蓄滞洪区淹没风险度数值计算方法研究

王秀莲 谭桂秋 杨井泉 刘思清

(水利部海河水利委员会，天津 300170)

1 问题的提出

蓄滞洪区是河堤背水面以外临时贮存洪水的低洼地区，是主动分洪蓄水的防洪设施，也是流域防洪体系的重要组成部分。在《全国蓄滞洪区建设与管理规划》［1，2］中，共计规划了 94 处。不同于洪泛区和防洪保护区，蓄滞洪区既是用于滞蓄洪水的场所，又是当地居民赖以生存和发展的基地。当地群众居住在蓄滞洪区之内，必然承受洪水淹没风险。针对这种情况，国家一直都在开展蓄滞洪区安全建设，为当地群众增加避洪设施，确保群众生命安全。在安全建设工作中，关键问题之一是不同或同一蓄滞洪区内不同区域的风险度及其差别，这是安排建设项目实施步骤、拟定安全建设模式的重要依据。然而，到目前为止，缺乏计算蓄滞洪区洪水淹没风险度数值的成熟方法。本文将通过对风险因素进行定性比较，筛选出几个主要风险因素作为自变量，建立淹没风险度与自变量的函数关系，研究探讨蓄滞洪区的洪水淹没风险度数值计算方法。

2 风险因素分析及筛选

风险即危险，是指遭受损失、伤害、不利或毁灭的可能性。蓄滞洪区的洪水淹没风险就是特定某一局部区域遭到淹没的可能，或发生这种事件的概率。然而，仅仅给出事件发生的概率，远远不能满足安排建设项目实施步骤、拟定安全建设模式等现实工作的要求。除概率之外，淹没对居民生命、固定资产构成的威胁程度，比如淹没水深和淹没时间不同，构成的危险程度都会不同。所以，蓄滞洪区的淹没风险度是集事件发生概率与构成威胁程度大小为一体的综合风险指标。影响这一综合风险指标大小的各种原因，称之为风险因素。

2.1 分 析

2.1.1 运用标准

蓄滞洪区共分为3类:①重要蓄滞洪区;②一般蓄滞洪区;③蓄滞洪保留区。前两类都是针对防御河流或流域设计标准洪水而设置。而第3类多是为了防御超标准洪水而设置。蓄滞洪区的运用标准与其所服务的流域防洪标准密切相关，其含义是:当流域遭遇设计标准洪水时，该蓄滞洪区的口门、堤防等设施全部能够正常运用，并保证洪水“分得进、蓄得住、退得出”，不会使洪水向蓄滞洪区之外肆意泛滥。运用标准有两种表述方式，意识频率法(P)，一种是重现期法(Ty)，如50 a一遇标准分别为1/50和 50 a，Ty=1/p。

2.1.2 启用几率

蓄滞洪区的启用几率是形成风险的直接因素之一，是指流域遭遇多大的洪水便要开始使用蓄滞洪区，也就是蓄滞洪区开始遭受淹没的概率。比如:海河流域的东淀与文安洼的启用几率存在较大差别，东淀遇5 a一遇洪水就要启用，而文安洼遇25 a一遇以上的洪水才开始启用。启用几率(n)越高，风险度越大。

2.1.3 淹没水深

淹没水深是造成风险大小的直接因素，是一个动态指标，其变化过程由小变大，再由大变小。这里的淹没水深特指蓄滞洪区运用标准情况下对应的最大淹没水深。不仅每处蓄滞洪区的淹没水深存在差别，同一蓄滞洪区每个局部之间的淹没水深也有差别。淹没水深(H)越大，风险度(R)越大。

2.1.4 淹没历时

淹没历时是指从地面上水，达到最高水位(即达到最大淹没水深)，再通过退水而露出地面全过程所经历的时间。不同的蓄滞洪区淹没历时不同;同一蓄滞洪区的不同地点，淹没历时也不一样。一般来说，地势低的地点，淹没水深大，历时也长;地势相对较高的，淹没水深小，历时也短。当然，行洪特点明显的蓄滞洪区不存在这样的规律。历时越长，风险越大。历时是修正风险度的必要因素，在风险计算中将被用于修正基本风险度而得到最终风险度。修正系数(φ)是历时(t)的函数，其关系为φ=f(t)。

2.1.5 洪水流速

从河道向蓄滞洪区分洪时，流速较快。特别是分洪口门附近，将会造成较强冲击力，对人员生命和财产构成较大威胁。然而，这样的区域一般范围不大;而较大范围的区域水流流速一般较小，水流冲击力相对淹没水深形成的威胁要小很多，流速(V)越大，风险度(R)越大。

2.1.6 风 浪

当蓄滞洪区滞蓄洪水后，风浪作用也将加大淹没致灾风险度。风浪越大，风险度越大。不同地区风速、吹程的取值及浪高的计算可参考《堤防工程设计规范》。

2.1.7 控制能力

洪水进入蓄滞洪区有多种途径:①通过分洪闸分洪，如黄庄洼的白毛庄分洪闸;②通过口门自馈分洪，如永定河泛区内的王码分洪口门;③靠人工扒口分洪，如文安洼的滩里口门;④无控进入，如宁晋泊、大陆泽等上游山区发生洪水，将通过河道和山前坡水区直接涌入。控制能力越高，风险度相对越小，反之亦然。

2.1.8 撤退时间

洪水发生时，要组织群众有秩序地撤离。距离围堤或安置地点较近的容易撤离，撤退时间短;距离安置地点远的，需要较长的撤离时间。撤离能在一定程度上降低风险。分洪口门的控制能力，可为群众提供更多的撤离时间，从而有效降低风险度。

2.2 筛 选

以上列出了8种对风险度产生直接或间接影响的因素。根据各个因素对风险影响程度不同，并经过综合分析比较，可将这8个因素划分为3类:①关键因素，包括淹没水深(H)、运用标准(P或Ty)、启用几率(n或Tq)。这类因素是进行基本风险度数值计算所要依赖的自变量;②必要因素，那就是淹没时间(t)，可对风险度进行修正;③一般因素，即洪水流速、风浪、控制能力、人员撤离时间。在进行宏观计算风险度时，一般因素可暂时忽略;如果进行微观计算或者遇到某一因素在该区域起关键作用的特殊情况时，再将其列入，根据其产生作用的大小，列入第2类之中，对风险度进行修正。

3 计算方法

蓄滞洪区的淹没风险度是集局部区域遭受淹没的概率与本区域生命、财产遭受威胁程度大小的综合指标。测算这一综合指标所利用的各个风险因素都应具有可比性，并能直观、容易地采集到数据。比如，甲蓄滞洪区的A区域，其启用几率为20 a一遇，运用标准为50 a一遇，最大淹没水深为3 m，淹没历时为60 d;而乙蓄滞洪区的B区域，其启用几率为5 a一遇，运用标准为20 a一遇，最大淹没水深为 2 m，淹没历时为50 d。运用单指标定性对比，得出的结论不一致，A、B区淹没风险度各有高低，A区高的占3项，B区高的占1项。因此，对于风险最高的区域并没有定论。所以，利用单指标比较还不能综合反映两个区域风险度的高低。风险数值计算就是将以上单项指标综合在一起进行计算，其结果可供不同区域之间进行对比。

风险度数值计算分为两个步骤:①利用淹没水深、运用标准和启用几率3个关键因素计算基本风险度(Rj)，②利用淹没历时计算修正系数φ，再用φ与基本风险程度 Rj相乘，得出区域淹没风险度(R)［3］。

3.1 基本风险度Rj的计算

如前所述，决定基本风险度的3个因素为淹没水深(H)、运用标准(运用重现期)和启用几率(启用重现期)。以基本风险度存在不同的函数关系，基本风险度由3部分组成，即:Rj=Rj1+Rj2+Rj3。该三项式称之为“基本风险度公式”。该式的第1项以淹没水深与运用重现期反应。该分项基本风险度与水深和运用重现期均呈正比例关系，即水深越大，风险度越大;运用重现期越大，风险度越大。比如，重现期为50 a的蓄滞洪区，要保证遇50 a一遇洪水时，仍然要确保洪水“蓄得住”，当地遇这样的洪水，仍然承受着被淹没的风险;而重现期为20 a的蓄滞洪区，仅仅负责缓滞20 a一遇及以下洪水，超过时，就有漫溢溃堤的可能，只要出现漫溢或溃堤，蓄滞洪区内所遭受的淹没风险立即会相应减免。从这一角度分析，得出的结论是:蓄滞洪区的运用标准越高，淹没风险度越大，其数值以基本风险度公式中的第1项来表示:

运用重现期对基本风险度的反映具有双重作用。除了上述正比例关系外，随运用重现期的增大，基本风险度会减小。比如，以相同的淹没水深为条件进行比较，20 a一遇低标准的蓄滞洪区，遇20 a一遇这样的洪水，将达到指定的淹没水深;而50 a一遇高标准的蓄滞洪区，遇到50 a一遇的洪水，其淹没才达到指定的深度。从该种意义上分析，得到的结论是:随运用重现期的增加，基本风险度减小。基本风险度与运用重现期呈反比例关系。这一特征的反映，用基本风险度公式中的第2项来表示:

第3项是基本风险度与启用重现期的关系。基本风险度与启用重现期呈反比例关系，启用重现期越小，启用的几率越高，基本风险度越大，同时，该项风险度还与淹没水深成正比例关系，但是，这里采用的是0.5倍的水深，这是因为刚刚启用时，达不到标准洪水对应的最大淹没水深，所以做了相应的折减。第3项基本风险度与水深及启用重现期的函数关系为:

以上3个公式中，C1、C2、C3为3个不同的系数，分别为1/100、20.0和10.0;H 为淹没水深，m;Ty为运用重现期，a;Tq为启用重现期，a。

据此可计算出各个因素的部分指标对应的基本风险度数值。

从目前来看，全国规划和各处蓄滞洪区都有现成的运用标准条件下的《最大淹没水深等值线图》，只要采集到某一局部区域的淹没水深(H)数据，再调查出本滞洪区的启用几率，就可查出各个局部区域的分项基本风险度数值，将3个数值相加，就可得到基本风险度(Rj)的值。

3.2 风险度R的计算

风险度R的计算，就是以基本风险度为基础，进行一次修正，其修正的依据是淹没历时。R与Rj的关系式为:R=φ*Rj

根据调查与分析，当淹没历时约为10 d时，风险度与基本风险度相当，修正系数φ约等于1.0;当淹没历时达到50 d时，风险度将增加80%，当淹没历时达到90 d时，风险程度将增加到3倍。按此调查数据进行分析，修正系数φ与淹没历时(t)呈二次函数关系。经推算，其关系方程为:

式中:φ为修正系数;t淹没历时(d);a、b、c为常数，分别为1/8000、1/80和69/80。

每个蓄滞洪区在利用二维不恒定流进行洪水演进模拟计算，进而绘制淹没等值线图时，都有水位变化过程，这样可以根据水位的变化历程和所选局部区域的地势高程，很容易地推算出局部区域淹没历时(t)天数，这样就可以利用式(4)进一步计算出φ的值，进而计算出不同蓄滞洪区，乃至不同局部区域的风险度R的数值。

4 应用前景

该方法可以在流域综合规划、流域防洪规划、蓄滞洪区安全建设模式拟定、安全建设项目实施安排等方面得到应用。具体如下:①可以比较两个及其以上蓄滞洪区的风险度的高低，从而确定哪个蓄滞洪区的安全建设更为迫切;②可以对蓄滞洪区进行风险区划，将整个蓄滞洪区划分为重度风险区、中度风险区和轻度风险区［3，4］。下面以两个算例说明计算方法的应用前景。

(1)比较两个蓄滞洪区的风险高低。从每个蓄滞洪区范围内，选择能够代表本蓄滞洪区的典型区域，之后，采集风险因素数据。如前述的A区和B区，经计算可得:

经风险度数值计算后比较，B区的风险高于A区。

(2)蓄滞洪区的风险区划。以选定蓄滞洪区运用标准对应的淹没等直线图为基础，以不同淹没水深区为局部区域，进行风险度计算;之后，按风险度评判标准:即 R ＞6.0为重度风险区，3.0 ＜R ＜6.0为中度风险区，R＜3.0为轻度风险区。风险区划定以后，可向社会公布，告知当地群众，指导当地经济开发，也可按区划所划定区域分别拟定安全建设模式。

［1］水利部.全国蓄滞洪区建设与管理规划［R］.北京:水利部，2009.

［2］水利部海河水利委员会.海河流域蓄滞洪区建设与管理规划(报批稿)［R］.天津:水利部海河水利委员会，2010.

［3］陈敬学，张东瀛，刘思清.蓄滞洪区经济可持续发展途径探讨［J］.海河水利，2006，(1):28 －29.

［4］刘思清，杨至安，于翚.对海河流域蓄滞洪区安全建设适宜设施的探讨［J］.海河水利，2005，(3):26－28.