松花江防洪保护区洪水风险图编制研究

2015-02-25贾俊杰于得万

东北水利水电 2015年11期

贾俊杰，于得万，丁曼

（1.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西西安710065；2.吉林省水利水电勘测设计研究院,吉林长春 130021）

1 区域概况

松花江发源于吉林省东南部的长白山主峰白头山天池，纵贯吉林省中部24 个市县（区）。流域地处寒温带季风气候区，大陆性气候特点非常明显，冬季寒冷漫长，夏季炎热多雨，春季干燥多风，秋季很短，年内温差较大，多年平均气温在3～5℃，年平均降水量600 mm 左右，降雨多出现在季风控制的夏季7、8月份，汛期6～9月份的降水量占全年的70%以上。

这次洪水风险图编制范围为松花江（丰满水库至三岔河口段）左、右岸两处防洪保护区。其中，左岸防洪保护区的面积为3 535 km2，区间有温德河、鳌龙河、沐石河和饮马河等较大支流汇入。松花江干流上游来水控制站主要有丰满水库站和扶余站等水文测站，支流控制站主要有口前站、德惠站以及农安站等水文测站。右岸防洪保护区的面积为1 570 km2，有牛亡牛河和团山子河等较大支流汇入。松花江干流上游来水控制站有丰满水库站和扶余站等水文测站，支流控制站有五家子水文测站。

2 编制思路

洪水风险图编制工作主要包括基本资料收集整理、洪水分析、洪水影响分析、避险转移分析、洪水风险图绘制等几项内容。基础资料采用能反映现状情况的最新资料，设计洪水充分利用最新且可靠的设计成果，应用水力学方法模拟河道和淹没区的洪水演进过程，以图示的形式显示风险区的淹没水深、最大流速等风险指标。

3 洪水分析模型

3.1 模型简介

由于这次分析范围内河道普遍较宽、地形十分复杂，采用一维水力学方法和一二维耦合方法在模拟河道洪水和漫溢洪水时很难达到预期目的。通过综合分析，最终确定这次分析范围内的水力计算统一按二维水力学的方法进行，计算分析软件采用DHI Mike 21。

从国家防办公布的《重点地区洪水风险图编制项目软件名录》中选取MIKE 软件建立洪水分析模型，利用实测资料对模型进行率定验证，根据拟定的计算方案进行洪水分析计算，分析计算结果，得到洪水前锋到达时间、洪水淹没历时、最大淹没水深等风险信息。洪水分析流程见图1。

3.2 二维水流模型建立

描述水流运动的二维非恒定流方程，由水流连续性方程和水流沿x 方向的动量方程及水流沿y 方向的动量方程所组成。

图1 洪水分析流程图

式中：t——时间，单位为s；n——曼宁糙率系数；x，y——直角坐标系的横、纵坐标，单位以m 计；u，v——x、y 方向的流速分量，单位取m/s；z，h——（x，y）处的水位与水深，单位为m方向的水流运动阻力。

方程（1）、（2）、（3）运用交替方向隐式方法（ADI 法），将空间二维间题分成两个相互作用的一维问题，将一个计算时段一分为二，前半个时段将与y 方向有关的因变量看成是已知值，x 方向按一维问题采用隐式差分格式求解，后半个时段将与x 方向有关的因变量看成是已知值，y 方向按一维问题采用隐式差分格式求解。二维模型计算流程见图2。

图2 二维模型计算流程图

4 洪水风险图编制

根据《洪水风险图编制导则》规定，江河湖泊洪水风险图按河段或堤防等分别编制，依据洪水风险分析提供的信息，在1∶10 000DEM 电子图上以行政区划图、地形图、水系图、防洪工程分布图为基础的工作底图上，绘制不同频率洪水的淹没范围和特征点水深等洪水风险信息[4]。

这次风险图绘制采用中国水利水电科学研究院开发的基于GIS[5-7]的“洪水风险图绘制系统”。根据《洪水风险图编制导则》的要求，图形数据统一采用中国大地坐标系统2000（CGCS2000）、高斯-克吕格投影，高程统一采用1985 国家高程基准，图形数据采用*.shp 格式。

“洪水风险图绘制系统”能够利用基础数据和相应的水工数据，并结合风险统计数据，利用空间差值等数学方法，为系统用户提供包括淹没范围在内的五种专题风险图的流程化制图功能，专题风险图制图流程见图3。

将洪水风险图绘制所需信息纳入洪水风险图绘制系统，以基础地理信息地图为工作底图，绘制基本洪水风险图。内容包括：淹没范围图、洪峰到达时间分布图、淹没水深分布图、淹没历时分布图等。基本风险图图幅要求A0，A3 全图、1∶10 000 标准图幅。

5 结语

研究采用水库溃坝洪水计算模型及二维水力学模型进行水库溃坝洪水分析，使用洪水风险图绘制系统，实现了洪水风险图的编制。应用结果表明，该洪水风险图编制方法合理可行，此方法编制的吉林省松花江防洪保护区洪水风险图，可为吉林省防汛部门制订科学合理的防洪调度方案和避险转移措施，提供科学依据和技术支持。但是，从吉林省洪水风险图编制的研究中也发现了如下问题：