賈俊杰，于得萬，丁 曼

（1.中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安710065；2.吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院,吉林 長春 130021）

1 區(qū)域概況

松花江發(fā)源于吉林省東南部的長白山主峰白頭山天池，縱貫吉林省中部24 個市縣（區(qū)）。流域地處寒溫帶季風氣候區(qū)，大陸性氣候特點非常明顯，冬季寒冷漫長，夏季炎熱多雨，春季干燥多風，秋季很短，年內(nèi)溫差較大，多年平均氣溫在3～5℃，年平均降水量600 mm 左右，降雨多出現(xiàn)在季風控制的夏季7、8月份，汛期6～9月份的降水量占全年的70%以上。

這次洪水風險圖編制范圍為松花江（豐滿水庫至三岔河口段）左、右岸兩處防洪保護區(qū)。其中，左岸防洪保護區(qū)的面積為3 535 km2，區(qū)間有溫德河、鰲龍河、沐石河和飲馬河等較大支流匯入。松花江干流上游來水控制站主要有豐滿水庫站和扶余站等水文測站，支流控制站主要有口前站、德惠站以及農(nóng)安站等水文測站。右岸防洪保護區(qū)的面積為1 570 km2，有牛亡牛河和團山子河等較大支流匯入。松花江干流上游來水控制站有豐滿水庫站和扶余站等水文測站，支流控制站有五家子水文測站。

2 編制思路

洪水風險圖編制工作主要包括基本資料收集整理、洪水分析、洪水影響分析、避險轉(zhuǎn)移分析、洪水風險圖繪制等幾項內(nèi)容?；A(chǔ)資料采用能反映現(xiàn)狀情況的最新資料，設(shè)計洪水充分利用最新且可靠的設(shè)計成果，應(yīng)用水力學方法模擬河道和淹沒區(qū)的洪水演進過程，以圖示的形式顯示風險區(qū)的淹沒水深、最大流速等風險指標。

3 洪水分析模型

3.1 模型簡介

由于這次分析范圍內(nèi)河道普遍較寬、地形十分復雜，采用一維水力學方法和一二維耦合方法在模擬河道洪水和漫溢洪水時很難達到預期目的。通過綜合分析，最終確定這次分析范圍內(nèi)的水力計算統(tǒng)一按二維水力學的方法進行，計算分析軟件采用DHI Mike 21。

從國家防辦公布的《重點地區(qū)洪水風險圖編制項目軟件名錄》中選取MIKE 軟件建立洪水分析模型，利用實測資料對模型進行率定驗證，根據(jù)擬定的計算方案進行洪水分析計算，分析計算結(jié)果，得到洪水前鋒到達時間、洪水淹沒歷時、最大淹沒水深等風險信息。洪水分析流程見圖1。

3.2 二維水流模型建立

描述水流運動的二維非恒定流方程，由水流連續(xù)性方程和水流沿x 方向的動量方程及水流沿y 方向的動量方程所組成。

圖1 洪水分析流程圖

式中：t——時間，單位為s；n——曼寧糙率系數(shù)；x，y——直角坐標系的橫、縱坐標，單位以m 計；u，v——x、y 方向的流速分量，單位取m/s；z，h——（x，y）處的水位與水深，單位為m方向的水流運動阻力。

方程（1）、（2）、（3）運用交替方向隱式方法（ADI 法），將空間二維間題分成兩個相互作用的一維問題，將一個計算時段一分為二，前半個時段將與y 方向有關(guān)的因變量看成是已知值，x 方向按一維問題采用隱式差分格式求解，后半個時段將與x 方向有關(guān)的因變量看成是已知值，y 方向按一維問題采用隱式差分格式求解。二維模型計算流程見圖2。

圖2 二維模型計算流程圖

4 洪水風險圖編制

根據(jù)《洪水風險圖編制導則》規(guī)定，江河湖泊洪水風險圖按河段或堤防等分別編制，依據(jù)洪水風險分析提供的信息，在1∶10 000DEM 電子圖上以行政區(qū)劃圖、地形圖、水系圖、防洪工程分布圖為基礎(chǔ)的工作底圖上，繪制不同頻率洪水的淹沒范圍和特征點水深等洪水風險信息[4]。

這次風險圖繪制采用中國水利水電科學研究院開發(fā)的基于GIS[5-7]的“洪水風險圖繪制系統(tǒng)”。根據(jù)《洪水風險圖編制導則》的要求，圖形數(shù)據(jù)統(tǒng)一采用中國大地坐標系統(tǒng)2000（CGCS2000）、高斯-克呂格投影，高程統(tǒng)一采用1985 國家高程基準，圖形數(shù)據(jù)采用*.shp 格式。

“洪水風險圖繪制系統(tǒng)”能夠利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和相應(yīng)的水工數(shù)據(jù)，并結(jié)合風險統(tǒng)計數(shù)據(jù)，利用空間差值等數(shù)學方法，為系統(tǒng)用戶提供包括淹沒范圍在內(nèi)的五種專題風險圖的流程化制圖功能，專題風險圖制圖流程見圖3。

將洪水風險圖繪制所需信息納入洪水風險圖繪制系統(tǒng)，以基礎(chǔ)地理信息地圖為工作底圖，繪制基本洪水風險圖。內(nèi)容包括：淹沒范圍圖、洪峰到達時間分布圖、淹沒水深分布圖、淹沒歷時分布圖等?；撅L險圖圖幅要求A0，A3 全圖、1∶10 000 標準圖幅。

5 結(jié) 語

研究采用水庫潰壩洪水計算模型及二維水力學模型進行水庫潰壩洪水分析，使用洪水風險圖繪制系統(tǒng)，實現(xiàn)了洪水風險圖的編制。應(yīng)用結(jié)果表明，該洪水風險圖編制方法合理可行，此方法編制的吉林省松花江防洪保護區(qū)洪水風險圖，可為吉林省防汛部門制訂科學合理的防洪調(diào)度方案和避險轉(zhuǎn)移措施，提供科學依據(jù)和技術(shù)支持。但是，從吉林省洪水風險圖編制的研究中也發(fā)現(xiàn)了如下問題：

圖3 專題風險圖制圖流程圖

1）堤防潰決位置、潰口寬度及其隨時間變化過程的選擇對洪水分析結(jié)果有明顯影響，因此洪水風險分析結(jié)果存在一定的不確定性。

2）淹沒區(qū)地形資料的精度對洪水分析結(jié)果影響較大，在進行洪水風險分析時，必須購置高精度DEM 數(shù)據(jù)、1∶10 000 電子地形圖和0.5 m 分辨率遙感影像圖（DOM）可顯著提高成果精度。

3）在進行二維水流計算時，剖分的網(wǎng)格大小對計算結(jié)果及精度有明顯影響，網(wǎng)格的大小應(yīng)能基本反映研究區(qū)不同類型下墊面地形特點為標準，網(wǎng)格剖分越小，計算精度越高。

［1］ 國家防汛抗旱總指揮部辦公室.洪水風險圖編制導則［K］.北京：國家防汛抗旱總指揮部辦公室，2010.

［2］ 曹東，金東春.洪水風險圖及其作用［J］.東北水利水電，1998（8）：8-10.

［3］ 王軍，梁忠民，施曄. 基于GIS 的水庫洪水風險圖編制［J］. 河海大學學報（自然科學版），2010（1）：20-25.

［4］ 陳浩，仇勁衛(wèi)，王艷艷. 北江大堤保護范圍洪水風險圖的制作與應(yīng)用［J］. 水利水電技術(shù)，2000（7）：38-43.

［5］ 李娜. 基于GIS 的洪災(zāi)風險管理系統(tǒng)［D］. 北京：中國水利水電科學研究院,2002.

［6］ 王靜，王軍，梁忠民. 基于GIS 的連云港市區(qū)城市洪水風險圖管理系統(tǒng)研究［C］//高丹盈，左其亭. 中國水論壇第四屆學術(shù)研討會論文集，北京：中國水利水電出版社，2006：1112-1116.

［7］ 梁忠民，王軍，施曄. 基于GIS 技術(shù)的江河洪水風險圖編制［J］. 中國防汛抗旱，2009（1）：54-57.