張溪

摘 要：以洪水風(fēng)險(xiǎn)分析和制圖為基礎(chǔ)的非工程性洪水損失預(yù)防措施在近年來受到了越來越多的關(guān)注，本文主要介紹了利用水文學(xué)和水力學(xué)法來繪制洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的原理及過程，使讀者對(duì)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖有大致了解。

關(guān)鍵詞：風(fēng)險(xiǎn)；二維模型；淹沒狀況

隨著洪水位明顯偏高，大洪水顯著偏多，對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境影響日益嚴(yán)重，水災(zāi)害問題受到廣泛關(guān)注。為了減少洪水損失，需要進(jìn)行防洪整治，目前國(guó)際上將防洪整治措施通常分為兩大類，一類是工程性措施，一類是非工程性措施。由于工程性措施花費(fèi)高、建設(shè)困難、可能帶來未知的危險(xiǎn)這些缺點(diǎn)，我們?cè)陬A(yù)防洪水損失方面越來越多的注重非工程措施，它包括洪水預(yù)報(bào)、發(fā)布洪水警報(bào)、劃定泛洪區(qū)、洪水保險(xiǎn)等措施。非工程性措施由于其費(fèi)用小、作用大的特點(diǎn)被愈來愈多的使用。洪水風(fēng)險(xiǎn)圖作為非工程措施的基礎(chǔ)，是非常重要的環(huán)節(jié)。我們重點(diǎn)介紹文學(xué)和水力學(xué)法來繪制洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的原理及過程。

1 洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的概念

洪水風(fēng)險(xiǎn)是由于洪水影響因素眾多和人類對(duì)自然界認(rèn)知的局限性，目前無法預(yù)知未來洪水發(fā)生的確切時(shí)間和真實(shí)過程。針對(duì)某一風(fēng)險(xiǎn)的洪水，分析和計(jì)算洪水淹沒的區(qū)域及相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失，并按一定的規(guī)格在流域地形圖上描繪和標(biāo)明便得出洪水風(fēng)險(xiǎn)圖。

因此可以定義，洪水風(fēng)險(xiǎn)圖是對(duì)可能發(fā)生的超標(biāo)準(zhǔn)洪水的洪水演進(jìn)路線、到達(dá)時(shí)間、淹沒水深、淹沒范圍及流速大小等過程特征進(jìn)行預(yù)測(cè)，以標(biāo)示洪泛區(qū)內(nèi)各處受洪水災(zāi)害的危險(xiǎn)程度的一種重要的防洪非工程措施。

2 洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的意義

（1）根據(jù)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖，防汛人員可對(duì)重大洪災(zāi)發(fā)生的原因和可能后果做到胸中有數(shù)，進(jìn)行合理的水情調(diào)度，防患于未然。

（2）合理制定防洪指揮方案，避免臨危出亂，可以迅速作出正確搶險(xiǎn)救災(zāi)方案，將洪水災(zāi)情減小到最低程度。

（3）合理確定需要避災(zāi)的對(duì)象，避災(zāi)的目的地及路線。

（4）合理評(píng)價(jià)各項(xiàng)防洪措施的經(jīng)濟(jì)效益。

（5）合理確定不同風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的不同防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。

（6）合理估計(jì)洪災(zāi)損失，為防洪保險(xiǎn)提供依據(jù)

簡(jiǎn)而言之洪水風(fēng)險(xiǎn)圖可以使人們更直觀地了解和認(rèn)識(shí)到災(zāi)難性洪水發(fā)生后可能的水文后果和災(zāi)害損失概況。

3 用水文學(xué)和水力學(xué)法制圖過程

此法的主要過程主要有降雨分析、徑流分析和洪流分析三個(gè)過程。

1.降雨分析過程和徑流分析

（1）平均降雨量可由流域特性來確定，對(duì)于流域面積較大、測(cè)站較多、資料較齊全的地區(qū)，利用算術(shù)平均法、加權(quán)平均法、泰森多邊形法、等雨量線法來求。

（2）蒸發(fā)量計(jì)算：降雨經(jīng)過蒸發(fā)、土壤截留、填洼、下滲等損失過程才能形成凈雨。損失中主要計(jì)算蒸發(fā)量，可由三層蒸發(fā)模式計(jì)算，可得出每一層的蒸發(fā)量，降雨量減去蒸發(fā)量即為凈雨量，其中蒸發(fā)能力由測(cè)站測(cè)定。

（3）產(chǎn)流量計(jì)算：PE>0，則產(chǎn)流；否則不產(chǎn)流。產(chǎn)流時(shí)有，a=WMM（1-（1-W/WM）^（1/（b+1）），當(dāng)PE+a=WMM有R=PE+W-WM。其中a為土壤含水量的最大值，WMM為 包氣帶最大含水量，W為總蓄水量，WM為總蓄水容量。

（4）概率分析是對(duì)平均降雨量進(jìn)行排頻，可進(jìn)行統(tǒng)一處理和分別處理，做出皮爾遜Ⅲ型曲線。由此曲線可以得到某一重現(xiàn)期的降雨量，即為設(shè)計(jì)洪水。

（5）雨量圖的繪制是對(duì)概率分析得出的降水量進(jìn)行時(shí)間和空間的分配得出降雨量過程線，分配時(shí)遵循可能發(fā)生、最大發(fā)生、峰型集中、主峰偏后的對(duì)工程最不利的原則來分配。

（6）對(duì)于資料有限的地區(qū)，用點(diǎn)雨量作為面降雨量，不同頻率下對(duì)應(yīng)不同降雨量hp=kp*h，并求出每一時(shí)刻的降雨量，對(duì)1～6h有htp=h1p*t1-n2，對(duì)6h～24h有htp=h24p*24n3-1*t1-n3，再根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃氖謨?cè)，可以求出每一時(shí)刻的降雨量，繪制雨量圖。

（7）由設(shè)計(jì)洪水過程線推求水位過程線，常用的水文學(xué)方法包括單位線法、等流時(shí)線

法、抵償河長(zhǎng)法、馬斯京根法、調(diào)蓄演算法等。對(duì)于河網(wǎng)匯流或坡面漫流計(jì)算采用水力學(xué)方法比較合適，如一維非恒定流和二維非恒定流方法以及它們的簡(jiǎn)化形式等。

2.洪流分析

洪流分析是用水文學(xué)和水力學(xué)法估算洪泛區(qū)淹沒狀況的最后階段。淹沒狀況主要指淹沒面積、深度和持續(xù)時(shí)間，我們可以徑流過程線估計(jì)。

（1）地貌特性和淹沒狀況：根據(jù)往年潰堤情況以及洪泛區(qū)的洪流受到流域地形地貌的影響，總結(jié)出來洪流的4種地形和對(duì)應(yīng)的淹沒類型：坡度較緩慢平原地區(qū)為擴(kuò)散型淹沒，坡度較緩慢但存在攔蓄水利工程地區(qū)為攔蓄型，坡度中等地區(qū)為直線型，陡坡地區(qū)和峽谷地區(qū)為沿河型。下表為地貌和淹沒形式對(duì)應(yīng)表。

據(jù)此表可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡孛餐茰y(cè)洪流淹沒樣式，大致推測(cè)流向，為繪制洪水風(fēng)險(xiǎn)圖提供依據(jù)。

（2）洪流模型模擬概要

模擬洪流時(shí)，一維模型是洪泛區(qū)洪水穩(wěn)定定向流動(dòng)時(shí)建立的模型，用一維水力學(xué)方法解決，河道非恒定流的水動(dòng)力學(xué)模擬基于圣維南方程。由連續(xù)方程和動(dòng)力學(xué)方程組成。我們?cè)诖嘶A(chǔ)上也建立二維模型。與一維數(shù)學(xué)模型相比，二維數(shù)學(xué)模型能夠提供更加詳細(xì)的水情信息，隨著數(shù)值計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，二維水動(dòng)力學(xué)模型已經(jīng)成為水利工程界分析河道洪水、潰堤洪水和潰壩洪水時(shí)的常用技術(shù)手段。通過二維洪流模型的建立，我們可以將洪水風(fēng)險(xiǎn)圖更加細(xì)化，使風(fēng)險(xiǎn)圖描述的更為我們所用。

一般水流都是不穩(wěn)定的，我們據(jù)此特性建立二維模型，其中包括加速項(xiàng)、慣性項(xiàng)、水面坡度項(xiàng)和摩阻項(xiàng)。鑒于用不穩(wěn)定流公式計(jì)算需要很長(zhǎng)時(shí)間，并且在不同地區(qū)一些相對(duì)不重要的項(xiàng)影響很小，我們根據(jù)不同地區(qū)的洪流情況列出了洪流模擬中哪些項(xiàng)可以省略，哪些不可以省略。

其中×為不包含的項(xiàng)，√為包含的項(xiàng)，☆為近似處理的項(xiàng)。

4 洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的內(nèi)容

（1）正文

（2）可能發(fā)生的淹沒地區(qū)圖：洪水風(fēng)險(xiǎn)圖采用大比例尺地形圖勾繪而成。在勾繪洪水淹沒范圍的邊界時(shí)，要考慮洪水的可能路徑，結(jié)合地形情況，如以公路、河堤、圩堤、高地等作為淹沒區(qū)邊界，最好在實(shí)地查勘后進(jìn)行。對(duì)可能的淹沒區(qū)域，應(yīng)采用彩色編碼區(qū)，其顏色及深淺可以表示淹沒深度的變化，也可用數(shù)字標(biāo)明淹沒深度。

（3）淹沒水位圖：把估算的水位標(biāo)注在流域的各個(gè)斷面上，同時(shí)將實(shí)測(cè)記錄標(biāo)在眾所周知的建筑物或電線桿上。

（4）沿程水位分布圖：顯示沿程水位分布圖，其中包括實(shí)際水位和估算水位。

（5）顯示淹沒水位的圖片，目的是警示人們，圖片上應(yīng)注明“詳細(xì)調(diào)查報(bào)告可以索取”。

（6）調(diào)查報(bào)告概要：應(yīng)刊登在市政當(dāng)局印制的報(bào)紙上。

6 編語(yǔ)

目前洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的使用越來越廣泛，但是由于模型誤差以及統(tǒng)計(jì)方法誤差的存在，洪水風(fēng)險(xiǎn)圖并不能完全預(yù)報(bào)出洪水淹沒面積、深度和持續(xù)時(shí)間，仍需要全國(guó)乃至全世界水利學(xué)者的深入研究。我們大學(xué)生不僅要學(xué)習(xí)前輩的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，更要發(fā)揮自主創(chuàng)新能力，解決其中的誤差，更精確地預(yù)報(bào)可能發(fā)生的損失情況。

參考文獻(xiàn)

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