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