城市洪水風險圖編制技術研究

李永坤，董傳紅，薄麗東，軒 靖

（1.河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250；2.保定市西大洋水庫管理處，河北 保定 072350）

城市洪水風險圖編制技術研究

李永坤1，董傳紅1，薄麗東1，軒 靖2

（1.河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250；2.保定市西大洋水庫管理處，河北 保定 072350）

洪水風險圖是一種融合了地理、社會經濟信息、洪水特征等信息的專題地圖，采用了Acrgis（地理信息系統）、SQL數據庫等先進技術，可廣泛應用于防洪減災、洪水保險、各種發展規劃、災害評估等諸多方面。城市洪水風險圖的繪制對預防城市外圍洪水及降低城市內澇洪水影響、土地利用、城市發展規劃等方面，起到重要的參考作用。該文以保定市為例，對風險圖編制中的技術經驗進行了總結，為今后工作提供借鑒。

洪水風險圖；城市；編制技術

1 城市洪水風險圖編制及保定市概況

1.1 城市洪水風險圖特點

洪水風險圖是一種融合地理、社會經濟、洪水特征等信息，可直觀判定區域內遭受洪水災害危險性大小的科學工具，可廣泛應用于防洪減災、洪水保險、各種發展規劃、災害評估等諸多方面。洪水風險圖可分為江河湖泊洪水風險圖、蓄滯洪區洪水風險圖、水庫洪水風險圖、城市洪水風險圖4類。城市洪水風險圖與其他3類相比有以下特點：①洪水對象不同。江河湖泊、蓄滯洪區及水庫洪水風險圖研究的洪水對象主要為威脅人民生命財產安全的“大洪水”；城市洪水風險分為外圍洪水和內澇洪水，以內澇洪水為主。②行洪條件不同。江河湖泊、蓄滯洪區及水庫洪水主要通過河道及漫坡行洪；城市內澇洪水主要通過城市排水系統及街道行洪。③保護對象不同。江河湖泊、蓄滯洪區及水庫洪水風險圖保護對象主要為人民生命財產安全；而城市一般防洪標準較高，一般外圍均有防洪大堤防護外圍洪水，城市洪水風險圖主要以分析內澇洪水對人民生產生活的影響為主。

2004年，國家防總組織力量編制了《洪水風險圖編制導則》，并在全國七大流域各挑選了部分試點先行開展洪水風險圖編制工作。其中保定市為海河流域試點之一。本文以保定市洪水風險圖編制為例，對城市洪水風險圖編制技術進行了初步研究。

1.2 保定市概況

保定市位于河北省中部，地處華北平原的西北腹地、太行山東麓，屬大陸性半干旱季風氣候區,多年平均氣溫12.4℃，風向以西南風和西北風居多。保定市區是以輕紡工業為主，科研教育事業比較發達，是座歷史悠久的文化古城，市區總人口62.4萬人，其中非農業人口51萬人，建成區面積51.5km2，市區工業總產值43億元。

直接影響保定市區防洪安全的外圍行洪河流共14條，分為北部漕河系統、西南部清水河系統及穿過市區的府河三大系統。為防止外圍洪水對市區的影響，保定市防洪工程體系主要為環繞市區的防洪大堤，防洪大堤設計防洪標準為100a一遇，除交叉路口未封堵外，基本達到設計防洪能力。根據預測，到2020年保定市區人口規模為90萬人，按照GB50201—94《防洪標準》，保定市區的規劃防洪標準為100a一遇。根據《河北省城市防洪規劃》，規劃總體布局仍然以防洪大堤為城市防洪的屏障；市內骨干河道進行治理配套；外圍河道進行整治。低標準洪水沿河道下泄，高標準洪水由防洪大堤防御，市內相應雨水從排水管網集于府河下泄。

1.3 城市洪水風險圖編制方法

城市洪水風險圖編制亦由3部分組成：（1）洪水風險分析；（2）SQL數據庫系統；（3）風險圖管理平臺。

首先對城市暴雨洪水行洪情況及城市排水系統排水過程進行洪水演進分析，并轉化成SQL數據庫及ARCGIS地圖需要的格式，利用風險圖管理系統集成最終的電子版洪水風險系統并繪制紙質版洪水風險圖。其中的關鍵是洪水風險分析技術路線和方法。

1.4 基礎資料

編制保定市區洪水風險圖采用的基礎資料包括大比例尺地形圖、歷史暴雨及水災資料、城市排水系統資料、社會經濟資料、重點保護對象調查、有關規劃資料等。

2 洪水風險分析

2.1 洪水演進分析方法

洪水分析方法主要有水文學法、水動力學法和歷史水災法。按照《洪水風險圖編制導則》要求，根據本地區的特點，保定市洪水風險圖編制主要采用水動力學法。水力學方法基于水量守恒及水動量守恒原理，建立洪水數學模型，模擬洪水的恒定及非恒定演進過程，從而獲得洪水風險信息。水動力學法一般采用一維水動力學法和二維水力學法兩種。一維水力學法主要用于推求江河（河段）不同頻率河道水面線；二維水力學法主要用于分析堤防、大壩潰決后的洪水演進途徑、淹沒區域范圍。可以與歷史水災法結合，重演江河（河段）典型洪水發生時，在現有防洪體系下可能的淹沒范圍、水深、流速等。

此行長榮股份工廠的參觀給我留下了深刻的印象。進入工廠，首先映入眼簾的是一面展示墻，上面記載了長榮的發展歷程，其中一行字“以客戶利益為中心，創新經營，永續發展”，令我記憶猶新。創新是企業發展的動力源泉，想必這就是長榮股份贏得眾多品牌客戶認可及當前市場地位的一個重要原因。

結合保定市以暴雨積水風險為主的特點，采用與天津大學合作的洪澇模型。該模型分為兩層：表層計算地表流動情況，考慮了鐵路、公路、河道、堤防和泵站的影響；底層計算管網流情況，考慮了管流泵的作用。表層與底層之間通過井口、水泵進行水量交換。模型應用有限體積的思想，采用無結構不規則網格。網格各邊為通道，通道兩端為節點。按照有限體積法，取單元網格為控制體，在網格中心處計算水位（或水深），在網格周邊通道的中點處計算流量。其中，水位具有網格平均值的含義，流量具有通道平均值的含義，水位和流量在時間上采取時間交錯計算方式。

2.2 洪水演進分析

2.2.1 模型網格劃分

圖1 保定市剖分圖

保定市瀝澇模型計算范圍是以市區規劃環路為外邊界，采用區域街區形狀為模型網格輪廓，用任意多邊形網格化分計算域。模型分為兩層，表層計算地表流動情況，考慮了鐵路、公路、河道、堤防和泵站的影響；底層計算管網流情況，考慮了管流泵的作用。表層與底層之間通過井口、水泵進行水量交換。模型網格剖分及河道管網模化圖如圖1所示。

2.2.2 邊界條件

2.2.2.1 上邊界條件

保定市洪水風險分為外洪風險 （即由于城市外圍洪水漫過防洪大堤引起城市淹沒的風險）和內澇風險（即由于降雨造成城市積水，引起城市的淹沒風險）兩種情況。

100a一遇以下不考慮外圍洪水對市區的影響，主要考慮因排水不暢導致的暴雨內澇積水風險。在此情況下，需先確定設計暴雨，進而求出設計凈雨，并以此作為上邊界條件。

建成區：R=0.85Xp

規劃區：R=0.6Xp

式中 R為設計凈雨，Xp為設計暴雨。

2.2.2.2 下邊界條件

以府河水位～流量關系為下邊界條件。

2.2.3 計算域

根據保定市城市總體規劃，以市區規劃環路為外邊界。模型共劃分網格3625個，節點3727個，通道7351個。最短通道72m，最長通道556m，覆蓋面積約為37.7km2。

2.2.4 模擬參數

糙率值按地形、地貌條件和地面特點，并參照其他城市進行模擬計算中采用的數據選取：建筑物及居民區采用0.10，公園綠地采用0.06，街道采用0.04。

2.2.5 城市暴雨積水模擬方案

市內積水風險考慮5，10，20，50，100a一遇5個標準。 研究外圍洪水對市區的影響按超標準處理，以100a一遇為主，同時對200a一遇洪水進行風險分析。

2.2.6 洪水風險分析

按照上述城市暴雨積水模擬方案，計算出各不同標準下洪水演進過程及并統計淹沒情況。從分析成果看，保定市主城區有較完善的排水管網，積水深度較小，其他部分（基本位于保定市防洪大堤以外）由于排水不暢，積水深度較大。洪水風險分析成果見表1。

表1 洪水風險分析成果

3 洪水風險圖繪制

根據洪水演進分析結果，分別繪制紙質洪水風險圖及電子版洪水風險圖。將行政區劃圖、地形圖、防洪工程分布圖合成工作底圖。依據洪水風險分析的成果，在工作底圖上繪制不同頻率、不同方案下的洪水淹沒范圍和水深等值線圖。淹沒范圍的圖示色彩參照《洪水風險圖編制導則》中的規定，取不同顏色表示不同的洪水淹沒水深。紙質洪水風險圖成果如圖2所示。

圖2 保定市紙版洪水風險圖

利用ARCGIS平臺繪制電子版洪水風險圖。首先將地形圖、河流水系、行政區劃、水利工程等信息合成底圖，然后將不同方案的模擬分析成果、淹沒范圍等分別集成到ARCGIS平臺信息數據庫中，形成電子版洪水風險圖。

保定市數據庫表結構按照國家防汛指揮系統工程SL323—2005《實時雨水情數據庫表結構與標識符標準》設計，共建表26個，存放信息主要有：水文信息、防洪工程信息、歷史洪水災害信息、防汛管理信息等。最后按照要求的格式，將各類圖、表等信息匯入風險圖管理系統。

4 結語

城市洪水風險圖屬于專題洪水風險圖的一種，其在評估城市積水風險、保障人民生活等方面能發揮重要作用，能為城市規劃決策提供技術支持。此次洪水風險圖編制試點工作，將為我國全面開展洪水風險圖編制工作探索道路，并積累一定的經驗。

［1］中華人民共和國水利部.洪水風險圖編制導則［R］.

［2］國家技術監督局，中華人民共和國建設部.防洪標準［S］.1994.

［3］水利部海河水利委員會.海河流域防洪規劃［R］.2007.

［4］河北省防汛抗旱辦公室，河北省水利水電勘測設計研究院.文安洼蓄滯洪區試點洪水風險圖編制試點技術報告［R］.

Research On Urban Flood Risk Map Making Technology

LI Yong-kun1,DONG Chuan-hong1,Bo Li-dong1,XUAN Jing2
（1.Hebei Research Institute of Investigation＆Design of Water Conservancy＆Hydropower,Tianjin300250,China;2.Baoding Municipal Xidayang Reservoir Management Division,Baoding072350,China）

Flood risk map is a thematic map which comprised by geography information,socioeconomic information and flood characteristics.It uses the advanced technologies of Acrgis(Geographic Information System),SQL databases and others,widely using in flood mitigation,flood insurance,all kinds of development planning,disaster assessment,and many other aspects.Urban flood risk map can play an important reference on preventing the outside flood of the city and mitigating the waterlogging of the city,land utilization and the city development planning.Taking Baoding City for an example,summarizing the technical experience and providing a reference for future work.

flood risk map;city;technology of flood risk mapping

TV212.2

A

1672-9900（2011）05-0074-03

2011-06-07

李永坤（1981—），男（漢族），河北保定人，工程師，主要從事水利水電規劃工作，（Tel）022-26154819。