄水。 水库预蓄预泄调度方式是在适宜的洪水发生条件下，利 用短期降雨预报和洪水预报在水库中预留水量，接到暴雨预 报后再进行预泄，使下一次洪水到来之前，预蓄水量以安全 方式全部泄出。 辽阳市旱涝特征分析及旱涝灾害预测研究投入使用之 前，由于缺少精准的预报，哙窝水库不能实施防洪预报和预 蓄预泄调度方式，限制了水库在适当的年份改变运行方式。 旱涝灾害预测研究投入使用后，提高了洪水预报精度和调度 方案的可靠性，增长了预见期，使水库实施防洪预报和预蓄 预泄调度方式成为可能，创造了较大的经济效益、社会效益 和环境效益。 4. 1经济效益分析 辽阳市旱涝特征分析及旱涝灾害预测研究与应用的直 接经济效益是指旱涝预测到发生灾害性干旱和洪水时，减免 国家和人民生命财产损失所带来的经济效益。这部分经济效 益按假定无本旱涝预测情况下可能造成的灾害损失与有本 旱涝预测情况下实际的灾害损失差值计算。 本文分别分析2009、2010、2011年通过施用旱涝灾害 预测改变调度方式产生的直接防洪抗旱效益。首先计算这三 年实际各类旱涝灾害损失；然后根据运行期实际发生旱涝灾 害情况进行还原计算，求得假定无旱涝预测情况下，各类灾 害损失。其中，单位旱涝灾害损失综合指标按2010年生产 水平和价格水平调查和计算。以表1为例，逐项计算出农业 防洪抗旱、林业、水产业等八项指标各年的直接洪灾损失值, 综合后得出，防洪抗旱直接经济效益可达7425. 71万元。 4. 2社会和环境效益分析 辽阳市旱涝特征分析及旱涝灾害预测研究与应用自 2009年施用以来，在带来显著经济效益的同时也产生了巨大 的社会和环境效益。 4. 2. 1社会效益 主要有5方面 4. 2. 1. 1减免了在2009年因严重旱灾、2010年因严重 洪灾致使辽阳地区和太子河流域哙窝水库上下游农、林、牧、 渔等减产失收，造成供应紧张，影响人民生活或引起饥荒等 社会问题，保证了国民经济的稳定性和社会的正常经济秩 序; 4. 2. 1. 2避免了因洪灾引起工商企业停业停产、学校停 课等，影响社会正常运行秩序； 4.2.1.3缓解了洪水给居民的精神压力，减轻防洪抢险 的负担，避免躲水逃洪的劳顿； 4. 2. 1.4减轻了组织灾区居民撤退转移和安置救灾的负 担； 4. 2. 1.5避免了人口伤亡和财产损失给居民的精神打 击，减少抚恤、救济等负担。 4. 2. 2环境效益上 尤其在避免洪灾使生态环境恶化，维持生态平衡的收益 方面，主要作用有 4. 2. 2. 1避免了洪灾引起水质和卫生条件恶化，造成疫 病流行，居民健康水平下降； 4. 2. 2. 2避免了 土地被冲毁、淤压，导致沙化荒废； 4. 2. 2. 3避免了地下水位上升，引起土地沼泽化或次生 盐碱化； 4. 2.2.4减免了林、草