蓄滯洪區淹沒風險度數值計算方法研究

王秀蓮 譚桂秋 楊井泉 劉思清

(水利部海河水利委員會，天津 300170)

1 問題的提出

蓄滯洪區是河堤背水面以外臨時貯存洪水的低洼地區，是主動分洪蓄水的防洪設施，也是流域防洪體系的重要組成部分。在《全國蓄滯洪區建設與管理規劃》［1，2］中，共計規劃了 94 處。不同于洪泛區和防洪保護區，蓄滯洪區既是用于滯蓄洪水的場所，又是當地居民賴以生存和發展的基地。當地群眾居住在蓄滯洪區之內，必然承受洪水淹沒風險。針對這種情況，國家一直都在開展蓄滯洪區安全建設，為當地群眾增加避洪設施，確保群眾生命安全。在安全建設工作中，關鍵問題之一是不同或同一蓄滯洪區內不同區域的風險度及其差別，這是安排建設項目實施步驟、擬定安全建設模式的重要依據。然而，到目前為止，缺乏計算蓄滯洪區洪水淹沒風險度數值的成熟方法。本文將通過對風險因素進行定性比較，篩選出幾個主要風險因素作為自變量，建立淹沒風險度與自變量的函數關系，研究探討蓄滯洪區的洪水淹沒風險度數值計算方法。

2 風險因素分析及篩選

風險即危險，是指遭受損失、傷害、不利或毀滅的可能性。蓄滯洪區的洪水淹沒風險就是特定某一局部區域遭到淹沒的可能，或發生這種事件的概率。然而，僅僅給出事件發生的概率，遠遠不能滿足安排建設項目實施步驟、擬定安全建設模式等現實工作的要求。除概率之外，淹沒對居民生命、固定資產構成的威脅程度，比如淹沒水深和淹沒時間不同，構成的危險程度都會不同。所以，蓄滯洪區的淹沒風險度是集事件發生概率與構成威脅程度大小為一體的綜合風險指標。影響這一綜合風險指標大小的各種原因，稱之為風險因素。

2.1 分 析

2.1.1 運用標準

蓄滯洪區共分為3類:①重要蓄滯洪區;②一般蓄滯洪區;③蓄滯洪保留區。前兩類都是針對防御河流或流域設計標準洪水而設置。而第3類多是為了防御超標準洪水而設置。蓄滯洪區的運用標準與其所服務的流域防洪標準密切相關，其含義是:當流域遭遇設計標準洪水時，該蓄滯洪區的口門、堤防等設施全部能夠正常運用，并保證洪水“分得進、蓄得住、退得出”，不會使洪水向蓄滯洪區之外肆意泛濫。運用標準有兩種表述方式，意識頻率法(P)，一種是重現期法(Ty)，如50 a一遇標準分別為1/50和 50 a，Ty=1/p。

2.1.2 啟用幾率

蓄滯洪區的啟用幾率是形成風險的直接因素之一，是指流域遭遇多大的洪水便要開始使用蓄滯洪區，也就是蓄滯洪區開始遭受淹沒的概率。比如:海河流域的東淀與文安洼的啟用幾率存在較大差別，東淀遇5 a一遇洪水就要啟用，而文安洼遇25 a一遇以上的洪水才開始啟用。啟用幾率(n)越高，風險度越大。

2.1.3 淹沒水深

淹沒水深是造成風險大小的直接因素，是一個動態指標，其變化過程由小變大，再由大變小。這里的淹沒水深特指蓄滯洪區運用標準情況下對應的最大淹沒水深。不僅每處蓄滯洪區的淹沒水深存在差別，同一蓄滯洪區每個局部之間的淹沒水深也有差別。淹沒水深(H)越大，風險度(R)越大。

2.1.4 淹沒歷時

淹沒歷時是指從地面上水，達到最高水位(即達到最大淹沒水深)，再通過退水而露出地面全過程所經歷的時間。不同的蓄滯洪區淹沒歷時不同;同一蓄滯洪區的不同地點，淹沒歷時也不一樣。一般來說，地勢低的地點，淹沒水深大，歷時也長;地勢相對較高的，淹沒水深小，歷時也短。當然，行洪特點明顯的蓄滯洪區不存在這樣的規律。歷時越長，風險越大。歷時是修正風險度的必要因素，在風險計算中將被用于修正基本風險度而得到最終風險度。修正系數(φ)是歷時(t)的函數，其關系為φ=f(t)。

2.1.5 洪水流速

從河道向蓄滯洪區分洪時，流速較快。特別是分洪口門附近，將會造成較強沖擊力，對人員生命和財產構成較大威脅。然而，這樣的區域一般范圍不大;而較大范圍的區域水流流速一般較小，水流沖擊力相對淹沒水深形成的威脅要小很多，流速(V)越大，風險度(R)越大。

2.1.6 風 浪

當蓄滯洪區滯蓄洪水后，風浪作用也將加大淹沒致災風險度。風浪越大，風險度越大。不同地區風速、吹程的取值及浪高的計算可參考《堤防工程設計規范》。

2.1.7 控制能力

洪水進入蓄滯洪區有多種途徑:①通過分洪閘分洪，如黃莊洼的白毛莊分洪閘;②通過口門自饋分洪，如永定河泛區內的王碼分洪口門;③靠人工扒口分洪，如文安洼的灘里口門;④無控進入，如寧晉泊、大陸澤等上游山區發生洪水，將通過河道和山前坡水區直接涌入?？刂颇芰υ礁?，風險度相對越小，反之亦然。

2.1.8 撤退時間

洪水發生時，要組織群眾有秩序地撤離。距離圍堤或安置地點較近的容易撤離，撤退時間短;距離安置地點遠的，需要較長的撤離時間。撤離能在一定程度上降低風險。分洪口門的控制能力，可為群眾提供更多的撤離時間，從而有效降低風險度。

2.2 篩 選

以上列出了8種對風險度產生直接或間接影響的因素。根據各個因素對風險影響程度不同，并經過綜合分析比較，可將這8個因素劃分為3類:①關鍵因素，包括淹沒水深(H)、運用標準(P或Ty)、啟用幾率(n或Tq)。這類因素是進行基本風險度數值計算所要依賴的自變量;②必要因素，那就是淹沒時間(t)，可對風險度進行修正;③一般因素，即洪水流速、風浪、控制能力、人員撤離時間。在進行宏觀計算風險度時，一般因素可暫時忽略;如果進行微觀計算或者遇到某一因素在該區域起關鍵作用的特殊情況時，再將其列入，根據其產生作用的大小，列入第2類之中，對風險度進行修正。

3 計算方法

蓄滯洪區的淹沒風險度是集局部區域遭受淹沒的概率與本區域生命、財產遭受威脅程度大小的綜合指標。測算這一綜合指標所利用的各個風險因素都應具有可比性，并能直觀、容易地采集到數據。比如，甲蓄滯洪區的A區域，其啟用幾率為20 a一遇，運用標準為50 a一遇，最大淹沒水深為3 m，淹沒歷時為60 d;而乙蓄滯洪區的B區域，其啟用幾率為5 a一遇，運用標準為20 a一遇，最大淹沒水深為 2 m，淹沒歷時為50 d。運用單指標定性對比，得出的結論不一致，A、B區淹沒風險度各有高低，A區高的占3項，B區高的占1項。因此，對于風險最高的區域并沒有定論。所以，利用單指標比較還不能綜合反映兩個區域風險度的高低。風險數值計算就是將以上單項指標綜合在一起進行計算，其結果可供不同區域之間進行對比。

風險度數值計算分為兩個步驟:①利用淹沒水深、運用標準和啟用幾率3個關鍵因素計算基本風險度(Rj)，②利用淹沒歷時計算修正系數φ，再用φ與基本風險程度 Rj相乘，得出區域淹沒風險度(R)［3］。

3.1 基本風險度Rj的計算

如前所述，決定基本風險度的3個因素為淹沒水深(H)、運用標準(運用重現期)和啟用幾率(啟用重現期)。以基本風險度存在不同的函數關系，基本風險度由3部分組成，即:Rj=Rj1+Rj2+Rj3。該三項式稱之為“基本風險度公式”。該式的第1項以淹沒水深與運用重現期反應。該分項基本風險度與水深和運用重現期均呈正比例關系，即水深越大，風險度越大;運用重現期越大，風險度越大。比如，重現期為50 a的蓄滯洪區，要保證遇50 a一遇洪水時，仍然要確保洪水“蓄得住”，當地遇這樣的洪水，仍然承受著被淹沒的風險;而重現期為20 a的蓄滯洪區，僅僅負責緩滯20 a一遇及以下洪水，超過時，就有漫溢潰堤的可能，只要出現漫溢或潰堤，蓄滯洪區內所遭受的淹沒風險立即會相應減免。從這一角度分析，得出的結論是:蓄滯洪區的運用標準越高，淹沒風險度越大，其數值以基本風險度公式中的第1項來表示:

運用重現期對基本風險度的反映具有雙重作用。除了上述正比例關系外，隨運用重現期的增大，基本風險度會減小。比如，以相同的淹沒水深為條件進行比較，20 a一遇低標準的蓄滯洪區，遇20 a一遇這樣的洪水，將達到指定的淹沒水深;而50 a一遇高標準的蓄滯洪區，遇到50 a一遇的洪水，其淹沒才達到指定的深度。從該種意義上分析，得到的結論是:隨運用重現期的增加，基本風險度減小?；撅L險度與運用重現期呈反比例關系。這一特征的反映，用基本風險度公式中的第2項來表示:

第3項是基本風險度與啟用重現期的關系?；撅L險度與啟用重現期呈反比例關系，啟用重現期越小，啟用的幾率越高，基本風險度越大，同時，該項風險度還與淹沒水深成正比例關系，但是，這里采用的是0.5倍的水深，這是因為剛剛啟用時，達不到標準洪水對應的最大淹沒水深，所以做了相應的折減。第3項基本風險度與水深及啟用重現期的函數關系為:

以上3個公式中，C1、C2、C3為3個不同的系數，分別為1/100、20.0和10.0;H 為淹沒水深，m;Ty為運用重現期，a;Tq為啟用重現期，a。

據此可計算出各個因素的部分指標對應的基本風險度數值。

從目前來看，全國規劃和各處蓄滯洪區都有現成的運用標準條件下的《最大淹沒水深等值線圖》，只要采集到某一局部區域的淹沒水深(H)數據，再調查出本滯洪區的啟用幾率，就可查出各個局部區域的分項基本風險度數值，將3個數值相加，就可得到基本風險度(Rj)的值。

3.2 風險度R的計算

風險度R的計算，就是以基本風險度為基礎，進行一次修正，其修正的依據是淹沒歷時。R與Rj的關系式為:R=φ*Rj

根據調查與分析，當淹沒歷時約為10 d時，風險度與基本風險度相當，修正系數φ約等于1.0;當淹沒歷時達到50 d時，風險度將增加80%，當淹沒歷時達到90 d時，風險程度將增加到3倍。按此調查數據進行分析，修正系數φ與淹沒歷時(t)呈二次函數關系。經推算，其關系方程為:

式中:φ為修正系數;t淹沒歷時(d);a、b、c為常數，分別為1/8000、1/80和69/80。

每個蓄滯洪區在利用二維不恒定流進行洪水演進模擬計算，進而繪制淹沒等值線圖時，都有水位變化過程，這樣可以根據水位的變化歷程和所選局部區域的地勢高程，很容易地推算出局部區域淹沒歷時(t)天數，這樣就可以利用式(4)進一步計算出φ的值，進而計算出不同蓄滯洪區，乃至不同局部區域的風險度R的數值。

4 應用前景

該方法可以在流域綜合規劃、流域防洪規劃、蓄滯洪區安全建設模式擬定、安全建設項目實施安排等方面得到應用。具體如下:①可以比較兩個及其以上蓄滯洪區的風險度的高低，從而確定哪個蓄滯洪區的安全建設更為迫切;②可以對蓄滯洪區進行風險區劃，將整個蓄滯洪區劃分為重度風險區、中度風險區和輕度風險區［3，4］。下面以兩個算例說明計算方法的應用前景。

(1)比較兩個蓄滯洪區的風險高低。從每個蓄滯洪區范圍內，選擇能夠代表本蓄滯洪區的典型區域，之后，采集風險因素數據。如前述的A區和B區，經計算可得:

經風險度數值計算后比較，B區的風險高于A區。

(2)蓄滯洪區的風險區劃。以選定蓄滯洪區運用標準對應的淹沒等直線圖為基礎，以不同淹沒水深區為局部區域，進行風險度計算;之后，按風險度評判標準:即 R ＞6.0為重度風險區，3.0 ＜R ＜6.0為中度風險區，R＜3.0為輕度風險區。風險區劃定以后，可向社會公布，告知當地群眾，指導當地經濟開發，也可按區劃所劃定區域分別擬定安全建設模式。

［1］水利部.全國蓄滯洪區建設與管理規劃［R］.北京:水利部，2009.

［2］水利部海河水利委員會.海河流域蓄滯洪區建設與管理規劃(報批稿)［R］.天津:水利部海河水利委員會，2010.

［3］陳敬學，張東瀛，劉思清.蓄滯洪區經濟可持續發展途徑探討［J］.海河水利，2006，(1):28 －29.

［4］劉思清，楊至安，于翚.對海河流域蓄滯洪區安全建設適宜設施的探討［J］.海河水利，2005，(3):26－28.