西浦研究表明英国洪水风险逐年增加
2021年06月01日
气候变化正持续在世界各地引发变幻无常的极端天气事件。对此，西交利物浦大学学者呼吁工程师重新思考防洪设施的设计。
在最近发表于《水文学杂志》（Journal of Hydrology）上的一篇论文中，西浦设计学院博士生陈梦竹和设计学院院长Konstantinos Papadikis 博士分析了英国 158 个汇水区的历史洪水序列和气象数据。
他们发现，大多数地区的洪水序列并不遵循既往规律。这一发现直接挑战了利用历史数据来推算某一地区洪水频率的常用分析方法。洪水频率分析长久以来一直是洪水风险控制、水工结构设计和水资源管理的基石。
“传统的洪水频率分析方法未能考虑由气候变化、人为干预和土地利用变化所引发的不确定性。” 陈梦竹说。
“这是因为该方法使用了‘平稳假设’，它依靠历史数据来预测洪水频率，且默认洪水将在一个恒定的范围内发生。
“近年极端天气频率的增加，让我们对平稳假设产生了质疑。而我们的研究表明，在英国的许多地方，洪水序列不再遵循既往规律，因而更加难以预测。”
避免灾难
陈梦竹表示，如果工程师和水文学家继续使用传统方法，可能会低估洪峰，从而引发潜在灾难性后果。
“如果继续基于平稳假设来进行工程设计，由于基础设施无法承受比预期更多、更严重的洪水，可能会增加水工结构和防洪措施的失败风险。”她说。
“如果我们设计的结构仅用于抵御‘百年一遇’的洪水，而现在这类极端事件十年内就发生了三四次，那后果将是灾难性的。”
“在规划与水利相关的设施时，的确应当分析历史数据，并据此预测未来。但由于目前情况的非平稳性，仅靠过去的数据是不足以预测未来的极端降水和洪水的。”
多个影响因素
该研究评估了可能导致洪水频率非平稳性各种因素。结果表明，非平稳性可能是由多个因素同时作用，而非单个因素导致的。
“虽然气候变化加强了洪水频率的不稳定性，但我们的研究表明，降雨情况的可变性仍然是洪水变化的主要影响因素。” 陈梦竹说。
“在英国，这种不稳定性还与两种大气环流模式密切相关——北大西洋涛动和东大西洋模式。”
研究增添认识
尽管相关研究越来越多，但水利工程设计和项目仍然基于传统的平稳假设。这是因为业界在利用非平稳假设分析洪水频率的方法上还未达成共识。
来自西浦设计学院土木工程系的陈梦竹说，非平稳环境越来越常见，而他们的研究有助于增加人们对这类环境下洪水的认识。
“目前针对洪水的非平稳建模仍处于早期阶段。”她说。
“尽管非平稳洪水频率分析的新概念和新技术不断涌现，但由于洪水发生机制高度复杂，大多数现有的研究仅限于对明显趋势的检测和诊断，而没有调查潜在因素。”
“我们的研究提供了关于洪水发生机制的新见解，这对洪水风控和水资源管理来说非常重要。”
“极端洪水事件越来越难以预测，我们需要调整工程建设方法，以减轻其影响。”
该论文《对英国洪水频率非平稳性的调查》已在《水文学杂志》上的发表，点击即可阅读。
（记者：钱懿 翻译：韩香音）
2021年06月01日