洪水风险评估和管理

有不同类型的洪水，它们是由自然或/和人为因素触发的。洪水对人类社会和生态系统造成破坏时，就会成为危险。洪水风险是洪水概率和洪水不利后果的组合。洪水风险管理涉及洪水风险分析、评估和控制。介绍了英国最近的一些洪水实例。

未来的洪水无法准确预测。随着我们知识的增加，对洪水的认识不确定性可以减少，但随机应变的不确定性无法减少。因此，概率论是洪水风险评估和管理的基础。洪水可以被视为具有一定概率分布的随机变量。

任何集水区洪水的真实概率分布未知，必须进行估计。假设未来洪水将遵循与过去相同的洪水模式，我们可以根据过去的洪水记录推导洪水概率分布。统计学是帮助我们估计洪水频率参数的数学分支。

洪水的特征可以是洪峰流量、规定持续时间的洪量或其他属性。它们被认为是独立的，分布相同。经验洪水频率为分析洪水频率估算提供了依据。计算机软件有助于加快频率分析过程。

洪水是复杂的，洪水记录往往有错误。洪水频率分析的两个要点是：1）所有洪水频率曲线都是错误的，但有些是有用的；2） “所有数据都是错误的，但有些是有用的。”频率曲线拟合的不确定性可以通过各种技术来降低，以避免过拟合和欠拟合。

在统计学中，记录的时间越长，统计估计就越准确。历史洪水和古洪水是仪器洪水的重要补充数据来源。应将其整合在一起，以提供改进的洪水频率估算。

区域化是处理数据贫乏流域的有效方法。为了克服数据短缺问题，使用一组流域属性来选择水文相似的流域。

将水文相似的现场汇集在一起，以提供比调查现场更长的记录。通过初始选择、不一致性检查和异质性测试，使用一些关键的集水区属性（描述符）建立一个池组。增长曲线可以从单个组成员的加权贡献中得出。

为了估算没有河流流量记录的集水区的洪水频率，有几种可用的方法（集水区描述符、数据传输、降雨径流模型和河道尺寸）。它们具有不同的精度，可以探索多种方法来得出合理的洪水估算。

雨量计网络的空间分辨率有限。传统方法，如泰森多边形法、等雨量法和倒数距离平方法，易于使用，但无法提供不确定性信息。克立格等地统计学方法能够提供点降雨量估算和集水区平均降雨量，以及估算值的不确定性信息。

由于其成本相对较低，雨量计比河流流量站多。此外，降雨记录通常比河流流量记录长得多。因此，降雨径流模型有助于洪水工程师将降雨记录转换为河流流量。

与洪水频率分析一样，单个降雨事件也有一个重现期。降雨有两个重要属性：深度和持续时间，因此降雨频率分析涉及深度-持续时间-频率模型（DDF）。DDF可用于估算设计降雨量或评估观测降雨事件的罕见性。

在洪水风险管理中，了解特定地点最大降雨量的上限是有用的。它可以通过风暴模型、实际风暴最大化或通用图表进行估算。最大洪水和最大暴雨可从最大降雨量中得出。由于我们对这些估计值不太确定，因此在术语前加上“可能”很重要，以强调这些值的重大不确定性。

洪水灾害图为公众和洪水风险管理专业人员提供了非常有用的信息。它们是根据规定重现期的淹没图构建的。如果洪水脆弱性信息可用，则可以将洪水灾害图转换为洪水风险图。

频率分析假设极端降雨量和洪水值是由独立且相同分布的随机变量产生的。如果数据序列具有趋势或阶跃变化的非平稳性，则频率分析的基本假设将受到严重挑战，这将对未来洪水量级和频率的概率评估产生巨大影响。有几种统计测试可用于识别降雨或流量记录中的非平稳性。

世界人口的一半以上生活在沿海地区。因此，沿海洪水是人类社会的一大威胁。海上洪水可能是由暴雨（风暴潮）、高潮、海啸或它们的组合引起的。对海岸过程和海浪模型的了解使工程师能够基于软硬件工程措施设计和管理有效的海岸防御系统。

洪水预报是洪水风险管理中的一项非结构性措施。实时洪水预报为洪水预警服务提供了宝贵的信息，使公众和应急机构有足够的时间准备应对即将到来的洪水的对策。

有结构和非结构防洪措施。风险和不确定性分析是设计和选择适当防洪方案的基础。社会经济分析在未来变得越来越重要。

人类活动可能在地方、区域和全球范围内对天气和气候产生重要影响。然而，同样重要的是要认识到气候一直在随时间自然变化。模拟全球气候变化是非常困难和主观的。气候建模中使用的技术和获得的结果引发了争议，因此所有现有气候建模系统提供的“预测”存在巨大的不确定性。

读者可以使用本章中描述的问题来检查您对本书和相关阅读材料的理解程度。你应该能够在3小时内尝试所有的问题（每个问题20分），这个练习的满分是100分。最后一页附有一张公式表，以供快速参考。