基于蘭江探討山區性河道實時洪水風險分析與繪制

姜雅欣，李　軍，廖亞一，舒全英

（1.浙江省防汛機動搶險總隊金華支隊，321017，金華；2.浙江省水利水電勘測設計院，310002，杭州）

基于蘭江探討山區性河道實時洪水風險分析與繪制

姜雅欣1，李軍2，廖亞一2，舒全英2

（1.浙江省防汛機動搶險總隊金華支隊，321017，金華；2.浙江省水利水電勘測設計院，310002，杭州）

實時；洪水風險圖；洪水風險圖系統；蘭江

洪水風險圖作為一項重要的防洪非工程措施，直觀反映了某一區域洪水風險信息。它融合了洪水風險區自然地理、經濟社會、防洪工程及非工程措施、洪水風險分布和洪水風險管理等相關信息。傳統的洪水風險圖側重于展現不同計算方案下的洪水淹沒情況，難以體現洪水風險的動態變化。在實時防汛中，對當下水雨情進行即時計算判斷顯得尤為重要，而傳統風險圖在這方面很難提供決策支持。本文以浙江省山區性河道蘭江為例，探討基于洪水風險圖管理系統的實時洪水風險圖計算與繪制。

一、繪制實時洪水風險圖的思路方法

1.技術路線

實時洪水風險圖繪制的技術路線主要分為四步：首先是與水雨情數據連接，讀取最新遙測水位；再通過水動力學模型進行計算，將水位結果數據網格化；進而繪制實時洪水風險圖，生成洪水淹沒范圍、淹沒水深及其相關要素；最后與其他的風險圖信息數據進行疊加處理，并對危險區塊提出安全預警。見圖1。

考慮到山區性河道洪水陡長陡落的特點，上下游水位相差變化較大，本文采用分圍片分析洪水風險的方法，生成淹沒范圍及淹沒水深。事先根據防洪保護圈的閉合情況，將繪制區域劃分為若干區塊，分別進行繪制。系統會讀取由河段水動力學模型計算得出的水位值，根據水面比降情況，將斷面水位進行加密，使每隔50～100 m左右的斷面都有水位值。將加密的水位值與該堤段堤頂高程進行比較，判斷是否漫堤。同時結合各防洪圍片地形高程，確定洪水淹沒范圍。根據各圍片堤防建設及實地調查情況，為各防洪圍片設定其現狀防洪能力。按“就近原則”將各圍片與周邊控制斷面相關聯，通過各控制斷面的水位調整，計算分析出各圍片的淹沒范圍及淹沒水深。

2.計算模型

本文的水動力模型采用恒定非均勻流計算，根據已知的下邊界水位推算上游各斷面水位。基本方程如下

式中，Z1、Z2為上下游斷面水位，V1、V2為上下游斷面平均流速，Q為斷面間流量，△S為斷面間距離，ζ為局部阻力系數，α為流速系數，K為平均流量模數。

根據已知的下邊界水位、斷面間距離、與斷面形狀有關的局部阻力系數以及上斷面水位等，假定流量（流量的初始值依據水位流量關系大致估算得出），代入計算求解上邊界水位，與實測上邊界水位相比較，若相差過大則重新選取流量，試算至滿足精度要求。

圖1　實時洪水風險圖繪制技術路線

表1　受災圍片詳細信息

表2　洲上片不同淹沒水深受災情況

二、實例計算洪水淹沒范圍及水深

1.區域概況

蘭溪市位于浙江省中西部，錢塘江中游，金衢盆地北部。本文的研究范圍包括蘭溪市境內衢江、金華江和蘭江干流兩岸。金華江為錢塘江流域面積最大的一級支流，與衢江匯合后流入蘭江，在蘭溪境內河長12.4 km；衢江在蘭溪境內總河長為23.3 km；蘭江為22.5 km。上游為山區，屬仙霞嶺、環玉山脈，中下游系丘陵平原。

本文將研究范圍內河道兩岸劃分為35個圍片，其中包括7個城防圍片和28個農防圍片，合計人口22.73萬人、面積129.58 km2。

2.模型概化

蘭溪市地處三江交匯處，本次模型概化為3個計算部分：蘭江、金華江和衢江。蘭江段上邊界采用蘭溪站水位，下邊界采用三河站水位，共布置58個斷面；金華江段上邊界為排埠頭站水位，下邊界為蘭溪站水位，共布置16個斷面；衢江段上邊界為洋港站水位，下邊界為蘭溪站水位，共布置72個斷面。計算斷面依據實測河道選定。模型概化示意圖見圖2。

圖2　模型概化示意圖

各段模型計算時，先從數據庫讀取各水位測站的實時水位，假定各分段模型的上邊界流量Q與下邊界水位Z組成一對邊界條件，試算上游水位，直至試算的上游水位與實測的上游水位誤差在一定范圍之內為止。

3.計算結果

為驗證實時洪水計算的準確性，本文選擇調查資料較為翔實的“2011·6·20”洪水進行繪制。該場洪水中部分圍片受淹是由堤防潰決引起的，因此在系統計算之前，需要根據實際情況設置兩處潰口，分別位于洲上黃沙堤、匯潭前方堤。再取該場洪水各站點最高水位，輸入系統中進行計算及繪制。系統生成淹沒范圍和淹沒水深圖，淹沒水深的大小由不同顏色進行展示，顏色越深表明淹沒水深越大。該圖顯示蘭江段受淹圍片有洲上片、匯潭前方片、澤基小片和畢陶片。淹沒面積和受災人口詳細信息見表1。根據調查資料，女埠片、后鄭片均受淹，與系統計算結果有出入。這是由于系統中的堤防高程為最新數據，女埠片、后鄭片的堤防標準均有所提高，因此這兩個圍片并未受淹。受淹圍片的淹沒范圍及淹沒水深與實際調查情況基本相符，以洲上片為例，其不同淹沒水深對應的受災情況見表2。

三、結 語

恒定非均勻流水動力模型能較好地模擬山區性河道的洪水演進，通過連接實時水雨情數據庫，在線計算、繪制洪水淹沒范圍及淹沒水深，實現洪水風險動態化，在實時防汛中有著重要意義。

水文站的水位數據是模型計算中重要的邊界條件，詳細的邊界條件可以使河道沿程的水位計算更加準確，因此水文站分布是否密集一定程度上影響著模擬的精度以及結果的準確性。

河道內橋梁、堰壩、堤防等工程建設對局部區域的水位有一定影響。因此在此類工程開工建設或建成時，需要及時對一維河道水利學模型、沿程堤防高程等進行修正，以避免不必要的誤差。

[1]張峰,雷曉輝,蔣云鐘,等.洪水風險圖研究綜述 [J].水利水電科學進展, 2012(1).

[2]李家星，趙振興.水力學[M].南京：河海大學出版社，2001.

[3]葉舟,王慶榮.蘭江防洪對策研究[J].浙江水利科技,1998（3）.

責任編輯張金慧

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1000-1123（2016）08-0023-02

2016-03-25

姜雅欣，工程師。