趙彤彬　陳小龍（1.陜西水環(huán)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(huán)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(guī)劃、開展防汛搶險救災和洪水保險等工作的重要依據(jù)。本文就國內(nèi)外洪水風險圖編制工作的發(fā)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(nèi)外洪水風險圖發(fā)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(qū)編制的洪水風險圖已經(jīng)在洪水保險、洪泛區(qū)管理、國土開發(fā)、公眾應急避險等方面發(fā)揮了巨大的經(jīng)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(qū)”是風險圖的主要內(nèi)容，主要用于確定某一社區(qū)內(nèi)財產(chǎn)的保險費率，也被稱為“保險費率精算區(qū)”和“洪水保險等級區(qū)”。

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(gòu)和廣大居民。以市、町、村為單位分行政區(qū)繪制，主要分析堤防潰決后洪水演進，向居住在洪水頻發(fā)地區(qū)的居民避難提供洪水淹沒信息（淹沒區(qū)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(nèi)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(nèi)洪水風險圖編制概述

從20世紀80年代起，國內(nèi)一些研究機構(gòu)、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(fā)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(jù)歷史洪水資料勾畫出各流域洪水風險區(qū)域；第二步，進行洪水數(shù)值模擬，據(jù)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(tài)仿真模型，對洪水進行動態(tài)模擬管理［3］。

2010年6月，國家防辦主持發(fā)布了《洪水風險圖編制導則》（SL483-2010），以指導規(guī)范全國的洪水風險圖制作。2013年11月，水利部水利水電規(guī)劃設計總院發(fā)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?！笆濉逼陂g，我國共投入資金13億元，開展了重點防洪區(qū)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(zhuǎn)移、洪水風險區(qū)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(qū)、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(guī)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(guī)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(qū)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(jīng)濟、構(gòu)筑物及工程調(diào)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(qū)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(chǎn)流計算），可以得出淹沒范圍和淹沒水深風險數(shù)據(jù)，該方法包括：洪水風險要素簡易估計法，根據(jù)河道特征點同頻率水位向河道兩側(cè)外延，據(jù)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(qū)，是一種精度較低的方法；防洪保護區(qū)破堤淹沒洪水風險計算方法，適用于防洪保護區(qū)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(nèi)容；簡易破堤溢流計算方法，適用于堤防保護區(qū)破堤溢流淹沒計算與蓄滯洪區(qū)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(shù)模型法、馬斯京根連續(xù)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(xiàn)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(shù)值計算、計算機技術的快速發(fā)展，二維水動力模型已經(jīng)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(nèi)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(shù)率定和洪水風險分析結(jié)果的校正。

（1）洪水分析計算

基于河道所在區(qū)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(tài)圖、流量及水位過程曲線。

完成洪水分析計算后，對其計算結(jié)果經(jīng)過參數(shù)率定和成果驗證，確保了計算結(jié)果的合理性。

（2）洪水風險分析

對基礎地理信息數(shù)據(jù)進行圖層整理、數(shù)據(jù)增補、投影變化、數(shù)據(jù)聚合、圖層編輯等基本的GIS操作后，重新構(gòu)建DEM數(shù)字高程，通過GIS處理軟件對研究區(qū)域進行網(wǎng)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(qū)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(jié)果橫斷面圖

圖1-（b）　HEC-RAS計算結(jié)果縱斷面圖

洪水影響與損失評估主要包括受影響社會經(jīng)濟指標統(tǒng)計和洪災經(jīng)濟損失評估兩方面內(nèi)容。該項工作在經(jīng)過處理的地理信息數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)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(tǒng)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(yè)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(xiāng)居民家庭財產(chǎn)和住房、工商企業(yè)資產(chǎn)、農(nóng)作物、道路交通、總經(jīng)濟損失進行了估算。

圖2-（a）　DEM數(shù)字高程

圖2-（b）　淹沒范圍

2.4避洪轉(zhuǎn)移分析

根據(jù)洪水風險及影響分析結(jié)果，結(jié)合搜集和現(xiàn)場調(diào)查的數(shù)據(jù)，按照避洪轉(zhuǎn)移單元確定的原則，確定危險區(qū)、轉(zhuǎn)移區(qū)/單元、避洪轉(zhuǎn)移路線、安置區(qū)/單元，并對避洪轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)處理后，采用中國水科院研制的洪水風險圖繪制系統(tǒng)FMAP軟件，繪制了淹沒水深圖、淹沒范圍圖、避洪轉(zhuǎn)移圖，并利用GIS軟件對其進行了后期優(yōu)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(shù)據(jù)庫及圖件成果、風險圖應用業(yè)務相關數(shù)據(jù)、報告文檔等內(nèi)容進行了整理和統(tǒng)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(tǒng)FMAS。

3　結(jié)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(jié)了一些經(jīng)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(zhuǎn)移分析、圖件繪制等工作的準確性，必須對編制區(qū)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(shù)據(jù)的時效性要有所保證

搜集的地理信息數(shù)據(jù)、DEM地形數(shù)據(jù)普遍時效性不強，為保證準確地還原地形，應對研究區(qū)域內(nèi)地形數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)后，還原地形，確保分析數(shù)據(jù)的準確性。

（3）強化洪水分析計算參數(shù)率定和驗證工作

采用水力學法進行洪水分析計算時，參數(shù)率定主要為糙率系數(shù)；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(shù)開展河道洪水和淹沒區(qū)洪水分析計算，將計算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)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(tài)的管理、更新風險圖，如何讓洪水風險圖指導防汛減災、規(guī)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(fā)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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