中小河流一維洪水風險圖編制概述

趙彤彬　陳小龍（1.陜西水環境工程勘測設計研究院陜西西安710018；2.西安迪飛科技有限責任公司陜西西安710018）

中小河流一維洪水風險圖編制概述

趙彤彬陳小龍
（1.陜西水環境工程勘測設計研究院陜西西安710018；2.西安迪飛科技有限責任公司陜西西安710018）

筆者通過參與《陜西省洪水風險圖編制》項目，對洪水風險圖編制工作的意義和方法有了粗淺的認識和了解。洪水風險圖作為防洪減災的重要技術支撐，是制定流域防洪規劃、開展防汛搶險救災和洪水保險等工作的重要依據。本文就國內外洪水風險圖編制工作的發展歷程及實際編制過程中的技術問題進行簡要回顧和分析，以求強化洪水風險圖編制技術和管理人員對洪水風險圖的認識，為其具體工作提供參考。

中小河流；洪水風險圖；編制；概述

1　國內外洪水風險圖發展歷程

1.1國外洪水風險圖編制概述

美國、歐洲、日本等國家和地區編制的洪水風險圖已經在洪水保險、洪泛區管理、國土開發、公眾應急避險等方面發揮了巨大的經濟和社會效益。

20世紀70年代，美國在國家洪水保險計劃的推動下，開始繪制洪水風險圖。美國洪水風險圖的主要應用目標是開展洪水保險，因此“洪水保險風險區”是風險圖的主要內容，主要用于確定某一社區內財產的保險費率，也被稱為“保險費率精算區”和“洪水保險等級區”。

20世紀90年代末，日本、挪威、韓國等國家也相繼開展洪水風險圖編制工作［1］。日本洪水風險圖主要面向政府應急管理機構和廣大居民。以市、町、村為單位分行政區繪制，主要分析堤防潰決后洪水演進，向居住在洪水頻發地區的居民避難提供洪水淹沒信息（淹沒區域、淹沒水深等）和避難信息（洪水時的避難場所、避難路徑和路徑上的危險地點）。

在防洪減災領域，針對不同應用目標，對洪水風險圖的應用功能、風險信息的內涵有不同的認識，不同的定位，風險分析方法和技術手段也不盡相同。

1.2國內洪水風險圖編制概述

從20世紀80年代起，國內一些研究機構、省市和保險公司就開始了洪水風險圖的研究工作。分別繪制過為不同需求服務的洪水風險圖。在沈陽、廣州、上海等城市開展過洪水風險圖的研究，浙江省、福建省等省也開展過全省范圍的洪水風險圖制作［2］。

1997年初，國家防辦發出《關于抓緊完成制作洪水風險圖工作通知》，正式要求全國組織繪制洪水風險圖。隨后又以補充文件的形式，明確提出了編制我國洪水風險圖的3個步驟：第一步，根據歷史洪水資料勾畫出各流域洪水風險區域；第二步，進行洪水數值模擬，據此畫出各流域精確的風險圖；第三步，利用微機建立各流域洪水動態仿真模型，對洪水進行動態模擬管理［3］。

2010年6月，國家防辦主持發布了《洪水風險圖編制導則》（SL483-2010），以指導規范全國的洪水風險圖制作。2013年11月，水利部水利水電規劃設計總院發布了《洪水風險圖編制技術細則》為編制洪水風險圖提供了技術指導。“十二五”期間，我國共投入資金13億元，開展了重點防洪區域的洪水風險圖編制工作，推進了洪水風險圖在防汛指揮、避洪轉移、洪水風險區土地管理等領域的實際應用。

2　洪水風險圖編制過程

《導則》對江河湖泊、蓄滯洪區、水庫、城市這四類洪水風險圖編制工作的原則、方法、成果圖示要求、管理平臺做出了規定，《技術細則》對編制的步驟、具體要求做出了說明，用于指導、規范具體的編制工作。筆者以參與的《2014年陜西省中小河流重點河段洪水風險圖編制項目》中的某山丘區河道為例，對編制過程做以簡要回顧。

2.1資料搜集

在項目開展初期，組織人員搜集了自然地理、水文及洪水、社會經濟、構筑物及工程調度、洪澇災害等資料，對其可靠性、合理性、一致性進行了分析評估；同時，對河道斷面、下墊面變化顯著區域進行了補充測量。

2.2洪水風險分析

洪水風險分析方法主要有三種：水文學方法、水力學方法、實際水災法。

水文學方法適用于河道洪水計算（不含流域產流計算），可以得出淹沒范圍和淹沒水深風險數據，該方法包括：洪水風險要素簡易估計法，根據河道特征點同頻率水位向河道兩側外延，據此估計洪水要素，僅適用于水量小、山丘峽谷地球河流防洪保護區，是一種精度較低的方法；防洪保護區破堤淹沒洪水風險計算方法，適用于防洪保護區破堤洪水淹沒計算，包括計算單元劃分、計算單元風險要素確定兩項內容；簡易破堤溢流計算方法，適用于堤防保護區破堤溢流淹沒計算與蓄滯洪區分洪淹沒計算。除此之外，常用的還有非均勻流模型法、蓄水函數模型法、馬斯京根連續驗算模型法。

水力學方法分為一維水力學法、二維水力學法。其中，一維水力學法是基于圣維南方程實現了河道非恒定流的水動力學模擬，二維水力學法主要采用有限差分法、有限元法和有限體積法模擬非恒定淺水流動。隨著數值計算、計算機技術的快速發展，二維水動力模型已經成為在水利工程界，分析河道洪水、潰堤洪水和潰壩洪水的常用技術手段。

實際水災法適合于風暴潮、內澇的洪水風險分析，重要河段或堤防段防洪工程失事后極端情況的風險分析，適用于利用水文學法、水力學法分析洪水風險時的參數率定和洪水風險分析結果的校正。

（1）洪水分析計算

基于河道所在區域、地形地貌及《陜西省洪水風險圖編制項目2014年度實施方案》中的相關要求，該河道選用了國家防辦推薦的一維水力學法，HEC-RAS洪水分析軟件進行計算，該軟件主要用于一維恒定與非恒定流洪水分析與模擬，其功能強大，可進行各種涉水建筑物（如橋梁、涵洞、防洪堤、堰、水庫、塊狀阻水建筑物等）的水面線分析計算，同時可生成橫斷面形態圖、流量及水位過程曲線。

完成洪水分析計算后，對其計算結果經過參數率定和成果驗證，確保了計算結果的合理性。

（2）洪水風險分析

對基礎地理信息數據進行圖層整理、數據增補、投影變化、數據聚合、圖層編輯等基本的GIS操作后，重新構建DEM數字高程，通過GIS處理軟件對研究區域進行網格化處理，并將各橫斷面水位按洪水頻率進行外延，核定防洪保護區范圍，計算出不同頻率下的洪水淹沒范圍和淹沒水深。

2.3洪水影響及損失評估

圖1-（a）　HEC-RAS計算結果橫斷面圖

圖1-（b）　HEC-RAS計算結果縱斷面圖

洪水影響與損失評估主要包括受影響社會經濟指標統計和洪災經濟損失評估兩方面內容。該項工作在經過處理的地理信息數據和社會經濟數據的基礎上，采用由中國水科院研制的損失評估軟件完成，基于GIS平臺統計出了受淹行政面積、受淹耕地及受淹居民地面積、受影響交通道路、受影響行政機關、企事業單位及水利重要設施、受影響人口、受影響GDP等指標；同時，通過分析出的損失率，對城鄉居民家庭財產和住房、工商企業資產、農作物、道路交通、總經濟損失進行了估算。

圖2-（a）　DEM數字高程

圖2-（b）　淹沒范圍

2.4避洪轉移分析

根據洪水風險及影響分析結果，結合搜集和現場調查的數據，按照避洪轉移單元確定的原則，確定危險區、轉移區/單元、避洪轉移路線、安置區/單元，并對避洪轉移方案進行了專家咨詢。

2.5繪制洪水風險圖

按照《洪水風險圖制圖技術要求（試行）》的相關要求，在完成數據處理后，采用中國水科院研制的洪水風險圖繪制系統FMAP軟件，繪制了淹沒水深圖、淹沒范圍圖、避洪轉移圖，并利用GIS軟件對其進行了后期優化處理。2.6匯總集成

按照《洪水風險圖編制成果提交要求（試行）》的要求，對編制過程中的基礎資料、洪水分析模型工程、影響分析與損失評估工程、制圖工程、地圖數據庫及圖件成果、風險圖應用業務相關數據、報告文檔等內容進行了整理和統一提交，用于中國水科院研制的洪水風險圖管理與應用系統FMAS。

3　結語

筆者通過參與《陜西省洪水風險圖編制項目》，不僅從中學到了很多洪水風險圖編制的知識，也總結了一些經驗，以供大家參考。

（1）洪水分析計算模型和方法的選擇至關重要

洪水分析計算是洪水風險圖編制的核心及前提，準確地計算模型和方法，才能保證風險及影響分析、避洪轉移分析、圖件繪制等工作的準確性，必須對編制區域進行細致分析，使用已由國家防辦測評過的、成熟的計算模型和方法進行分析計算。

圖3　淹沒水深圖成果

（2）地理信息數據的時效性要有所保證

搜集的地理信息數據、DEM地形數據普遍時效性不強，為保證準確地還原地形，應對研究區域內地形數據進行充分補測（測量范圍不能局限于河道范圍）后，重新處理數據后，還原地形，確保分析數據的準確性。

（3）強化洪水分析計算參數率定和驗證工作

采用水力學法進行洪水分析計算時，參數率定主要為糙率系數；對于洪水分析模型，原則上應選取至少兩場實際洪水進行驗證：利用率定后的模型參數開展河道洪水和淹沒區洪水分析計算，將計算結果與實測數據比較。比較指標主要包括水位的絕對誤差和流量的相對誤差，判別標準的確定與基礎資料的精度和計算成果的用途有關［4］。

（4）洪水風險圖的管理利用問題值得關注

全國洪水風險圖編制項目已接近尾聲，洪水風險圖的管理和利用值得我們關注。如何動態的管理、更新風險圖，如何讓洪水風險圖指導防汛減災、規范土地利用等工作，如何增強洪水風險圖在基層單位可用性等問題，都值得我們關注。陜西水利

［1］馬建明，許靜，朱云楓，張偉兵.國外洪水風險圖編制綜述［J］.中國水利，2005（17）:29-31.

［2］李娜，向立云，程曉陶.國外洪水風險圖制作比較及對我國洪水風險圖制作的建議［J］.水利發展研究，2005（6）:28-32.

［3］曹永強，黃林顯，苗迪，王微.我國洪水風險圖繪制方法研究［J］.人民黃河，2008（8）:6-7.

［4］向立云.洪水風險圖編制若干技術問題探討［J］.中國防汛抗旱，2015，25（4）:1-7.

（責任編輯：暢妮）

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