彭 亮，馬云飛，衛(wèi)仁娟，何 英，穆振俠，李曉慶，劉成紅

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆干旱區(qū)湖泊環(huán)境與資源實(shí)驗(yàn)室， 烏魯木齊 830054；3.四川大學(xué) 水利水電學(xué)院水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 成都 610065；4. 四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 成都 611230；5.新疆喀什地區(qū)水利局， 新疆 喀什 844000）

0 引 言

國(guó)際減災(zāi)十年委員會(huì)（IDNDR） 指出，洪水災(zāi)害是人類面臨的損失最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一[1]。聯(lián)合國(guó)國(guó)際減災(zāi)戰(zhàn)略（UNISDR）發(fā)布報(bào)告稱，1998—2017年全球發(fā)生重大自然災(zāi)害7 255 件，其中91%的自然災(zāi)害為氣象災(zāi)害，尤以暴風(fēng)和洪水二大災(zāi)害頻繁發(fā)生。20 世紀(jì)以來，以氣候變暖為主的自然系統(tǒng)的變異，特別是洪水災(zāi)害造成了極大的影響。人類在總結(jié)社會(huì)發(fā)展與洪水災(zāi)害的歷史經(jīng)驗(yàn)中，逐步提出了人水和諧發(fā)展，觀念由“防御洪水”轉(zhuǎn)變?yōu)椤昂樗L(fēng)險(xiǎn)管理”。美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家早在20 世紀(jì)50—60 年代就已開展洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析研究[2]，制作并發(fā)布了洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖[3-4]，我國(guó)則從20 世紀(jì)80 年代中期開始開展洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究[5-6]。洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析對(duì)于減輕洪水災(zāi)害的損失具有重要意義，已引起人們的高度重視。

20 世紀(jì)90 年代以來，利用GIS 技術(shù)進(jìn)行洪水淹沒研究和洪水風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，大多停留在以歷史洪水?dāng)?shù)據(jù)為依據(jù)的靜態(tài)層面。通過對(duì)水面高程做差值運(yùn)算獲得洪水過程的水文特征，在洪水模擬中充分考慮洪水演進(jìn)的物理機(jī)制，加入坡度、坡向等因子，是當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)方向。陳秀萬[7]和李觀義[8]運(yùn)用遙感技術(shù)的實(shí)時(shí)和宏觀性進(jìn)行洪水檢測(cè)和淹沒范圍的劃定；王臘春等[9]和陳德清等[10]基于GIS 空間分析技術(shù)進(jìn)行二維平面的洪水淹沒分析；劉仁義等[11]和葛小平等[12]在基于DEM 三維空間分析技術(shù)進(jìn)行給定淹沒高程下的洪水淹沒區(qū)繪制。近年來，將GIS 技術(shù)與RS 技術(shù)相結(jié)合，根據(jù)數(shù)字高程模型DEM 提供的三維數(shù)據(jù)和遙感影像數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)、模擬顯示洪水淹沒場(chǎng)景，并進(jìn)行洪水災(zāi)害評(píng)估，已成為GIS 在洪水方面的主要研究領(lǐng)域[13-18]。

【研究意義】葉爾羌河上游的冰川阻塞湖及其突發(fā)洪水就是典型代表，歷史上發(fā)生多次潰決洪水[19-21]。據(jù)統(tǒng)計(jì)1959—2018 年葉爾羌河灌區(qū)發(fā)生洪水災(zāi)害的年份共有43 個(gè)，其中有7 次洪水洪峰流量超過4 000 m3/s，其中，1997 年后發(fā)生3 次，洪災(zāi)損失及頻繁程度在新疆河流中居第一位。1959—2018 年葉爾羌河山區(qū)干流無控制性水庫工程，洪峰不能被調(diào)控削減，直接進(jìn)入平原區(qū)河段，使平原灌區(qū)形成頻繁的大范圍的災(zāi)害?！狙芯窟M(jìn)展】在平原灌區(qū)數(shù)百公里的河段上，形成的防洪險(xiǎn)工險(xiǎn)段上百處，防洪工程建設(shè)較多，但洪水風(fēng)險(xiǎn)管理研究較少。繪制葉爾羌河灌區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖作為一種重要的非工程減災(zāi)措施，可以廣泛地應(yīng)用于洪泛區(qū)防洪規(guī)劃與管理、應(yīng)急決策與災(zāi)情評(píng)估、土地開發(fā)利用、居民避難、災(zāi)害保險(xiǎn)、公共減災(zāi)對(duì)策以及災(zāi)害教育與宣傳。張艷等[22]以葉爾羌河喀群渠首至中游渠首之間的區(qū)域?yàn)槔?，?gòu)建了MIKEFlood 洪水淹沒演算模型，計(jì)算了不同洪水方案下的淹沒范圍、水深、流速等風(fēng)險(xiǎn)要素，只完成了一部分河段的洪水風(fēng)險(xiǎn)?！厩腥朦c(diǎn)】葉爾羌河從喀群渠首至艾力克塔木之間的整個(gè)平原灌區(qū)河段的洪水頻發(fā)，歷史上多次發(fā)生冰川湖突發(fā)洪水，沖毀了莎車、巴楚、麥蓋提等縣域內(nèi)沿河兩岸的村莊以及農(nóng)三師部分團(tuán)場(chǎng)的房屋、農(nóng)田、公路等設(shè)施，造成人員和牲畜的傷亡，開展洪水淹沒風(fēng)險(xiǎn)分析，可以識(shí)別沿河兩岸洪水淹沒的主要地帶和淹沒范圍?！緮M解決的關(guān)鍵問題】采用基于GIS柵格數(shù)據(jù)內(nèi)嵌FloodArea 的二維水文水動(dòng)力學(xué)模型[23-24]，模擬1999 年和2015 年夏季實(shí)測(cè)洪水過程，充分考慮行洪過程的物理機(jī)制，識(shí)別典型的高情景和低情景洪水淹沒風(fēng)險(xiǎn)，與調(diào)查的實(shí)際洪水淹沒范圍進(jìn)行對(duì)比，為沿河各級(jí)防洪指揮部門指揮防汛抗洪與洪水損失評(píng)估工作提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

葉爾羌河流域位于東經(jīng)74°28′—80°54′，北緯34°50′—40°31′，流域總面積為10.81 萬km2，其中平原區(qū)面積約為4.73 萬km2。葉爾羌河流域平原灌區(qū)系指葉爾羌河喀群出山口以下至巴楚夏河林場(chǎng)之間的灌區(qū)和提孜那甫河江卡渠首以下灌區(qū)。依靠葉爾羌河水系灌溉的平原人工綠洲區(qū)，其總面積為16 042 km2，占流域面積的14.8%。人工綠洲區(qū)東西兩側(cè)處在塔克拉瑪干大沙漠與布古里、托格拉克沙漠的挾持之中，呈帶狀分布，寬40～80 km，長(zhǎng)400 km，灌溉面積50.22 hm2。流域總?cè)丝诩s240 萬，共有24 個(gè)縣級(jí)（含兵團(tuán)）以上用水單位。葉爾羌河河水被大量用于農(nóng)業(yè)灌溉，當(dāng)卡群水文站（簡(jiǎn)稱卡群站）流量達(dá)1 200 m3/s以上時(shí)，進(jìn)入防洪狀態(tài)；當(dāng)卡群站流量達(dá)2 000 m3/s以上時(shí)，有可能出現(xiàn)洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。葉爾羌河上有喀群、勿甫、依干其、中游、民生、艾里克塔木渠首，在喀群和艾里克塔木之間有許多取水閘和相連的灌溉渠系，引水閘設(shè)計(jì)引水能力大都在80～175 m3/s 之間，在洪水期間可以開閘分洪，從而部分減少洪峰流量。

葉爾羌河流域的洪水類型按其成因和災(zāi)害特點(diǎn)可分為4 種類型：冰雪消融型洪水、冰川湖突發(fā)洪水、暴雨型洪水和混合型洪水。由于其河源段有大面積冰川發(fā)育及冰川堰塞湖，常有突發(fā)性洪水發(fā)生。洪水進(jìn)入平原區(qū)后，河道蜿蜒游蕩，兩岸受淘刷破壞，汛期泛濫成災(zāi)，使得沿河各縣深受其害，防洪問題十分突出。其中冰川湖突發(fā)洪水與消融型洪水相遇形成的混合型洪水峰高量大、來勢(shì)兇猛，危害極大，洪水發(fā)生時(shí)間集中于6—9 月，1961 年實(shí)測(cè)洪峰流量達(dá)6 270 m3/s，1999 年實(shí)測(cè)洪峰流量達(dá)6 070 m3/s。

1.2 研究區(qū)數(shù)據(jù)

為評(píng)估由葉爾羌河洪水決堤導(dǎo)致灌區(qū)洪水淹沒范圍，應(yīng)用GIS 工具生成數(shù)字高程模型（DEM），調(diào)查葉爾羌河沿岸的土地利用情況、防洪建筑物和取水口引水量等信息。沿葉爾羌河道進(jìn)行以下洪水事件調(diào)查和分析工作：

①輸入基本信息，如航拍相片和衛(wèi)星圖像、DTM、山體陰影分析、土地利用/地貌學(xué)/地質(zhì)學(xué)、流量監(jiān)測(cè)等；

②研究區(qū)南高北低、地形平緩，渠系眾多，屬于典型的大范圍人工綠洲，二維洪水模型輸入處理后的數(shù)字高程模型（DEM）；

③設(shè)置二維洪水模型參數(shù)（如糙率系數(shù)，洪水過程線，防洪建筑物，取水口等）；

④定義洪水模擬情景；

⑤建立二維洪水模擬模型。

1）數(shù)字高程模型

通過衛(wèi)星圖像提供的數(shù)字高程模型（DEM）和土地利用信息評(píng)估模型參數(shù)，并模擬洪水情景，文中采用SRTM（航天雷達(dá)地形測(cè)繪任務(wù)）數(shù)據(jù)中的高程信息建立研究區(qū)數(shù)字高程模型（DEM），見圖1。由此可以創(chuàng)建一個(gè)滿足洪水模型需求的地形模型，并且可以調(diào)整數(shù)字地形數(shù)據(jù)投影的像元值。研究區(qū)地形模型的柵格間距為85 m。

2）糙率系數(shù)

糙率系數(shù)對(duì)二維洪水模型是必要的。然而，由于DTM 分辨率和大范圍研究區(qū)的精度要求，糙率系數(shù)只能由不同土地利用信息來推求。一方面根據(jù)已有的數(shù)據(jù)庫，如交通基礎(chǔ)設(shè)施；另一方面，土地利用類型的劃分，如從衛(wèi)星圖像獲取的居民點(diǎn)、沙漠地區(qū)、戈壁、灘涂等劃分。

根據(jù)航拍及地面相片，河床大部分由粗顆粒組成，岸坡由疏松細(xì)顆粒材料組成。河床周邊地區(qū)大部分為人工渠系和灌區(qū)。幾個(gè)大小不同的居民點(diǎn)位于葉爾羌河的下游。根據(jù)調(diào)查研究區(qū)域的河道和周邊地形地貌實(shí)際情況，按照曼寧系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值的劃分類型，將土地利用分為河床、水域、居民區(qū)、灌區(qū)和戈壁等10 類。結(jié)合《水力計(jì)算手冊(cè)》[25]和相關(guān)的文獻(xiàn)[26-30]確定糙率初值，不同土地利用類型Strickler 系數(shù)（以Kst表示）見表1。

圖1 葉爾羌河流域中下游灌區(qū)雷達(dá)影像 Fig.1 The recorded radar image strips over the floodplain of the Yarkant river

表1 不同土地利用類型Strickler（Kst）系數(shù)Table1 The Strickler coefficient Kst table for different Surface types

3）典型洪水情景

按照《葉爾羌河流域規(guī)劃》要求，在平原灌區(qū)內(nèi)沿河兩岸通過建設(shè)護(hù)岸工程與堤防工程，保障一些重要的險(xiǎn)工段能抵御重現(xiàn)期為20 a 的洪水，使之不造成較大損失；一般性險(xiǎn)工段能抗御重現(xiàn)期為10 a 洪水，使之不受較大損失。近期待阿爾塔什水利樞紐建成后，與灌區(qū)河段防洪工程聯(lián)合運(yùn)行，可將平原灌區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)從重現(xiàn)期為20 a 提高到重現(xiàn)期為50 a。

根據(jù)1959—2015 年卡群站的洪峰流量觀測(cè)資料，選擇接近防洪標(biāo)準(zhǔn)的典型洪水事件。基于洪峰流量、洪量、洪水持續(xù)時(shí)間、漲洪和退洪時(shí)間等參數(shù)，洪水模型基于高情景和低情景洪水事件2 個(gè)場(chǎng)景。高情景描述了1999 年8 月11 日冰川湖突發(fā)洪水事件的重大危害情況，近似重現(xiàn)期為20 a 的洪水（5 596 m3/s）；低情景描述了2015 年7 月28 日在未發(fā)生重大過岸洪水情況下的洪水事件，小于重現(xiàn)期為5 a的洪水（2 935 m3/s）。葉爾羌河卡群站2 種情景洪水參數(shù)列于表2。輸入FloodArea 模型卡群站高情景和低情景洪水過程線作為上邊界條件，艾力克塔木站水位流量關(guān)系為下邊界條件。

表2 葉爾羌河卡群站典型情景洪水參數(shù) Table2 Scenarios for flood modelling derived by discharge measurements at Kaqun gauge station

1.3 研究方法

洪水是水流漫溢出河段或其他水體的正常范圍，或者在正常情況下水流向不受淹沒區(qū)域累積的現(xiàn)象[31]。葉爾羌河灌區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)主要由洪水在喀群渠首以下河道中傳播及漫堤淹沒產(chǎn)生。FloodArea 模型主要應(yīng)用于洪水動(dòng)態(tài)模擬及洪水淹沒區(qū)域劃分[23]，根據(jù)模型輸入的不同，F(xiàn)loodArea 可模擬3 種洪水工況：①水位模式（Water Level）：整個(gè)河道網(wǎng)絡(luò)漫頂式，有設(shè)定水位的河道網(wǎng)絡(luò)柵格；②水文過程線（Hydrograph）：用戶定義的一個(gè)或多個(gè)流量過程線，如指定的堤壩潰口（或分洪口）的流量過程線；③暴雨（Rainstorm）：對(duì)一個(gè)較大面積區(qū)域暴雨的模擬，面雨量以權(quán)重柵格設(shè)置。不同于靜態(tài)洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖，F(xiàn)loodArea 使用水動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行洪水淹沒區(qū)域模擬，在每個(gè)模擬運(yùn)行時(shí)間里，相應(yīng)淹沒范圍和水深都以柵格形式存儲(chǔ)和呈現(xiàn)，單元計(jì)算結(jié)果由周邊相鄰的8 個(gè)單元柵格決定，見圖3。從某單元向周邊單元流出量由Manning-Strickler 公式計(jì)算：

式中：V為流速（m/s）；Kst為下墊面糙率系數(shù)（Strickler系數(shù)，m1/3/s）；R為水力半徑（m），即流體截面積與濕周的比值；J為水力坡降。

水流的淹沒深度為淹沒水位高程與地面高程之差，即： 式中：hf為淹沒深度（m）；ha為淹沒水位高程（m）；max（ea，eb）為出流沿程最大高程（m）。淹沒過程中由地形坡向來決定水流方向。坡向指地表面上一點(diǎn)的切平面的法線矢量在水平面的投影與過該點(diǎn)的正北方向的夾角，反映斜坡所指示的方向。對(duì)地面任何一點(diǎn)來說，坡向表征了該點(diǎn)高程值改變量的最大變化方向。計(jì)算公式如下：

FloodArea 洪水模型用戶必須至少定義洪水過程線和表面糙率參數(shù)。FloodArea 模型直接結(jié)合數(shù)字高程模型（DEM），可以將水流障礙（堤壩、擋水壩，取水建筑物等）融合到DEM 模型中，從而對(duì)模型結(jié)果進(jìn)行修正。

在數(shù)字高程模型（DEM）基礎(chǔ)上，F(xiàn)loodArea 模型模擬演進(jìn)以柵格為單位，柵格單元?jiǎng)澐忠妶D2。

圖2 柵格單元?jiǎng)澐?Fig.2 Grid cell division

用Manning-Strickler 公式計(jì)算每個(gè)柵格單元與周圍8 個(gè)單元之間的洪水深度、流速以及每一個(gè)柵格單元的流向，從而得出淹沒范圍，并把這些信息顯示在洪水風(fēng)險(xiǎn)災(zāi)害指示圖中。淹沒結(jié)果直觀地表現(xiàn)為淹沒水深的空間分布形態(tài)，通過調(diào)查葉爾羌河灌區(qū)攔河建筑物、防洪工程、水庫、洼地等，共計(jì)21 個(gè)點(diǎn)，實(shí)際受災(zāi)點(diǎn)的淹沒水深或一定區(qū)域的平均淹沒水深與相同地理位置的模擬結(jié)果的對(duì)比分析，對(duì)模型模擬結(jié)果進(jìn)行了修正。

2 結(jié)果與分析

將洪水模擬模型與GIS 技術(shù)相結(jié)合，疊加河道、防洪工程、渠系、灌區(qū)和居民區(qū)等基礎(chǔ)信息，應(yīng)用洪水仿真模型推演和識(shí)別了洪水的淹沒風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，繪制出不同情景下洪水最大可能淹沒范圍、淹沒水深、流速等風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的空間分布。圖中用不同的顏色深度表示淹沒深度和洪水流速等級(jí)。

繪制的葉爾羌河灌區(qū)風(fēng)險(xiǎn)圖，按水深等級(jí)，洪水沿河道淹沒范圍進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，即：①極深水區(qū)（>5.0 m）；②重度深水區(qū)（2.5～5.0 m）；③深水區(qū)（1.0～2.5 m）；④淺水區(qū)（<1.0 m）。按流速等級(jí)，洪水沿河道淹沒范圍進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分區(qū)：①急速區(qū)（>5.0 m/s）；②快速區(qū)（2.5～5.0 m/s）；③中速區(qū)（1.0～2.5 m/s）；④低速區(qū)（<1.0 m/s）。

2.1 高情景洪水淹沒范圍分析

根據(jù)洪水調(diào)查，1999 年8 月11 日葉爾羌河發(fā)生特大洪水，卡群水文站洪峰流量達(dá)6 070 m3/s，洪水沖毀或沖斷的沿河大部分臨時(shí)防洪工程，造成下游莎車縣2 個(gè)鄉(xiāng)8 km 防洪堤被沖毀，麥蓋提縣3 鄉(xiāng)、4鄉(xiāng)及恰斯農(nóng)場(chǎng)、經(jīng)各團(tuán)場(chǎng)至巴楚公路被沖斷，沿河村莊大都受到不同程度的災(zāi)害。此次洪水造成水毀工程多處，淹沒農(nóng)田1.3 萬hm2，房屋8 000 余間，人員傷亡168 人，死亡牲畜2 988 頭，糧食157 t，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1.53 億元。

洪水淹沒過程沿程空間分布是不均的，淹沒水深的分布主要取決于河道及地形高差。采用FloodArea 模型模擬卡群水文站1999 年的最大洪水（6 070 m3/s）對(duì)葉爾羌河灌區(qū)的影響，包括洪水淹沒深度、洪水流速和洪水淹沒區(qū)域，見圖3。圖3中藍(lán)色區(qū)域表示水深淹沒區(qū)，黃色區(qū)域表示流速淹沒區(qū)，用不同的顏色表示淹沒深度和洪水流速的大小，小于1.0 m 水深的淺水區(qū)淹沒面積占64.8%，小于1.0 m/s 流速的低速區(qū)淹沒面積占66.4%，對(duì)應(yīng)的淹沒面積見表3。

表3 葉爾羌河灌區(qū)洪水高情景洪水淹沒范圍 Table 3 The flooding high scene inundation area in Yarkant River irrigation area

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和記載的1999 年8 月11 日洪水資料對(duì)洪水淹沒范圍進(jìn)行合理性檢查，主要根據(jù)流場(chǎng)分布、對(duì)比調(diào)查點(diǎn)的淹沒水深、淹沒面積。葉爾羌河洪水主要在主要發(fā)生在葉爾羌河卡群站以下平原灌區(qū)河段附近，河段多處被洪水沖毀部分河段河堤，向四周滿溢，淹沒區(qū)主要分布在沿河道二旁及地勢(shì)低洼地區(qū)，一些農(nóng)田滯留了部分洪水，洪水淹沒范圍較大，灌區(qū)以及居民點(diǎn)都受到影響。灌區(qū)實(shí)際淹沒區(qū)域主要分布在莎車縣河道左岸2 個(gè)鄉(xiāng)，麥蓋提縣河道右岸2個(gè)鄉(xiāng)，巴楚2 個(gè)村及農(nóng)三師48 團(tuán)，受災(zāi)面積約133.34 km2，與模型模擬的河道外淹沒受災(zāi)面積121.2 km2，誤差為9.3%。洪水從喀群渠首到艾力克塔木斷面之間流速變化范圍0.5～5.0 m/s，洪水平均傳播速度為3.5 m/s，洪水流至艾力克塔木斷面，流速逐漸減小到約1.0 m/s，與高情景洪水中模擬的結(jié)果基本吻合。

洪水淹沒區(qū)受高程標(biāo)準(zhǔn)差、河網(wǎng)渠系密度、地貌和植被覆蓋度的影響，洪水風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)出自南向北增加的分布格局。高危險(xiǎn)性地區(qū)的面積占比小（約20%），受災(zāi)面積約133.34 km2（占12.7%），主要集中在莎車縣2 個(gè)鄉(xiāng)、麥蓋提2 個(gè)鄉(xiāng)、巴楚2 個(gè)村及農(nóng)三師48團(tuán)，該區(qū)域河道彎曲，地處低洼，防洪工程薄弱，植被覆蓋度較小，因此容易發(fā)生洪水災(zāi)害。

圖3 葉爾羌河灌區(qū)洪水高情景淹沒范圍 Fig.3 Schematic diagram of flooding high scene inundation area in Yarkant River irrigation area

圖4 葉爾羌河灌區(qū)洪水低情景淹沒范圍 Fig.4 Schematic diagram of flooding low scene inundation area in Yarkant River irrigation area

2.2 低情景洪水淹沒范圍分析

2015 年7 月28 日，葉爾羌河發(fā)生突發(fā)洪水，卡群站斷面洪峰流量達(dá)2 450 m3/s。澤普、莎車縣基本沒有發(fā)生洪水災(zāi)害，此次洪水造成葉爾羌河麥蓋提縣吐曼塔勒鄉(xiāng)肖卡西防洪點(diǎn)水毀1 450 m，巴楚縣民生渠首潰壩段被迫決口分流，麥蓋提縣吐曼塔勒鄉(xiāng)至民生渠首柏油路沖毀600 m，損壞路基800 m，損毀林帶1.2 km，淹沒農(nóng)田40 hm2。

根據(jù)FloodArea 模型模擬卡群水文站通過2 450 m3/s 時(shí)對(duì)葉爾羌河灌區(qū)的影響，包括洪水淹沒深度、洪水流速和洪水淹沒區(qū)域，見圖4。圖4 中藍(lán)色區(qū)域表示水深淹沒區(qū)，黃色區(qū)域表示流速淹沒區(qū)，用不同的顏色表示淹沒深度和洪水流速的大小，小于1.0 m水深的淺水區(qū)淹沒面積占65.5%，小于1.0 m/s 流速的低速區(qū)淹沒面積占74.5%，對(duì)應(yīng)的淹沒面積見表4。從喀群渠首到艾力克塔木斷面之間流速變化范圍小于5.0 m/s，洪水平均傳播速度為1.5 m/s，而洪水流至艾力克塔木斷面，流速逐漸減小到0.5 m/s 以內(nèi)。

根據(jù)2015 年實(shí)測(cè)洪水調(diào)查對(duì)洪水模擬淹沒范圍進(jìn)行合理檢查，洪水主要發(fā)生在葉爾羌河卡群站以下河道內(nèi)，卡群至麥蓋提段河床相對(duì)寬闊，新修建的堤防發(fā)揮良好的防護(hù)作用，大部分河段未被洪水破壞，僅麥蓋提以下河段有3 處被洪水沖毀部分河段河堤，決口淹沒區(qū)主要分布在沿河道二旁及地勢(shì)低洼地區(qū)，淹沒面積約0.5 km2，居民點(diǎn)未受到影響，洪水淹沒范圍較小。

表4 葉爾羌河灌區(qū)洪水低情景洪水淹沒范圍 Table 4 The flooding low scene inundation area in Yarkant River irrigation area

3 討 論

根據(jù)1999年和2015年夏季洪水實(shí)測(cè)資料，基于GIS柵格數(shù)據(jù)構(gòu)建了FloodArea洪水淹沒演算模型，考慮了行洪過程的物理機(jī)制，模擬葉爾羌河平原灌區(qū)洪水淹沒風(fēng)險(xiǎn)范圍，計(jì)算了高情景和低情景2種典型歷史洪水量級(jí)下的淹沒范圍、水深、流速等風(fēng)險(xiǎn)要素。由于不同輸入?yún)?shù)情況下，F(xiàn)loodArea模型可能表現(xiàn)出差異性，即使對(duì)同一場(chǎng)洪水而言，模型輸入?yún)?shù)是造成明顯程度差異性的主要原因。張艷等[22]以葉爾羌河喀群渠首至中游渠首之間的區(qū)域?yàn)槔?，?gòu)建了MIKEFlood洪水淹沒演算模型，計(jì)算了不同方案洪水下的淹沒范圍、水深、流速等風(fēng)險(xiǎn)要素。2個(gè)不同模型模擬的河段長(zhǎng)度差異 較大，選取的典型洪水和洪水參數(shù)等也不相同，洪水風(fēng)險(xiǎn)趨勢(shì)基本相似。

在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，冰川湖突發(fā)洪水水流陡漲陡落，由于地形（數(shù)字高程模型）、參數(shù)處理（如糙率系數(shù)，洪水過程線，防洪建筑物，取水口等）等原因，二維潰壩洪水演進(jìn)的計(jì)算結(jié)果尚不能準(zhǔn)確反映空間上的洪水演進(jìn)規(guī)律。今后，模型構(gòu)建方法也有待改進(jìn)，獲取更高精度的地理信息數(shù)據(jù)支撐，并研究構(gòu)建三維突發(fā)洪水模型，參照更多的淹沒實(shí)例模擬，更精細(xì)地刻畫洪水在灌區(qū)河道三維空間的變化規(guī)律。

4 結(jié) 論

1）葉爾羌洪水淹沒區(qū)主要位于平原區(qū)河段附近，重現(xiàn)期為20 a 洪水風(fēng)險(xiǎn)較高，卡群站以下河段多處被洪水沖毀部分河段河堤，洪水漫溢淹沒區(qū)主要分布在沿河道二邊灌區(qū)的地勢(shì)低洼地區(qū)，洪水淹沒范圍較大；重現(xiàn)期為5 a 洪水的流程強(qiáng)度和洪水淹沒區(qū)比重現(xiàn)期為20 a 洪水有所減少，危險(xiǎn)性等級(jí)降低，灌區(qū)以及居民點(diǎn)基本未受到影響。

2）防洪工程的重點(diǎn)是在平原灌區(qū)莎車縣、麥蓋提縣、巴楚縣河段，對(duì)于一些重點(diǎn)防洪河段和行蓄洪區(qū)修筑護(hù)岸防洪堤壩工程。

3）葉爾羌河的總體防洪方案是：上游山區(qū)段修建山區(qū)控制性水庫調(diào)蓄洪水，削減洪峰；平原灌區(qū)的上、中游段修筑護(hù)岸防洪堤壩工程，灌區(qū)下游主要是修筑堤坊，結(jié)合引洪灌溉控制洪水，下游生態(tài)林河道段主要是疏竣河道，結(jié)合少數(shù)堤防工程保證向塔里木河送水及維護(hù)下游百余公里的生態(tài)林生長(zhǎng)。