中国沿海地带复合洪水特征分布及风险研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 李育庆 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 吴绍洪 ; 高江波 |
| 关键词 | 复合洪水 降水 风暴潮 气候变化 风险评估 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 我国沿海地区正面临日益严峻的洪水风险。沿海地区不仅人口稠密，社会经济活动高度集中，其洪水灾害机理也极为复杂。其中，极端风暴潮常与强降水事件在时间和空间上耦合出现，极易导致规模更大、破坏力更强的复合洪水，对我国的社会经济构成严重威胁。此外，在气候变化下，水文循环系统正发生显著改变，极值水文事件的频率与幅度也随之变化。因此，如何系统研究中国沿海地带复合洪水的时空规律，尤其是针对应当如何科学构建复合洪水模型并定量评估其灾害风险，预估未来的复合洪水风险，从而更有效地预防复合洪水灾害、提升防灾减灾能力，已成为亟待解决的核心课题。 基于此，本研究在详细梳理国内外洪水研究方法的基础上，从“复合极端事件–复合洪水危险性–复合洪水风险”的视角出发，深入研究中国沿海地区气候变化背景下复合极端事件时空分布特征；选取典型城市，构建了复合洪水统计和物理模型，系统模拟了不同情景下的复合洪水淹没情况，评估复合洪水经济损失灾害风险，同时预估未来气候变化下复合极端事件和洪水风险。本研究的结果可为复合洪水灾害管理提供科学依据，对更好地保障沿海城市经济、社会和环境的可持续和谐发展具有重要意义。研究结果表明： （1）本研究基于 1975–2020 年沿海 12个气象与潮位站点的数据，结合时间序列分析、Poisson 回归、增长率计算、相关性分析和空间分布分析，量化了极端降水与潮位事件的长期演变特征，结果显示近年来此类事件的频率和强度均呈显著增加，且增长速率不断加快。随后利用尾部相关性方法对中国沿海复合极端事件进行分析，发现黄海与东海的相关性整体高于渤海与南海；在东南沿海（东海、南海）台风季（7–10 月）相关性高于全年，而北部沿海（渤海、黄海）全年相关性更高。此外，降水站与潮汐站间距离越大时，相关性呈非均匀下降；对于大多数站点，复合极端事件从 1 天延长至 5 天时相关性逐渐增强，7 天后开始下降。对北部沿海代表站石臼所和东南沿海代表站厦门的气象驱动力分析表明，石臼所 7 月的洪水过程主要受低压中心南部边缘的冷空气影响，而厦门 4–9 月的复合极端事件中有 46% 由海上低压与陆上高压共同驱动。最后，基于 HadGEM3-GC31-HM、GFDL-CM4c192、EC-Earth3P-HR与CMCC-CM2-VHR4 多模型的对比结果显示，相较于1979–2014 年，2015–2050 年极端降水与风暴潮组合下的复合极端事件风险整体增幅达23.9%～119.47%，其中东南沿海为 14.44%～107.32%，北部沿海则可高至 16.87%～218.89%。 （2）针对典型城市海口市，采用分位数映射（QDM）方法对典型研究城市海口市再分析潮位与观测潮位进行去趋势处理并校正系统性偏差，显著减少了年尺度潮位偏差。随后，由AIC/BIC评分构建潮位（Logistic分布）和降水（Gev分布）的边际分布拟合后和最优联合分布Clayton Copula。基于台风“狮子山”造成的洪涝事件模拟结果，基于FloodMap模型构建复合洪水模拟模型，其准确率达86.7%，表明其能够有效模拟城市内涝的发生及其影响，并进一步对曼宁系数进行敏感性分析。通过结合统计模型和物理模型，共模拟了 36 种风暴潮与暴雨组合场景。在5年一遇降雨条件下，不同风暴潮模拟结果显示，当风暴潮重现期超过50年时，潮位显著超出防洪堤设计高度，导致淹没范围和水深迅速扩大；在50年一遇风暴潮下，淹没范围约占研究区总面积的 47.6%，高危险的区域面积从5年一遇风暴潮时的10.07 km²跃升至39.55 km²。随着风暴潮重现期增至500年和 1000 年，整体淹没范围趋于稳定，但深度依然上升，高危险的区域分别达 39.85 km²和40.48 km²。在50年一遇风暴潮条件下，不同降雨模拟结果显示，随着重现期增大，淹没范围和水深同样显著增加，尤其当风暴潮重现期为 50 年时，降雨重现期从5年至50年，水深大于1 m的区域由39.55 km²增至 43.70 km²，并在 1000 年一遇暴雨时扩至45.23 km²，其中龙昆沟、金牛湖、道客沟、红城湖等低洼区尤为脆弱。 （3）针对典型城市海口市，采用“危险性—暴露度—脆弱性”综合框架，针对不同土地利用类型建立“深度-损失”脆弱性曲线，并引入修正因子（0.6851）匹配土地利用价值，从而量化复合洪水淹没损失。结果显示，暴雨和高潮汐的联合作用对洪灾损失影响显著。当降雨量为223.79 mm且潮汐从2.52 m升至3.35 m时，损失从约26.62亿元人民币增长至33.85亿元人民币，增幅达27.34%；当降雨量增至656.55 mm时，损失从48.27亿元人民币进一步增至51.86亿元人民币，增幅为7.15%。本研究通过模拟10,000组随机降雨和潮汐组合，计算其年期待损失（EAD）为26.94亿元人民币（1979-2014年）。虽然极端暴雨或高潮汐事件造成的单次损失更大，但其发生频次极低，反而较低重现期（4至10年降雨、1至5年潮位）事件因为发生概率高，对EAD的贡献更为显著。未来洪水损害（EAD）相比过去增加了约582.88%，从26.94亿元人民币（1979-2014年）增至184.00亿元人民币（2015-2050年）。海平面上升与极端降水增多推动复合洪水风险持续攀升，需从堤坝排涝升级、城市规划优化和应急管理强化等方面协同提升城市防灾韧性并减缓潜在损失。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 121 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217312]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李育庆. 中国沿海地带复合洪水特征分布及风险研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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