謝成海，綦 晶

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，130021，長(zhǎng)春）

淺談吉林省洪水風(fēng)險(xiǎn)圖項(xiàng)目實(shí)施
——以中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司所承擔(dān)項(xiàng)目?jī)?nèi)容為例

謝成海，綦 晶

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，130021，長(zhǎng)春）

吉林省洪水風(fēng)險(xiǎn)圖項(xiàng)目通過(guò)開(kāi)展外業(yè)調(diào)查，一、二維水動(dòng)力模型構(gòu)建，洪水分析，洪災(zāi)損失評(píng)估等工作，對(duì)防洪保護(hù)區(qū)進(jìn)行了系統(tǒng)的洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，計(jì)算結(jié)果包括最大淹沒(méi)水深、到達(dá)時(shí)間、流速等水情指標(biāo)與洪災(zāi)損失評(píng)估災(zāi)害指標(biāo)，同時(shí)根據(jù)保護(hù)區(qū)的基本情況制定了避洪轉(zhuǎn)移方案。以中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司所承擔(dān)項(xiàng)目?jī)?nèi)容為例，闡述項(xiàng)目編制技術(shù)，介紹了項(xiàng)目在模型構(gòu)建、系統(tǒng)構(gòu)建等工作中取得的突破，所取得成果為洪水管理提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與技術(shù)支持。

洪水管理；風(fēng)險(xiǎn)圖；一、二維水動(dòng)力模型；防汛抗旱指揮支持系統(tǒng)；吉林

2013—2015年，吉林省先后開(kāi)展了城市、防洪保護(hù)區(qū)、中小流域洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制任務(wù)共計(jì)16項(xiàng)，其中10項(xiàng)由中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司（下文簡(jiǎn)稱(chēng)“中水東北公司”）承擔(dān)。通過(guò)為期3年的洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制項(xiàng)目建設(shè)，總結(jié)出一些編制技術(shù)要點(diǎn)，取得了洪災(zāi)損失評(píng)估成果、避洪轉(zhuǎn)移成果、洪水風(fēng)險(xiǎn)圖圖集繪制及吉林省系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)建等工作成果。

一、項(xiàng)目實(shí)施技術(shù)要點(diǎn)

1.基礎(chǔ)資料收集

基礎(chǔ)資料的準(zhǔn)確性是決定洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制模型精度與洪災(zāi)損失評(píng)估的關(guān)鍵因素。除按規(guī)范要求收集歷史洪澇災(zāi)害、經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、水利工程建設(shè)情況等基礎(chǔ)資料外，吉林省將本地特點(diǎn)與防洪工作實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，在風(fēng)險(xiǎn)圖編制過(guò)程中重點(diǎn)收集以居民點(diǎn)為單位的居民基本信息情況，并對(duì)洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的重點(diǎn)構(gòu)筑物進(jìn)行測(cè)量。

吉林省幅員遼闊，居民一般以自然村落為居住單元，散布在洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)內(nèi)。一個(gè)行政村的居民可能分布于多個(gè)居民點(diǎn)，居民點(diǎn)之間有時(shí)相隔較遠(yuǎn)。若以行政村為單元調(diào)查相關(guān)信息，編制防洪預(yù)案，則可能降低實(shí)用性，延緩轉(zhuǎn)移效率。如果以居民點(diǎn)為單元收集基本信息，將增加基礎(chǔ)資料的準(zhǔn)確性，提高防洪預(yù)案的便利性。在前后3年的風(fēng)險(xiǎn)圖編制過(guò)程中，吉林省共普查1 000余個(gè)居民點(diǎn)的信息，形成居民點(diǎn)基本信息數(shù)據(jù)庫(kù)，為防洪決策提供了可靠準(zhǔn)確的依據(jù)。

洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)內(nèi)構(gòu)筑物是影響洪水淹沒(méi)風(fēng)險(xiǎn)的重要因素，近年我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐較快，而國(guó)家地理信息系統(tǒng)的更新周期相較構(gòu)筑物的建設(shè)速度有一定的滯后，例如洪水風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算中高速公路的橋涵位置、大小等構(gòu)筑物局部細(xì)節(jié)，國(guó)家地理信息系統(tǒng)還無(wú)法提供。因此在編制洪水風(fēng)險(xiǎn)圖過(guò)程中，為保證計(jì)算結(jié)果可靠與準(zhǔn)確，需要詳細(xì)地對(duì)構(gòu)筑物進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)量。

圖1 嫩江右岸洪水穿越涵洞演進(jìn)示意圖

2.模型構(gòu)建

在吉林省洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制項(xiàng)目中，防洪保護(hù)區(qū)風(fēng)險(xiǎn)圖與中小河流風(fēng)險(xiǎn)圖項(xiàng)目采用的是一維河道、二維地表與潰堤模型三者耦合的方法，城市洪水風(fēng)險(xiǎn)圖則采用一維河道、二維地表與管網(wǎng)模型三者耦合的方法。洪水分析均采用MIKE系列洪水模擬軟件，其中采用MIKE 11軟件模擬河道洪水演進(jìn)過(guò)程及潰堤洪水；采用MIKE 21軟件模擬城區(qū)地表的洪水演進(jìn)過(guò)程；采用MIKE URBAN軟件模擬城市管網(wǎng)水流過(guò)程；采用MIKE FLOOD軟件將上述模型耦合，求解相應(yīng)結(jié)果。

模型構(gòu)建過(guò)程中，除了需要達(dá)到目前規(guī)范要求外，保護(hù)區(qū)內(nèi)局部地形的處理是影響結(jié)果的關(guān)鍵因素之一。這些局部地形一般可分為區(qū)域內(nèi)阻水構(gòu)筑物、導(dǎo)水構(gòu)筑物與其他區(qū)域聯(lián)通構(gòu)筑物三類(lèi)。如保護(hù)區(qū)內(nèi)的高等級(jí)公路、鐵路及農(nóng)田灌溉渠道堤防，均會(huì)干擾該區(qū)域的洪水運(yùn)動(dòng)，影響洪水淹沒(méi)面積、洪水淹沒(méi)范圍、水深與流速等，因此在對(duì)構(gòu)筑物進(jìn)行精確測(cè)量的基礎(chǔ)上，要在模型中概化其阻水、導(dǎo)水、過(guò)水作用，以便反映洪水演進(jìn)實(shí)際情況。以嫩江右岸防洪保護(hù)區(qū)為例，白城市鎮(zhèn)賚縣境內(nèi)原S217省道經(jīng)2007年升級(jí)翻建后，其路基增高，對(duì)洪水阻隔能力較強(qiáng)，在模型中考慮此公路后，洪水基本被阻擋在公路東側(cè)，洪水淹沒(méi)范圍較無(wú)公路情況縮小，從而減少了洪水損失，并減輕了對(duì)鎮(zhèn)賚縣縣城的威脅。

農(nóng)田灌溉渠、公路與鐵路下穿立交或隧道是風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)主要的導(dǎo)水構(gòu)筑物，洪水經(jīng)這些構(gòu)筑物進(jìn)入其他區(qū)域，增大了洪水淹沒(méi)面積，這些構(gòu)筑物可能分布在幾百千米范圍內(nèi)，普查時(shí)易忽略。以嫩江右岸防洪保護(hù)區(qū)為例，風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)從北至南貫穿G12高速公路與烏渾鐵路，這兩者地基較高，對(duì)洪水阻隔能力較強(qiáng)，從宏觀角度來(lái)看，洪水必然會(huì)被阻隔在兩者以東。但由于兩者沿線分布了下穿隧道與橋梁，如圖1所示，洪水通過(guò)這些導(dǎo)水構(gòu)筑物進(jìn)入到另一側(cè)，增大了淹沒(méi)范圍。

分析區(qū)域與其他區(qū)域連通構(gòu)筑物是確保洪水分析水量平衡正確的關(guān)鍵，一般分為兩類(lèi)：一種是陸地邊界，通過(guò)此類(lèi)構(gòu)筑物與風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域外的陸地區(qū)域相連，如鐵路和橋梁將風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域與其他區(qū)域分割或連通；另外一種為水陸邊界，通過(guò)此類(lèi)構(gòu)筑物與湖泊或河流相連，如溢流壩或防洪閘。前者如果設(shè)置不當(dāng)，會(huì)人為減輕該地區(qū)的洪水風(fēng)險(xiǎn)而誤判下游洪水風(fēng)險(xiǎn)；在未考慮后者的情況下，潛在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)則會(huì)被忽略。

3.模型驗(yàn)證

根據(jù)區(qū)域?qū)嶋H情況，嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)范構(gòu)建洪水分析模型后，洪水分析的準(zhǔn)確性受參數(shù)率定結(jié)果影響，而模型驗(yàn)證體現(xiàn)了參數(shù)率定后的實(shí)際成果，可直接體現(xiàn)出模型的計(jì)算準(zhǔn)確性。吉林省風(fēng)險(xiǎn)圖項(xiàng)目的驗(yàn)證工作主要分為一維河道驗(yàn)證與二維區(qū)域驗(yàn)證。一維河道驗(yàn)證資料采用河道實(shí)際流量與水位，二維區(qū)域驗(yàn)證資料采用歷史潰堤洪水調(diào)查資料。由于二維區(qū)域驗(yàn)證資料較難收集，且歷史情況較難還原，驗(yàn)證成果一般與實(shí)際調(diào)查情況差別較大。在吉林省風(fēng)險(xiǎn)圖編制過(guò)程中，盡量還原洪水發(fā)生時(shí)期的地形地貌，幾處驗(yàn)證點(diǎn)的誤差均較小，準(zhǔn)確性較高。

（1）樺甸市歷史洪水潰堤驗(yàn)證

松花江流域的樺甸市城區(qū)有年代較近的1995年歷史潰堤洪水調(diào)查資料，采用1995年8月松花江大洪水樺甸市堤防潰決后的淹沒(méi)范圍對(duì)二維非恒定流模型的參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。

1995年松花江大水致使樺甸大堤下游堤段發(fā)生2處潰決，總潰口寬度約310m，樺甸市區(qū)除北臺(tái)子、西臺(tái)子村的局部高地以外全部被淹。根據(jù)歷史調(diào)查資料，模擬樺甸市1995年堤防潰決后城區(qū)的洪水淹沒(méi)情況，其中二維模型的邊界條件為樺甸市潰口流量過(guò)程，采用中水東北公司1996年調(diào)查分析成果，模型的水位初始條件參照樺甸市實(shí)際地面高程設(shè)定為261.00m，流速初始條件統(tǒng)一設(shè)定為0。采用模型計(jì)算的淹沒(méi)范圍與1995年實(shí)地調(diào)查淹沒(méi)范圍對(duì)比見(jiàn)圖2。

由圖2可見(jiàn)，模擬與調(diào)查的淹沒(méi)范圍基本一致，淹沒(méi)面積相差僅4%，誤差產(chǎn)生的主要原因?yàn)闃宓槭谐菂^(qū)1995年至今發(fā)展變化較大，地形存在一定的差異。

圖2 驗(yàn)證模擬與1995年洪水調(diào)查淹沒(méi)范圍對(duì)比圖

圖3 驗(yàn)證模擬與1998年洪水淹沒(méi)范圍對(duì)比圖

表1 編制單元名稱(chēng)與方案統(tǒng)計(jì)表

（2）胖頭泡歷史潰堤洪水驗(yàn)證

1998年，松花江流域嫩江干流左岸肇源境內(nèi)曾發(fā)生潰決。利用胖頭泡潰口外泄洪水的淹沒(méi)范圍對(duì)二維非恒定流模型的參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。二維非恒定流模型的邊界條件為嫩江左岸胖頭泡決口處的流量過(guò)程，流量過(guò)程摘錄自《1998年松花江暴雨洪水》。采用模型計(jì)算的淹沒(méi)范圍與實(shí)際調(diào)查所得的淹沒(méi)范圍見(jiàn)圖3。洪水模擬計(jì)算的淹沒(méi)范圍與調(diào)查淹沒(méi)范圍相差較小，相對(duì)誤差為4.4%，誤差產(chǎn)生的主要原因在于本次模擬采用的地形數(shù)據(jù)來(lái)自1∶50 000地形圖的高程信息，其精度略低，且1998年洪水淹沒(méi)范圍根據(jù)調(diào)查所得，在個(gè)別地區(qū)可能與實(shí)際淹沒(méi)范圍有差別。

圖4 吉林省防汛抗旱指揮支持系統(tǒng)界面

二、編制成果

1.洪水風(fēng)險(xiǎn)圖圖件成果

洪水風(fēng)險(xiǎn)圖圖件包括淹沒(méi)范圍、淹沒(méi)水深、洪水流速、到達(dá)時(shí)間、避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移5個(gè)種類(lèi)。總計(jì)設(shè)置計(jì)算方案165個(gè)，繪制各類(lèi)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖555幅，詳細(xì)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

2.防汛抗旱指揮支持系統(tǒng)

為使洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制項(xiàng)目成果得到更廣泛應(yīng)用，中水東北公司開(kāi)發(fā)了可與吉林省天地圖防洪系統(tǒng)結(jié)合的防汛抗旱指揮支持系統(tǒng)。系統(tǒng)基于.Net、Java Script開(kāi)發(fā)，使用B/S模式。二維地圖服務(wù)使用ArcGIS，三維地圖服務(wù)使用SkyLine進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖系統(tǒng)二、三維聯(lián)動(dòng)。該系統(tǒng)功能主要包括4個(gè)部分：基本信息展示、風(fēng)險(xiǎn)圖展示、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)匯總和詳細(xì)信息（系統(tǒng)界面見(jiàn)圖4）。

基本信息展示主要包括區(qū)域簡(jiǎn)介和潰口信息；風(fēng)險(xiǎn)圖展示主要包括淹沒(méi)范圍以及不同量級(jí)的洪水流速、淹沒(méi)水深和到達(dá)時(shí)間，分別在二、三維地圖中展示；數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計(jì)主要包括災(zāi)害影響的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)；詳細(xì)信息主要包括被淹沒(méi)地區(qū)的統(tǒng)計(jì)列表，被淹沒(méi)屯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、轉(zhuǎn)移路線、轉(zhuǎn)移路線的長(zhǎng)度以及轉(zhuǎn)移需要的時(shí)間等信息，分別在二、三維地圖中對(duì)轉(zhuǎn)移路線進(jìn)行展示；除此之外，還包括二、三維地圖動(dòng)態(tài)洪水演進(jìn)。

系統(tǒng)在統(tǒng)一坐標(biāo)系下，以吉林省地圖為背景，實(shí)現(xiàn)了瀏覽、定位以及數(shù)據(jù)查詢(xún)和分析等功能。系統(tǒng)支持和實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)有：三維景觀數(shù)據(jù)集成技術(shù)、海量數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)與地理信息系統(tǒng)的集成。

通過(guò)以上關(guān)鍵技術(shù)，能夠?qū)⑤敵龊Ａ繑?shù)據(jù)的3D場(chǎng)景提供給局域網(wǎng)訪問(wèn)；采用標(biāo)準(zhǔn)COM界面與本地和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序相連接，提供訪問(wèn)GIS高級(jí)分析功能的接口；可進(jìn)行多用戶并發(fā)訪問(wèn)，且可在該場(chǎng)景中進(jìn)行流暢漫游；增強(qiáng)本地和遠(yuǎn)程用戶安全性保證；對(duì)三維地形數(shù)據(jù)以獨(dú)有的流數(shù)據(jù)形式傳輸?shù)絻?nèi)部網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)；擁有良好的可擴(kuò)展性；通過(guò)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)或因特網(wǎng)進(jìn)行三維數(shù)據(jù)傳輸；對(duì)于低帶寬的情況，能夠充分利用多處理器服務(wù)器的硬件優(yōu)勢(shì)進(jìn)行優(yōu)化處理；能夠有效處理大量數(shù)據(jù)集。

3.洪水風(fēng)險(xiǎn)圖絲綢圖件

除基于電子平臺(tái)的風(fēng)險(xiǎn)圖應(yīng)用系統(tǒng)，為了提高野外實(shí)地的運(yùn)用效率，各項(xiàng)目通過(guò)整合各頻率的洪水淹沒(méi)圖，運(yùn)用軍工制圖技術(shù)，印制成A0幅大小的可折疊抗污漬絲綢圖件。該絲綢圖件體積小、重量輕，可隨身攜帶，配有文字及村屯說(shuō)明，可實(shí)地指導(dǎo)抗洪工作。■

責(zé)任編輯 董明銳

Project im plementation of flood risk map in Jilin Province——case study of projects taken by BeiFang Investigation，Design&Research Corporation

Xie Chenghai,Qi Jing

Through field investigation,creation of one-dimensional and two-dimensional models and flood analysis, flood risk map project in Jilin Province carries out systematic evaluation on flood risks,calculatesmaximum depth of inundation,reaching time and speed of flood and works out indicators for disaster loss evaluation.Meanwhile, evacuation options are given based on basic conditions of protected areas.Breakthrough obtained by the project in model creation and system formation is introduced based on introduction on technologies.Flood control and drought relief has been strengthened thanks to creation of decision-making supporting system for flood control and drought relief in Jilin Province,which clearly specifies flood risks and evacuation plans.These achievements provide a solid database and technical support to floodmanagement.

flood management;risk map;one and two dimensional hydrodynamic model;decision-making support system for flood control and drought relief;Jilin

TV877+TV122

：B

：1000-1123（2017）05-0045-04

2016-10-25

謝成海，助理工程師。

全國(guó)重點(diǎn)地區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制項(xiàng)目。