王秀蓮 譚桂秋 楊井泉 劉思清

(水利部海河水利委員會，天津 300170)

1 問題的提出

蓄滯洪區(qū)是河堤背水面以外臨時貯存洪水的低洼地區(qū)，是主動分洪蓄水的防洪設(shè)施，也是流域防洪體系的重要組成部分。在《全國蓄滯洪區(qū)建設(shè)與管理規(guī)劃》［1，2］中，共計規(guī)劃了 94 處。不同于洪泛區(qū)和防洪保護(hù)區(qū)，蓄滯洪區(qū)既是用于滯蓄洪水的場所，又是當(dāng)?shù)鼐用褓囈陨婧桶l(fā)展的基地。當(dāng)?shù)厝罕娋幼≡谛顪閰^(qū)之內(nèi)，必然承受洪水淹沒風(fēng)險。針對這種情況，國家一直都在開展蓄滯洪區(qū)安全建設(shè)，為當(dāng)?shù)厝罕娫黾颖芎樵O(shè)施，確保群眾生命安全。在安全建設(shè)工作中，關(guān)鍵問題之一是不同或同一蓄滯洪區(qū)內(nèi)不同區(qū)域的風(fēng)險度及其差別，這是安排建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施步驟、擬定安全建設(shè)模式的重要依據(jù)。然而，到目前為止，缺乏計算蓄滯洪區(qū)洪水淹沒風(fēng)險度數(shù)值的成熟方法。本文將通過對風(fēng)險因素進(jìn)行定性比較，篩選出幾個主要風(fēng)險因素作為自變量，建立淹沒風(fēng)險度與自變量的函數(shù)關(guān)系，研究探討蓄滯洪區(qū)的洪水淹沒風(fēng)險度數(shù)值計算方法。

2 風(fēng)險因素分析及篩選

風(fēng)險即危險，是指遭受損失、傷害、不利或毀滅的可能性。蓄滯洪區(qū)的洪水淹沒風(fēng)險就是特定某一局部區(qū)域遭到淹沒的可能，或發(fā)生這種事件的概率。然而，僅僅給出事件發(fā)生的概率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足安排建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施步驟、擬定安全建設(shè)模式等現(xiàn)實(shí)工作的要求。除概率之外，淹沒對居民生命、固定資產(chǎn)構(gòu)成的威脅程度，比如淹沒水深和淹沒時間不同，構(gòu)成的危險程度都會不同。所以，蓄滯洪區(qū)的淹沒風(fēng)險度是集事件發(fā)生概率與構(gòu)成威脅程度大小為一體的綜合風(fēng)險指標(biāo)。影響這一綜合風(fēng)險指標(biāo)大小的各種原因，稱之為風(fēng)險因素。

2.1 分 析

2.1.1 運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)

蓄滯洪區(qū)共分為3類:①重要蓄滯洪區(qū);②一般蓄滯洪區(qū);③蓄滯洪保留區(qū)。前兩類都是針對防御河流或流域設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)洪水而設(shè)置。而第3類多是為了防御超標(biāo)準(zhǔn)洪水而設(shè)置。蓄滯洪區(qū)的運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)與其所服務(wù)的流域防洪標(biāo)準(zhǔn)密切相關(guān)，其含義是:當(dāng)流域遭遇設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)洪水時，該蓄滯洪區(qū)的口門、堤防等設(shè)施全部能夠正常運(yùn)用，并保證洪水“分得進(jìn)、蓄得住、退得出”，不會使洪水向蓄滯洪區(qū)之外肆意泛濫。運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)有兩種表述方式，意識頻率法(P)，一種是重現(xiàn)期法(Ty)，如50 a一遇標(biāo)準(zhǔn)分別為1/50和 50 a，Ty=1/p。

2.1.2 啟用幾率

蓄滯洪區(qū)的啟用幾率是形成風(fēng)險的直接因素之一，是指流域遭遇多大的洪水便要開始使用蓄滯洪區(qū)，也就是蓄滯洪區(qū)開始遭受淹沒的概率。比如:海河流域的東淀與文安洼的啟用幾率存在較大差別，東淀遇5 a一遇洪水就要啟用，而文安洼遇25 a一遇以上的洪水才開始啟用。啟用幾率(n)越高，風(fēng)險度越大。

2.1.3 淹沒水深

淹沒水深是造成風(fēng)險大小的直接因素，是一個動態(tài)指標(biāo)，其變化過程由小變大，再由大變小。這里的淹沒水深特指蓄滯洪區(qū)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)情況下對應(yīng)的最大淹沒水深。不僅每處蓄滯洪區(qū)的淹沒水深存在差別，同一蓄滯洪區(qū)每個局部之間的淹沒水深也有差別。淹沒水深(H)越大，風(fēng)險度(R)越大。

2.1.4 淹沒歷時

淹沒歷時是指從地面上水，達(dá)到最高水位(即達(dá)到最大淹沒水深)，再通過退水而露出地面全過程所經(jīng)歷的時間。不同的蓄滯洪區(qū)淹沒歷時不同;同一蓄滯洪區(qū)的不同地點(diǎn)，淹沒歷時也不一樣。一般來說，地勢低的地點(diǎn)，淹沒水深大，歷時也長;地勢相對較高的，淹沒水深小，歷時也短。當(dāng)然，行洪特點(diǎn)明顯的蓄滯洪區(qū)不存在這樣的規(guī)律。歷時越長，風(fēng)險越大。歷時是修正風(fēng)險度的必要因素，在風(fēng)險計算中將被用于修正基本風(fēng)險度而得到最終風(fēng)險度。修正系數(shù)(φ)是歷時(t)的函數(shù)，其關(guān)系為φ=f(t)。

2.1.5 洪水流速

從河道向蓄滯洪區(qū)分洪時，流速較快。特別是分洪口門附近，將會造成較強(qiáng)沖擊力，對人員生命和財產(chǎn)構(gòu)成較大威脅。然而，這樣的區(qū)域一般范圍不大;而較大范圍的區(qū)域水流流速一般較小，水流沖擊力相對淹沒水深形成的威脅要小很多，流速(V)越大，風(fēng)險度(R)越大。

2.1.6 風(fēng) 浪

當(dāng)蓄滯洪區(qū)滯蓄洪水后，風(fēng)浪作用也將加大淹沒致災(zāi)風(fēng)險度。風(fēng)浪越大，風(fēng)險度越大。不同地區(qū)風(fēng)速、吹程的取值及浪高的計算可參考《堤防工程設(shè)計規(guī)范》。

2.1.7 控制能力

洪水進(jìn)入蓄滯洪區(qū)有多種途徑:①通過分洪閘分洪，如黃莊洼的白毛莊分洪閘;②通過口門自饋分洪，如永定河泛區(qū)內(nèi)的王碼分洪口門;③靠人工扒口分洪，如文安洼的灘里口門;④無控進(jìn)入，如寧晉泊、大陸澤等上游山區(qū)發(fā)生洪水，將通過河道和山前坡水區(qū)直接涌入?？刂颇芰υ礁?，風(fēng)險度相對越小，反之亦然。

2.1.8 撤退時間

洪水發(fā)生時，要組織群眾有秩序地撤離。距離圍堤或安置地點(diǎn)較近的容易撤離，撤退時間短;距離安置地點(diǎn)遠(yuǎn)的，需要較長的撤離時間。撤離能在一定程度上降低風(fēng)險。分洪口門的控制能力，可為群眾提供更多的撤離時間，從而有效降低風(fēng)險度。

2.2 篩 選

以上列出了8種對風(fēng)險度產(chǎn)生直接或間接影響的因素。根據(jù)各個因素對風(fēng)險影響程度不同，并經(jīng)過綜合分析比較，可將這8個因素劃分為3類:①關(guān)鍵因素，包括淹沒水深(H)、運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)(P或Ty)、啟用幾率(n或Tq)。這類因素是進(jìn)行基本風(fēng)險度數(shù)值計算所要依賴的自變量;②必要因素，那就是淹沒時間(t)，可對風(fēng)險度進(jìn)行修正;③一般因素，即洪水流速、風(fēng)浪、控制能力、人員撤離時間。在進(jìn)行宏觀計算風(fēng)險度時，一般因素可暫時忽略;如果進(jìn)行微觀計算或者遇到某一因素在該區(qū)域起關(guān)鍵作用的特殊情況時，再將其列入，根據(jù)其產(chǎn)生作用的大小，列入第2類之中，對風(fēng)險度進(jìn)行修正。

3 計算方法

蓄滯洪區(qū)的淹沒風(fēng)險度是集局部區(qū)域遭受淹沒的概率與本區(qū)域生命、財產(chǎn)遭受威脅程度大小的綜合指標(biāo)。測算這一綜合指標(biāo)所利用的各個風(fēng)險因素都應(yīng)具有可比性，并能直觀、容易地采集到數(shù)據(jù)。比如，甲蓄滯洪區(qū)的A區(qū)域，其啟用幾率為20 a一遇，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，最大淹沒水深為3 m，淹沒歷時為60 d;而乙蓄滯洪區(qū)的B區(qū)域，其啟用幾率為5 a一遇，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，最大淹沒水深為 2 m，淹沒歷時為50 d。運(yùn)用單指標(biāo)定性對比，得出的結(jié)論不一致，A、B區(qū)淹沒風(fēng)險度各有高低，A區(qū)高的占3項(xiàng)，B區(qū)高的占1項(xiàng)。因此，對于風(fēng)險最高的區(qū)域并沒有定論。所以，利用單指標(biāo)比較還不能綜合反映兩個區(qū)域風(fēng)險度的高低。風(fēng)險數(shù)值計算就是將以上單項(xiàng)指標(biāo)綜合在一起進(jìn)行計算，其結(jié)果可供不同區(qū)域之間進(jìn)行對比。

風(fēng)險度數(shù)值計算分為兩個步驟:①利用淹沒水深、運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)和啟用幾率3個關(guān)鍵因素計算基本風(fēng)險度(Rj)，②利用淹沒歷時計算修正系數(shù)φ，再用φ與基本風(fēng)險程度 Rj相乘，得出區(qū)域淹沒風(fēng)險度(R)［3］。

3.1 基本風(fēng)險度Rj的計算

如前所述，決定基本風(fēng)險度的3個因素為淹沒水深(H)、運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)(運(yùn)用重現(xiàn)期)和啟用幾率(啟用重現(xiàn)期)。以基本風(fēng)險度存在不同的函數(shù)關(guān)系，基本風(fēng)險度由3部分組成，即:Rj=Rj1+Rj2+Rj3。該三項(xiàng)式稱之為“基本風(fēng)險度公式”。該式的第1項(xiàng)以淹沒水深與運(yùn)用重現(xiàn)期反應(yīng)。該分項(xiàng)基本風(fēng)險度與水深和運(yùn)用重現(xiàn)期均呈正比例關(guān)系，即水深越大，風(fēng)險度越大;運(yùn)用重現(xiàn)期越大，風(fēng)險度越大。比如，重現(xiàn)期為50 a的蓄滯洪區(qū)，要保證遇50 a一遇洪水時，仍然要確保洪水“蓄得住”，當(dāng)?shù)赜鲞@樣的洪水，仍然承受著被淹沒的風(fēng)險;而重現(xiàn)期為20 a的蓄滯洪區(qū)，僅僅負(fù)責(zé)緩滯20 a一遇及以下洪水，超過時，就有漫溢潰堤的可能，只要出現(xiàn)漫溢或潰堤，蓄滯洪區(qū)內(nèi)所遭受的淹沒風(fēng)險立即會相應(yīng)減免。從這一角度分析，得出的結(jié)論是:蓄滯洪區(qū)的運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)越高，淹沒風(fēng)險度越大，其數(shù)值以基本風(fēng)險度公式中的第1項(xiàng)來表示:

運(yùn)用重現(xiàn)期對基本風(fēng)險度的反映具有雙重作用。除了上述正比例關(guān)系外，隨運(yùn)用重現(xiàn)期的增大，基本風(fēng)險度會減小。比如，以相同的淹沒水深為條件進(jìn)行比較，20 a一遇低標(biāo)準(zhǔn)的蓄滯洪區(qū)，遇20 a一遇這樣的洪水，將達(dá)到指定的淹沒水深;而50 a一遇高標(biāo)準(zhǔn)的蓄滯洪區(qū)，遇到50 a一遇的洪水，其淹沒才達(dá)到指定的深度。從該種意義上分析，得到的結(jié)論是:隨運(yùn)用重現(xiàn)期的增加，基本風(fēng)險度減小?；撅L(fēng)險度與運(yùn)用重現(xiàn)期呈反比例關(guān)系。這一特征的反映，用基本風(fēng)險度公式中的第2項(xiàng)來表示:

第3項(xiàng)是基本風(fēng)險度與啟用重現(xiàn)期的關(guān)系?；撅L(fēng)險度與啟用重現(xiàn)期呈反比例關(guān)系，啟用重現(xiàn)期越小，啟用的幾率越高，基本風(fēng)險度越大，同時，該項(xiàng)風(fēng)險度還與淹沒水深成正比例關(guān)系，但是，這里采用的是0.5倍的水深，這是因?yàn)閯倓倖⒂脮r，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)洪水對應(yīng)的最大淹沒水深，所以做了相應(yīng)的折減。第3項(xiàng)基本風(fēng)險度與水深及啟用重現(xiàn)期的函數(shù)關(guān)系為:

以上3個公式中，C1、C2、C3為3個不同的系數(shù)，分別為1/100、20.0和10.0;H 為淹沒水深，m;Ty為運(yùn)用重現(xiàn)期，a;Tq為啟用重現(xiàn)期，a。

據(jù)此可計算出各個因素的部分指標(biāo)對應(yīng)的基本風(fēng)險度數(shù)值。

從目前來看，全國規(guī)劃和各處蓄滯洪區(qū)都有現(xiàn)成的運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)條件下的《最大淹沒水深等值線圖》，只要采集到某一局部區(qū)域的淹沒水深(H)數(shù)據(jù)，再調(diào)查出本滯洪區(qū)的啟用幾率，就可查出各個局部區(qū)域的分項(xiàng)基本風(fēng)險度數(shù)值，將3個數(shù)值相加，就可得到基本風(fēng)險度(Rj)的值。

3.2 風(fēng)險度R的計算

風(fēng)險度R的計算，就是以基本風(fēng)險度為基礎(chǔ)，進(jìn)行一次修正，其修正的依據(jù)是淹沒歷時。R與Rj的關(guān)系式為:R=φ*Rj

根據(jù)調(diào)查與分析，當(dāng)淹沒歷時約為10 d時，風(fēng)險度與基本風(fēng)險度相當(dāng)，修正系數(shù)φ約等于1.0;當(dāng)淹沒歷時達(dá)到50 d時，風(fēng)險度將增加80%，當(dāng)淹沒歷時達(dá)到90 d時，風(fēng)險程度將增加到3倍。按此調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，修正系數(shù)φ與淹沒歷時(t)呈二次函數(shù)關(guān)系。經(jīng)推算，其關(guān)系方程為:

式中:φ為修正系數(shù);t淹沒歷時(d);a、b、c為常數(shù)，分別為1/8000、1/80和69/80。

每個蓄滯洪區(qū)在利用二維不恒定流進(jìn)行洪水演進(jìn)模擬計算，進(jìn)而繪制淹沒等值線圖時，都有水位變化過程，這樣可以根據(jù)水位的變化歷程和所選局部區(qū)域的地勢高程，很容易地推算出局部區(qū)域淹沒歷時(t)天數(shù)，這樣就可以利用式(4)進(jìn)一步計算出φ的值，進(jìn)而計算出不同蓄滯洪區(qū)，乃至不同局部區(qū)域的風(fēng)險度R的數(shù)值。

4 應(yīng)用前景

該方法可以在流域綜合規(guī)劃、流域防洪規(guī)劃、蓄滯洪區(qū)安全建設(shè)模式擬定、安全建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施安排等方面得到應(yīng)用。具體如下:①可以比較兩個及其以上蓄滯洪區(qū)的風(fēng)險度的高低，從而確定哪個蓄滯洪區(qū)的安全建設(shè)更為迫切;②可以對蓄滯洪區(qū)進(jìn)行風(fēng)險區(qū)劃，將整個蓄滯洪區(qū)劃分為重度風(fēng)險區(qū)、中度風(fēng)險區(qū)和輕度風(fēng)險區(qū)［3，4］。下面以兩個算例說明計算方法的應(yīng)用前景。

(1)比較兩個蓄滯洪區(qū)的風(fēng)險高低。從每個蓄滯洪區(qū)范圍內(nèi)，選擇能夠代表本蓄滯洪區(qū)的典型區(qū)域，之后，采集風(fēng)險因素數(shù)據(jù)。如前述的A區(qū)和B區(qū)，經(jīng)計算可得:

經(jīng)風(fēng)險度數(shù)值計算后比較，B區(qū)的風(fēng)險高于A區(qū)。

(2)蓄滯洪區(qū)的風(fēng)險區(qū)劃。以選定蓄滯洪區(qū)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的淹沒等直線圖為基礎(chǔ)，以不同淹沒水深區(qū)為局部區(qū)域，進(jìn)行風(fēng)險度計算;之后，按風(fēng)險度評判標(biāo)準(zhǔn):即 R ＞6.0為重度風(fēng)險區(qū)，3.0 ＜R ＜6.0為中度風(fēng)險區(qū)，R＜3.0為輕度風(fēng)險區(qū)。風(fēng)險區(qū)劃定以后，可向社會公布，告知當(dāng)?shù)厝罕?，指?dǎo)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)開發(fā)，也可按區(qū)劃所劃定區(qū)域分別擬定安全建設(shè)模式。

［1］水利部.全國蓄滯洪區(qū)建設(shè)與管理規(guī)劃［R］.北京:水利部，2009.

［2］水利部海河水利委員會.海河流域蓄滯洪區(qū)建設(shè)與管理規(guī)劃(報批稿)［R］.天津:水利部海河水利委員會，2010.

［3］陳敬學(xué)，張東瀛，劉思清.蓄滯洪區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展途徑探討［J］.海河水利，2006，(1):28 －29.

［4］劉思清，楊至安，于翚.對海河流域蓄滯洪區(qū)安全建設(shè)適宜設(shè)施的探討［J］.海河水利，2005，(3):26－28.