苗　磊

(陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710018)

陜西省中小河流重點(diǎn)治理河段洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制與應(yīng)用探討

苗磊

(陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710018)

[摘要]對陜西省金陵河重點(diǎn)治理河段洪水風(fēng)險(xiǎn)模型構(gòu)建及洪水風(fēng)險(xiǎn)圖繪制進(jìn)行分析，估算其洪水損失，做出可行的避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移方案。在此工作基礎(chǔ)上，總結(jié)該河段可能的風(fēng)險(xiǎn)并提出合理建議，為陜西省中小河流重點(diǎn)治理河段洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制與應(yīng)用提供寶貴的參考意見。

[關(guān)鍵詞]中小河流；洪水風(fēng)險(xiǎn)圖；風(fēng)險(xiǎn)評估

1金陵河概況

金陵河屬渭河左岸一級支流，發(fā)源于隴山山脈南部的陳倉區(qū)新街鎮(zhèn)趙家山，干流自北向南流經(jīng)陳倉區(qū)新街鎮(zhèn)、縣功鎮(zhèn)、橋鎮(zhèn)、金臺(tái)區(qū)金河鎮(zhèn)、長壽鄉(xiāng)及寶雞市區(qū)，由寶雞卷煙廠西側(cè)注入渭河，全長55.0 km，河道平均比降7.4‰，總流域面積427.1 km2。金陵河流域上游三條較大的一級支流為司川河、龍渠溝和窯溝，均分布于金陵河右岸，流域圖見圖1。其中洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制范圍為金陵河縣功鎮(zhèn)～金陵河入渭口段，河段長26.1 km。

圖1　金陵河流域水系圖

2洪水來源及遭遇分析

金陵河流域的洪水主要由暴雨形成，并有明顯的季節(jié)變化，多集中在7-9月。流域上段形狀為扇形，2條主要支流控制流域面積為332 km2，占總流域面積的78%，中下段流域形狀為窄長型，流域平均寬度為3.65 km。利用暴雨資料并結(jié)合流域形態(tài)分析得出：流域上游位于暴雨中心，且流域面積占全流域面積比例高，在縣功鎮(zhèn)匯流后，流域下段降雨量和集水面積減少，對洪峰流量增加有限，加之流域?yàn)檎L型，河道有一定槽蓄作用，存在降低洪峰流量的可能。因此，金陵河流域的洪水主要來源于上游。

對于洪水遭遇分析：支流金陵河入渭口段洪水遭遇按以金陵河支流為主(遭遇渭河干流洪水)和以渭河干流洪水(遭遇金陵河支流洪水)兩種情況考慮，按實(shí)際發(fā)生洪水分析洪水遭遇問題，通過調(diào)查金陵河近80年6場調(diào)查洪水最大洪峰(其中1988年洪水為最大調(diào)查洪水，重現(xiàn)期定義為80年)和渭河干流林家村站相應(yīng)的年最大洪峰進(jìn)行分析得出：金陵河入渭口段支流金陵河200 a一遇洪水遭遇渭河干流20 a一遇洪水，支流金陵河100 a一遇洪水遭遇渭河干流10 a一遇洪水，支流金陵河50 a一遇洪水遭遇渭河干流5 a一遇洪水。

3洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制總體構(gòu)思

洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制需要經(jīng)歷以下幾個(gè)步驟：區(qū)域調(diào)查與風(fēng)險(xiǎn)概況分析、風(fēng)險(xiǎn)因子辨識(shí)、基礎(chǔ)資料的收集與處理、洪水風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)制圖等。同時(shí)還形成了一套完整的洪水風(fēng)險(xiǎn)信息管理系統(tǒng)，可進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)信息查詢、損失評估、搶險(xiǎn)與避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移方案設(shè)計(jì)等，以服務(wù)于防洪減災(zāi)決策需要。

(2)制定計(jì)算方案，根據(jù)流域特點(diǎn)和已有成果，進(jìn)行洪水來源分析和設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，結(jié)合洪水量級設(shè)定計(jì)算方案。

(3)洪水分析計(jì)算，采用水力學(xué)方法進(jìn)行洪水分析，并對模型進(jìn)行率定和驗(yàn)證。

(4)根據(jù)洪水分析結(jié)果，進(jìn)行洪水影響與損失估算分析。

(5)避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移分析，根據(jù)洪水影響分析結(jié)果和當(dāng)?shù)胤姥搭A(yù)案，制定避洪轉(zhuǎn)移方案，確定避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移人員、安置場所和轉(zhuǎn)移線路。

(6)按照《洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制導(dǎo)則》、《洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制技術(shù)細(xì)則》要求，繪制洪水風(fēng)險(xiǎn)圖，提交編制成果。

4模型構(gòu)建

4.1模型構(gòu)建方法

對于金陵河重點(diǎn)治理河段洪水風(fēng)險(xiǎn)圖分析，河道采用一維水力學(xué)模型，保護(hù)區(qū)采用二維水力學(xué)模型。二維水力學(xué)模型均采用中國水利水電科學(xué)研究院研發(fā)的洪水分析系列軟件。其基本原理為：

連續(xù)方程：

“收藏歷史記憶，傳承紅色文化?！崩罱骱退睦习椋刻煸谶@里打理。門票5元一張，學(xué)生票1元。70歲以上老人及復(fù)轉(zhuǎn)軍人、殘疾人免費(fèi)。李建明已在大泉山村買下了房子，他的后半生，要與大泉山東方紅展覽館連在一起了。

動(dòng)量方程：

q為單位面積的源匯強(qiáng)度；H為水深；Z為水位；u和v分別為垂向平均流速在x與y方向的分量；n為糙率；g為重力加速度；vT為水流湍動(dòng)擴(kuò)散系數(shù)；f0=2ω0sinψ為科氏力系數(shù)，ω0為地球自轉(zhuǎn)角速度，ψ為計(jì)算區(qū)域的地理緯度；ρ為水流密度；u0、v0分別為水深平均源匯速度在x、y方向的分量；τsx和τsy分別表示x、y方向的水面風(fēng)應(yīng)力。計(jì)算過程中根據(jù)實(shí)際情況可以對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行適當(dāng)簡化忽略風(fēng)應(yīng)力、地球科氏力的影響。

4.2邊界條件的確定與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理

4.2.1潰口設(shè)置及流量過程

潰口設(shè)置：主要考慮河道險(xiǎn)工險(xiǎn)段、砂基砂堤、穿堤建筑物、堤防潰決后洪災(zāi)損失較大等情況。根據(jù)“最可能”、“最不利”和“代表性”三個(gè)原則?！白羁赡堋睗⒖谶x取以臨水堤防的險(xiǎn)工險(xiǎn)段主，由于這些位置的堤防比較薄弱，最有可能在洪水的作用下，造成工程失事而形成潰口；“最不利”潰口選取重要的城鎮(zhèn)、工商業(yè)所處位置的堤防段，可以由此預(yù)估出最嚴(yán)重的災(zāi)害影響，即影響大；“代表性”潰口可以選取以前發(fā)生過潰口的位置，即歷史出險(xiǎn)位置。最終確定金陵河潰口2處(金陵河渡槽左岸和右岸)。

潰口流量：采用側(cè)堰流量公式計(jì)算，采用《水力計(jì)算手冊》中的側(cè)堰公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

式中：Q為側(cè)堰流量； m為流量系數(shù)；v1、h1、H1為側(cè)堰首端河渠斷面的平均流速、水深和堰頂水頭；α、b為入流角度、堰寬。

河道內(nèi)洪水位采用一維水力學(xué)模型計(jì)算，河道外保護(hù)區(qū)采用二維水力學(xué)模型計(jì)算，通過潰口處的側(cè)堰流量建立一、二維聯(lián)系。

4.2.2糙率的確定

河道一維模型糙率根據(jù)工程斷面河床組成、河段特征，并參考臨近流域水文站實(shí)測洪水糙率。經(jīng)綜合分析，確定工程上段(縣功鎮(zhèn)至秦家河大橋段)的河道糙率采用0.035，工程下段(秦家河大橋至入渭口段)的河道糙率采用0.033。

二維水動(dòng)力模型中糙率，利用地形圖，并結(jié)合現(xiàn)場查勘情況，考慮區(qū)域內(nèi)地形、地貌、植被狀況，根據(jù)《洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制技術(shù)細(xì)則》、《水力計(jì)算手冊》等資料確定縣功鎮(zhèn)-秦家河橋農(nóng)防段糙率采用0.05，秦家河橋-入渭口段城區(qū)段糙率采用0.06。

4.2.3主要建筑物概化處理

(1)城區(qū)建筑物概化：對于城鎮(zhèn)建筑物密集林立，較難按實(shí)體一一概化，本次根據(jù)高精度遙感圖片及現(xiàn)場考察，對城鎮(zhèn)內(nèi)建筑物進(jìn)行分片模擬，即把較密集的建筑物作為一整體考慮，賦以相應(yīng)的糙率，使其起阻水作用，同時(shí)又有較小的流速經(jīng)過，起到蓄水作用。

(2)道路概化：城區(qū)道路為保護(hù)區(qū)內(nèi)洪水的主要通道，本次將城市主干道、主要交通要道等道路的糙率取值小于保護(hù)區(qū)糙率對道路進(jìn)行簡單概化處理。其中道路糙率取值0.04，保護(hù)區(qū)糙率為0.06。

(3)橋梁概化：本次金陵河風(fēng)險(xiǎn)圖涉及縣功鎮(zhèn)至入渭口段共有橋梁26座，其中漫水橋3座。按照上下游河段特性，上段流速大、主槽窄深，下游河道主槽寬淺，流速相對較小，將河段分為上、中、下段。按橋梁類型區(qū)分，漫水橋阻水面積大，對河道壅水偏高，普通公路板橋，河道內(nèi)橋柱有一定阻水作用，對河道壅水偏低。按上述原則結(jié)合以往橋梁壅水計(jì)算成果對金陵河風(fēng)險(xiǎn)圖涉及范圍內(nèi)橋梁壅水計(jì)算概化處理。經(jīng)概化后，一般橋梁上段壅水高度取0.20～0.60 m，中段壅水高度取0.15～0.40 m，下段壅水高度取0.10～0.30 m。漫水橋壅水高度較一般橋梁有所增加。

5計(jì)算成果及風(fēng)險(xiǎn)要素分析

5.1計(jì)算方案與結(jié)果

5.1.1計(jì)算方案

根據(jù)金陵河的洪水來源、洪水量級分析、洪水組合方式、潰口設(shè)置、洪水頻率等情況，結(jié)合河道實(shí)際情況，本次共設(shè)置計(jì)算方案9個(gè)，詳見表1。

表1　金陵河洪水計(jì)算方案設(shè)置表

5.1.2計(jì)算結(jié)果

根據(jù)金陵河各方案洪水分析計(jì)算成果，比較分析不同計(jì)算方案的洪水風(fēng)險(xiǎn)信息。金陵河不同洪水量級淹沒面積統(tǒng)計(jì)見表2。

表2　金陵河防洪保護(hù)區(qū)淹沒面積匯總表

由表2可知，當(dāng)金陵河發(fā)生5 a、10 a、20 a、50 a、100 a一遇洪水時(shí)，淹沒面積分別為0.45、0.6、0.76、4.62、5.66 km2，淹沒水深分別為1.06、1.17、1.31、1.44、1.57 m，其中5 a、10 a、20 a一遇洪水基本不出槽，淹沒面積主要為河道行洪面積，50 a、100 a一遇洪水會(huì)出現(xiàn)漫溢，一維計(jì)算淹沒兩岸保護(hù)區(qū)面積分別為1.02、1.25 km2，其中上河西村和玉池村地勢較低，是遭受洪水淹沒風(fēng)險(xiǎn)較高的區(qū)域； 100 a一遇洪水發(fā)生潰口時(shí)，渡槽左岸影響范圍比右岸大，再者，根據(jù)實(shí)測地形圖可以看出，金陵河渡槽下游左岸地勢低，右岸地勢高，二維計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際情況，計(jì)算結(jié)果比較合理。由此可見，隨著洪水量級的增大，金陵河洪水淹沒范圍增大，淹沒水深也增大，洪水演進(jìn)距離更遠(yuǎn)，地勢較低的保護(hù)區(qū)遭受洪水淹沒風(fēng)險(xiǎn)更高。

5.2風(fēng)險(xiǎn)要素分析

根據(jù)淹沒范圍及淹沒水深分析結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：

(1)金陵河上游農(nóng)防段防洪體系不完善，防洪標(biāo)準(zhǔn)為10 a和20 a洪水，當(dāng)發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)，洪水在部分堤防段將漫堤，淹沒兩岸耕地及少數(shù)居民地，地方防汛部門應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)的防汛措施。

(2)金陵河下游寶雞市城區(qū)段防洪工程防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇洪水，但部分堤防為多次加高培厚建成，加之橋面雍水的影響，部分堤防可能發(fā)生潰口，寶雞市城區(qū)位于金陵河兩岸，一旦發(fā)生潰口，洪水會(huì)很快淹沒部分城市區(qū)域，造成巨大的危險(xiǎn)及損失，建議加強(qiáng)堤防險(xiǎn)工險(xiǎn)點(diǎn)的防守，并對堤防薄弱地帶進(jìn)行除險(xiǎn)加固治理。

表3　金陵河防洪保護(hù)區(qū)100 a一遇不同淹沒水深經(jīng)濟(jì)損失統(tǒng)計(jì)表　萬元

6洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的應(yīng)用

6.1損失評估

損失估算采用的方法為損失率法，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)地調(diào)查、歷史洪災(zāi)統(tǒng)計(jì)資料、收集相關(guān)企業(yè)資產(chǎn)損失等分類確定損失率。

損失估算時(shí)主要考慮的資產(chǎn)分類：家庭財(cái)產(chǎn)、房屋價(jià)值(農(nóng)村房屋和城市房屋分開估算)、最小單元農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值、種植業(yè)總產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)的工業(yè)產(chǎn)值、流動(dòng)資產(chǎn)和固定資產(chǎn)、第三產(chǎn)業(yè)的固定資產(chǎn)、流動(dòng)資產(chǎn)和主營收入。

根據(jù)影響區(qū)內(nèi)各類經(jīng)濟(jì)類型和洪災(zāi)損失率關(guān)系，按下式計(jì)算洪災(zāi)經(jīng)濟(jì)損失：

式中：Wij為估算單元在第j級水深的第i類財(cái)產(chǎn)的價(jià)值，η(i,j)為第i類財(cái)產(chǎn)在第j級水深條件下的損失率。

本次損失估算以淹沒水深為主要統(tǒng)計(jì)參數(shù)，水深等級為0.5 m以下，0.5～1.0 m之間，1.0～2.0 m之間，2.0～3.0 m之間，3.0 m以上五個(gè)等級。根據(jù)水

深等級統(tǒng)計(jì)金陵河不同水深下的家庭財(cái)產(chǎn)損失、工業(yè)損失、道路損失等。計(jì)算結(jié)果如表3。

6.2避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移

避洪轉(zhuǎn)移主要內(nèi)容包括：危險(xiǎn)區(qū)及轉(zhuǎn)移單元的確定、資料收集與現(xiàn)場調(diào)查、避洪人口分析、避洪方式選擇、安置區(qū)劃定、轉(zhuǎn)移線路確定以及檢驗(yàn)核實(shí)。避洪轉(zhuǎn)移方案制定主要包括：避洪轉(zhuǎn)移人口分析、避洪方式選擇、安置場所劃定以及轉(zhuǎn)移路線確定。

對于防洪保護(hù)區(qū)，選取洪水分析中現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)所對應(yīng)量級以及最大量級洪水所有計(jì)算方案的淹沒范圍疊加，得到的外包范圍作為避洪區(qū)域。

金陵河避洪轉(zhuǎn)移最小單元為行政村，通過淹沒水深、淹沒范圍、洪水到達(dá)時(shí)間等確定分批次轉(zhuǎn)移的對象；對農(nóng)防段可根據(jù)洪水發(fā)生的工況將居民轉(zhuǎn)移到安置場所，對城區(qū)段可根據(jù)洪水歷時(shí)、到達(dá)時(shí)間、淹沒水深確定部分可就地避洪。避洪轉(zhuǎn)移線路選擇應(yīng)遵循路網(wǎng)數(shù)據(jù)完備、具備道路通量信息、最短路徑原則。

7結(jié)語

本文結(jié)合陜西省金陵河重點(diǎn)治理河段洪水風(fēng)險(xiǎn)圖制作和應(yīng)用試點(diǎn)研究工作，較為系統(tǒng)地闡述了制作洪水風(fēng)險(xiǎn)圖，特別是模型構(gòu)建的技術(shù)和方法，提供了一種可供借鑒和推廣的洪水風(fēng)險(xiǎn)圖制作模式標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)伴隨著洪水風(fēng)險(xiǎn)信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，為我省洪水風(fēng)險(xiǎn)圖計(jì)劃的全面開展奠定了一定的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]全國重點(diǎn)地區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制項(xiàng)目組．洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制技術(shù)大綱．北京.2014.

[2]陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計(jì)研究院．金陵河重點(diǎn)河段洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制項(xiàng)目成果報(bào)告．西安.2016.

[3]全國重點(diǎn)地區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制項(xiàng)目組．洪水風(fēng)險(xiǎn)圖制圖技術(shù)要求(試行)．北京.2014.

[4]全國重點(diǎn)地區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制項(xiàng)目組．洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制成果提交要求(試行)．北京.2014.

[收稿日期]2016-03-14

[作者簡介]苗磊(1976-)，女，河北邯鄲人，高級工程師，主要從事水文水資源研究工作。

[中圖分類號(hào)]TV122

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)03-0189-03