趙彤彬　陳小龍（1.陜西水環(huán)境工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院陜西西安710018；2.西安迪飛科技有限責(zé)任公司陜西西安710018）

中小河流一維洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制概述

趙彤彬陳小龍
（1.陜西水環(huán)境工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院陜西西安710018；2.西安迪飛科技有限責(zé)任公司陜西西安710018）

筆者通過參與《陜西省洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制》項(xiàng)目，對(duì)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制工作的意義和方法有了粗淺的認(rèn)識(shí)和了解。洪水風(fēng)險(xiǎn)圖作為防洪減災(zāi)的重要技術(shù)支撐，是制定流域防洪規(guī)劃、開展防汛搶險(xiǎn)救災(zāi)和洪水保險(xiǎn)等工作的重要依據(jù)。本文就國(guó)內(nèi)外洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制工作的發(fā)展歷程及實(shí)際編制過程中的技術(shù)問題進(jìn)行簡(jiǎn)要回顧和分析，以求強(qiáng)化洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制技術(shù)和管理人員對(duì)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的認(rèn)識(shí)，為其具體工作提供參考。

中小河流；洪水風(fēng)險(xiǎn)圖；編制；概述

1　國(guó)內(nèi)外洪水風(fēng)險(xiǎn)圖發(fā)展歷程

1.1國(guó)外洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制概述

美國(guó)、歐洲、日本等國(guó)家和地區(qū)編制的洪水風(fēng)險(xiǎn)圖已經(jīng)在洪水保險(xiǎn)、洪泛區(qū)管理、國(guó)土開發(fā)、公眾應(yīng)急避險(xiǎn)等方面發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

20世紀(jì)70年代，美國(guó)在國(guó)家洪水保險(xiǎn)計(jì)劃的推動(dòng)下，開始繪制洪水風(fēng)險(xiǎn)圖。美國(guó)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的主要應(yīng)用目標(biāo)是開展洪水保險(xiǎn)，因此“洪水保險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)”是風(fēng)險(xiǎn)圖的主要內(nèi)容，主要用于確定某一社區(qū)內(nèi)財(cái)產(chǎn)的保險(xiǎn)費(fèi)率，也被稱為“保險(xiǎn)費(fèi)率精算區(qū)”和“洪水保險(xiǎn)等級(jí)區(qū)”。

20世紀(jì)90年代末，日本、挪威、韓國(guó)等國(guó)家也相繼開展洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制工作［1］。日本洪水風(fēng)險(xiǎn)圖主要面向政府應(yīng)急管理機(jī)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(jìn)，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(shí)的避難場(chǎng)所、避難路徑和路徑上的危險(xiǎn)地點(diǎn)）。

在防洪減災(zāi)領(lǐng)域，針對(duì)不同應(yīng)用目標(biāo)，對(duì)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的應(yīng)用功能、風(fēng)險(xiǎn)信息的內(nèi)涵有不同的認(rèn)識(shí)，不同的定位，風(fēng)險(xiǎn)分析方法和技術(shù)手段也不盡相同。

1.2國(guó)內(nèi)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制概述

從20世紀(jì)80年代起，國(guó)內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)、省市和保險(xiǎn)公司就開始了洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的研究工作。分別繪制過為不同需求服務(wù)的洪水風(fēng)險(xiǎn)圖。在沈陽(yáng)、廣州、上海等城市開展過洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的研究，浙江省、福建省等省也開展過全省范圍的洪水風(fēng)險(xiǎn)圖制作［2］。

1997年初，國(guó)家防辦發(fā)出《關(guān)于抓緊完成制作洪水風(fēng)險(xiǎn)圖工作通知》，正式要求全國(guó)組織繪制洪水風(fēng)險(xiǎn)圖。隨后又以補(bǔ)充文件的形式，明確提出了編制我國(guó)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的3個(gè)步驟：第一步，根據(jù)歷史洪水資料勾畫出各流域洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域；第二步，進(jìn)行洪水?dāng)?shù)值模擬，據(jù)此畫出各流域精確的風(fēng)險(xiǎn)圖；第三步，利用微機(jī)建立各流域洪水動(dòng)態(tài)仿真模型，對(duì)洪水進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬管理［3］。

2010年6月，國(guó)家防辦主持發(fā)布了《洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制導(dǎo)則》（SL483-2010），以指導(dǎo)規(guī)范全國(guó)的洪水風(fēng)險(xiǎn)圖制作。2013年11月，水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院發(fā)布了《洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制技術(shù)細(xì)則》為編制洪水風(fēng)險(xiǎn)圖提供了技術(shù)指導(dǎo)。“十二五”期間，我國(guó)共投入資金13億元，開展了重點(diǎn)防洪區(qū)域的洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制工作，推進(jìn)了洪水風(fēng)險(xiǎn)圖在防汛指揮、避洪轉(zhuǎn)移、洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)土地管理等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。

2　洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制過程

《導(dǎo)則》對(duì)江河湖泊、蓄滯洪區(qū)、水庫(kù)、城市這四類洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制工作的原則、方法、成果圖示要求、管理平臺(tái)做出了規(guī)定，《技術(shù)細(xì)則》對(duì)編制的步驟、具體要求做出了說(shuō)明，用于指導(dǎo)、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(diǎn)河段洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制項(xiàng)目》中的某山丘區(qū)河道為例，對(duì)編制過程做以簡(jiǎn)要回顧。

2.1資料搜集

在項(xiàng)目開展初期，組織人員搜集了自然地理、水文及洪水、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、構(gòu)筑物及工程調(diào)度、洪澇災(zāi)害等資料，對(duì)其可靠性、合理性、一致性進(jìn)行了分析評(píng)估；同時(shí)，對(duì)河道斷面、下墊面變化顯著區(qū)域進(jìn)行了補(bǔ)充測(cè)量。

2.2洪水風(fēng)險(xiǎn)分析

洪水風(fēng)險(xiǎn)分析方法主要有三種：水文學(xué)方法、水力學(xué)方法、實(shí)際水災(zāi)法。

水文學(xué)方法適用于河道洪水計(jì)算（不含流域產(chǎn)流計(jì)算），可以得出淹沒范圍和淹沒水深風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)，該方法包括：洪水風(fēng)險(xiǎn)要素簡(jiǎn)易估計(jì)法，根據(jù)河道特征點(diǎn)同頻率水位向河道兩側(cè)外延，據(jù)此估計(jì)洪水要素，僅適用于水量小、山丘峽谷地球河流防洪保護(hù)區(qū)，是一種精度較低的方法；防洪保護(hù)區(qū)破堤淹沒洪水風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算方法，適用于防洪保護(hù)區(qū)破堤洪水淹沒計(jì)算，包括計(jì)算單元?jiǎng)澐?、?jì)算單元風(fēng)險(xiǎn)要素確定兩項(xiàng)內(nèi)容；簡(jiǎn)易破堤溢流計(jì)算方法，適用于堤防保護(hù)區(qū)破堤溢流淹沒計(jì)算與蓄滯洪區(qū)分洪淹沒計(jì)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(yàn)算模型法。

水力學(xué)方法分為一維水力學(xué)法、二維水力學(xué)法。其中，一維水力學(xué)法是基于圣維南方程實(shí)現(xiàn)了河道非恒定流的水動(dòng)力學(xué)模擬，二維水力學(xué)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(dòng)。隨著數(shù)值計(jì)算、計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，二維水動(dòng)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(shù)手段。

實(shí)際水災(zāi)法適合于風(fēng)暴潮、內(nèi)澇的洪水風(fēng)險(xiǎn)分析，重要河段或堤防段防洪工程失事后極端情況的風(fēng)險(xiǎn)分析，適用于利用水文學(xué)法、水力學(xué)法分析洪水風(fēng)險(xiǎn)時(shí)的參數(shù)率定和洪水風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果的校正。

（1）洪水分析計(jì)算

基于河道所在區(qū)域、地形地貌及《陜西省洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制項(xiàng)目2014年度實(shí)施方案》中的相關(guān)要求，該河道選用了國(guó)家防辦推薦的一維水力學(xué)法，HEC-RAS洪水分析軟件進(jìn)行計(jì)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(qiáng)大，可進(jìn)行各種涉水建筑物（如橋梁、涵洞、防洪堤、堰、水庫(kù)、塊狀阻水建筑物等）的水面線分析計(jì)算，同時(shí)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(jì)算后，對(duì)其計(jì)算結(jié)果經(jīng)過參數(shù)率定和成果驗(yàn)證，確保了計(jì)算結(jié)果的合理性。

（2）洪水風(fēng)險(xiǎn)分析

對(duì)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行圖層整理、數(shù)據(jù)增補(bǔ)、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(duì)研究區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化處理，并將各橫斷面水位按洪水頻率進(jìn)行外延，核定防洪保護(hù)區(qū)范圍，計(jì)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(píng)估

圖1-（a）　HEC-RAS計(jì)算結(jié)果橫斷面圖

圖1-（b）　HEC-RAS計(jì)算結(jié)果縱斷面圖

洪水影響與損失評(píng)估主要包括受影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)和洪災(zāi)經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估兩方面內(nèi)容。該項(xiàng)工作在經(jīng)過處理的地理信息數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用由中國(guó)水科院研制的損失評(píng)估軟件完成，基于GIS平臺(tái)統(tǒng)計(jì)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(jī)關(guān)、企事業(yè)單位及水利重要設(shè)施、受影響人口、受影響GDP等指標(biāo)；同時(shí)，通過分析出的損失率，對(duì)城鄉(xiāng)居民家庭財(cái)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(jì)損失進(jìn)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(fēng)險(xiǎn)及影響分析結(jié)果，結(jié)合搜集和現(xiàn)場(chǎng)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(xiǎn)區(qū)、轉(zhuǎn)移區(qū)/單元、避洪轉(zhuǎn)移路線、安置區(qū)/單元，并對(duì)避洪轉(zhuǎn)移方案進(jìn)行了專家咨詢。

2.5繪制洪水風(fēng)險(xiǎn)圖

按照《洪水風(fēng)險(xiǎn)圖制圖技術(shù)要求（試行）》的相關(guān)要求，在完成數(shù)據(jù)處理后，采用中國(guó)水科院研制的洪水風(fēng)險(xiǎn)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(duì)其進(jìn)行了后期優(yōu)化處理。2.6匯總集成

按照《洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制成果提交要求（試行）》的要求，對(duì)編制過程中的基礎(chǔ)資料、洪水分析模型工程、影響分析與損失評(píng)估工程、制圖工程、地圖數(shù)據(jù)庫(kù)及圖件成果、風(fēng)險(xiǎn)圖應(yīng)用業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)、報(bào)告文檔等內(nèi)容進(jìn)行了整理和統(tǒng)一提交，用于中國(guó)水科院研制的洪水風(fēng)險(xiǎn)圖管理與應(yīng)用系統(tǒng)FMAS。

3　結(jié)語(yǔ)

筆者通過參與《陜西省洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制項(xiàng)目》，不僅從中學(xué)到了很多洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制的知識(shí)，也總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)，以供大家參考。

（1）洪水分析計(jì)算模型和方法的選擇至關(guān)重要

洪水分析計(jì)算是洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制的核心及前提，準(zhǔn)確地計(jì)算模型和方法，才能保證風(fēng)險(xiǎn)及影響分析、避洪轉(zhuǎn)移分析、圖件繪制等工作的準(zhǔn)確性，必須對(duì)編制區(qū)域進(jìn)行細(xì)致分析，使用已由國(guó)家防辦測(cè)評(píng)過的、成熟的計(jì)算模型和方法進(jìn)行分析計(jì)算。

圖3　淹沒水深圖成果

（2）地理信息數(shù)據(jù)的時(shí)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(shí)效性不強(qiáng)，為保證準(zhǔn)確地還原地形，應(yīng)對(duì)研究區(qū)域內(nèi)地形數(shù)據(jù)進(jìn)行充分補(bǔ)測(cè)（測(cè)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(zhǔn)確性。

（3）強(qiáng)化洪水分析計(jì)算參數(shù)率定和驗(yàn)證工作

采用水力學(xué)法進(jìn)行洪水分析計(jì)算時(shí)，參數(shù)率定主要為糙率系數(shù)；對(duì)于洪水分析模型，原則上應(yīng)選取至少兩場(chǎng)實(shí)際洪水進(jìn)行驗(yàn)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(jì)算，將計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比較。比較指標(biāo)主要包括水位的絕對(duì)誤差和流量的相對(duì)誤差，判別標(biāo)準(zhǔn)的確定與基礎(chǔ)資料的精度和計(jì)算成果的用途有關(guān)［4］。

（4）洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的管理利用問題值得關(guān)注

全國(guó)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制項(xiàng)目已接近尾聲，洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的管理和利用值得我們關(guān)注。如何動(dòng)態(tài)的管理、更新風(fēng)險(xiǎn)圖，如何讓洪水風(fēng)險(xiǎn)圖指導(dǎo)防汛減災(zāi)、規(guī)范土地利用等工作，如何增強(qiáng)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖在基層單位可用性等問題，都值得我們關(guān)注。陜西水利

［1］馬建明，許靜，朱云楓，張偉兵.國(guó)外洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制綜述［J］.中國(guó)水利，2005（17）:29-31.

［2］李娜，向立云，程曉陶.國(guó)外洪水風(fēng)險(xiǎn)圖制作比較及對(duì)我國(guó)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖制作的建議［J］.水利發(fā)展研究，2005（6）:28-32.

［3］曹永強(qiáng)，黃林顯，苗迪，王微.我國(guó)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖繪制方法研究［J］.人民黃河，2008（8）:6-7.

［4］向立云.洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制若干技術(shù)問題探討［J］.中國(guó)防汛抗旱，2015，25（4）:1-7.

（責(zé)任編輯：暢妮）

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