卫运河右堤防洪保护区洪水风险图编制简介

赵志才 邬 龙 何 玉

卫运河右堤防洪保护区洪水风险图编制简介

赵志才 邬 龙 何 玉

文章以卫运河右堤保护区为例，简要介绍了保护区洪水风险图编制技术，以期为今后的风险图绘制工作提供借鉴。首先利用MIKE FLOOD软件建立一二维耦合水动力模型，模拟溃堤洪水在保护区内的演进过程，获得淹没水深、到达时间、淹没历时以及行进流速等洪水风险要素，然后利用洪水风险图绘制系统进行洪水风险图的绘制。

洪水风险图 卫运河右堤 防洪保护区

防洪保护区洪水风险图是标示区内各处洪水灾害危险程度的一种防洪非工程措施，是抵御洪涝灾害、保证防洪安全的重要参考。

根据 《洪水风险图编制导则》和 《洪水风险图编制技术细则》，以卫运河右堤防洪保护区为例，在对基础资料进行收集、整理的基础上，建立一、二维水动力演进数学模型，模拟溃堤洪水演进，获取洪水到达时间、淹没水深、淹没范围、流速及淹没历时等风险要素；对上述各要素绘制洪水风险图。

1 区域概况

1.1 自然地理

卫运河右堤防洪保护区西起邯济铁路、南至马颊河，东至埕口以下防波堤、北至卫运河和漳卫新河右堤，总面积6 703 km2。保护区地处黄河冲积平原，地形由西南向东北倾斜，呈狭长状，东西长330 km左右，南北宽7~35 km。地面高程42.5~0.5 m，坡降约1/7 900。

1.2 社会经济

卫运河右堤防洪保护区全部位于山东省境内，涉及山东省聊城、德州、滨州3个市，有茌平县、东昌府区、临邑县、冠县、临清、高唐、夏津、武城、平原、德城区、陵县、宁津、乐陵、庆云以及无棣等15个市县，2012年保护区内地区生产总值其2 988亿元，常住人口820万人，耕地81.73万hm2（1 226万亩），该区地势平坦，土层深厚，农业发达，主要种植小麦、玉米、高粱、棉花和油料，还有大量苹果、梨、葡萄、枣等果品生产基地。改革开放以来，该区工业经济发展迅速，有玻璃钢、建材、农副产品加工、海水养殖和盐田等大批企业。包括大型企业山东鲁北化工集团和山东埕口盐化集团。

2 基础资料

收集基础地理信息、水文、构筑物和工程调度、社会经济和历史洪水等资料，主要包括：保护区1∶10 000基础地理信息电子地图，各溃口20、50、100年一遇溃口流量过程，漳卫新河河口 “72潮型”过程及保护区涝水过程，防洪保护区内线状地物 （铁路、公路、桥涵）高程等，相关市县2012年统计年鉴。

3 洪水演进分析计算

3.1 模型构建

防洪保护区洪水分析采用水力学方法。采用丹麦水动力学研究所开发的MIKE FLOOD软件，把一维河网模型MIKE11和二维区域模型MIKE21进行动态耦合，建立一二维河网非恒定流洪水演进数学模型，计算不同溃口方案、不同频率洪涝水在防洪保护区内的演进过程，提出各节点最高水位、流速、淹没水深和淹没历时等水力要素，用于洪水影响分析、避洪转移分析和洪水风险图绘制。

3.2 边界条件

保护区洪水来源为卫运河溃堤洪水和防洪保护区内涝水。

根据洪水风险图编制细则的要求，溃堤洪水量级选用卫运河防洪标准及其低一个量级、高一个量级的设计洪水标准作为洪水风险分析对象。卫运河设计防洪标准为50年一遇，洪水风险图洪水分析量级为20、50、100年一遇洪水。

防洪保护区的排涝标准为 “1964年雨型”，约相当于5年一遇，涝水分析量级为5、10、20年一遇。

3.2.1 上边界条件

综合考虑河道、防洪保护区地形、地质状况、工程状况、行政区划、历史出险以及洪水风险情况等因素，确定卫运河右堤4个溃口位置，分别为郭庄 （11+360）、吊马桥 （47+800）、土龙头（80+100）、祝官屯 （108+964）。

洪水：卫运河右堤4个溃口位置各频率 （5%、2%、1%）洪水分洪流量过程。

涝水：保护区内部涝水 （20%、10%、5%）采用降雨径流深过程。

3.2.2 下边界条件

卫运河和漳卫新河右堤视为封闭边界，马颊河左堤、河口海堤视为开放边界。

海堤处边界条件取入海口处的潮位过程线，潮位过程采用1972年7月26日典型潮型。

保护区内恩县洼牛角峪退水闸退水入老减河流量过程作为模型的内部边界，以老减河出口大王铺相应频率水位过程作为模型下边界。

同时，保护区溃决洪水向马颊河方向演进，通过保护区内的排涝河道汇入马颊河，排涝河道下边界为马颊河相应位置处 “64年、61年雨型”设计水位。根据实地调研确定防洪保护区20年一遇洪涝水不与马颊河洪水遭遇，防洪保护区50、100年一遇洪涝水分别对应马颊河 “64年雨型”、“61年雨型”洪水位。

3.2.3 特殊边界的处理

保护区内高速公路共有7条，由南至北为青兰高速、高邢高速、青银高速、德商高速 （在建）、京沪高速、滨德高速和长深高速；铁路共有4条，由南至北分布为邯济铁路、京九铁路、津浦铁路和京沪高铁 （高架桥）；还有较多的国道、省道。国道、省道路基高度均在0.5 m以下，高速、铁路路基较高，对洪水演进、洪水风险分析有较大影响。高速、铁路上的桥梁大小不一，有1 km长的大桥，也有2～3 m长的机耕通道。为提高计算效率，又使洪水走向符合实际情况，根据各桥梁走向，布设的宽度、间距等具体情况，在不影响计算精度的条件下，将这些线性地物和桥梁进行概化处理，将路基部分作为堰的型式加入模型内部，将部分小桥合并至大桥处，将桥孔部分留出一个网格的边长。

3.3 网格剖分

对卫运河右堤防洪保护区进行非均匀曲线正交网格剖分，采用规则网格或不规则网格，对于规则网格，边长为300 m；保护区地处华北平原，地势平坦，地形地物变化不大，网格可适当放大，但最大面积不超过1 km2。对溃口位置、河道堤防、地形变化较大的地区和铁路、公路、渠埝等线状地物处，网格进行局部加密，边长为100 m左右。使得网格边界与重要地物轮廓紧密结合，提高模型计算的准确性和合理性。

3.4 方案设置

漳卫河系河道为现状和规划两种工况、洪水量级分别为20、50、100年一遇洪水、4个溃口位置，计算方案共计24个，见表1。

表1 洪水计算方案设置表

4 成果分析

根据模型需要，输入不同方案控制条件，获得不同方案洪水分析结果，主要包括淹没区不同时刻最高水位、最大水深、最大洪水流速、洪水前锋到达时间及淹没历时等多种风险信息。

以现状工况郭庄溃口为例，对100年一遇洪水计算成果进行分析。

100年一遇洪水，卫运河右堤郭庄溃口宽度500 m，底高程40 m，溃决峰量1 288 m3/s，分洪水量6.21亿m3。总淹没面积1 389 km2，其中夏津县395 km2、武城县358 km2、东昌府区60 km2、冠县151 km2、临清市425 km2。淹没区平均水深0.56 m，最大水深4.8 m，位于烟店镇、唐园镇和白马湖镇一带，北馆陶镇、潘庄镇、郑堡屯镇以及临清市区、夏津县部分城区淹没水深也达到了2 m以上。洪水到达临清市区、京九铁路、高邢高速的时间为80 h，154 h后到达青银高速，205 h到达夏津县城，290 h进入武城县。淹没交通线路369.5 km，影响人口 88.99万人，洪水直接损失467.94亿元。整个淹没区淹没历时超过7 d。

5 保护区风险分析

卫运河右堤共设置4个溃口，从上到下依次为郭庄、吊马桥、土龙头和祝官屯溃口。洪水演进受地形和地物影响较大。保护区地形南高北低，东高西低，从各溃口整体淹没情况来看，洪水基本控制在邯济铁路以北，四女寺枢纽以南区域，卫运河溃堤洪水不会淹没至德州城区以东。由于保护区地形南高北低，洪水淹没范围基本沿卫运河右堤狭长分布，临清市以上受京九铁路阻挡，洪水基本被控制在铁路以南一带，部分洪水通过临清市附近的桥涵演进至铁路以北，造成临清市附近洪水比较集中。临清市以下以临清市—夏津县城—恩县洼牛角峪为界，保护区地形东高西低，恩县洼东部有陈公堤，这种天然地形使得洪水被控制在保护区西半区一带，没有向东半区蔓延，故临清市以下淹没范围基本在临清市—夏津县—陈公堤—牛角峪一线以西。

从淹没水深来看，从南到北：北馆陶、烟店镇、唐园镇一带地势低洼，洪水淹没水深较大，且位于郭庄、吊马桥溃口之间，洪水风险极大。临清市城区位于郭庄、吊马桥溃口以下，且城区下游受京九铁路和高邢高速路基阻挡，淹没水深较大，洪水风险较大。

土龙头溃口位于青银高速以南，一旦溃决，青银高速阻水严重，高速以南部分城镇淹没水深较大，主要有郑堡屯乡、白马湖镇以及夏津县城。

土龙头、祝官屯溃口位于恩县洼上游，这两处堤防一旦发生溃决，洪水从恩县洼西部高地直接进入恩县洼，且恩县洼西郑庄还要分洪，所以恩县洼面临双重风险，洪水风险较大，恩县洼内鲁权屯镇、郝王庄镇淹没水深较大。

6 洪水风险图

洪水风险图绘制依据 《洪水风险图编制导则》、 《洪水风险图编制技术细则 (2013年试行)》、《防汛抗旱用图图式》，并参照 《洪水风险图制图技术要求》等相关规范，使用中国水科院开发的“洪水风险图绘制系统FMAP”软件完成洪水风险图绘制。

风险图由基础底图和洪水风险专题要素构成。基础底图是在地理底图上添加相关水利工程要素而成。洪水风险专题要素来自洪水模型的分析计算结果。依据洪水风险分析计算的成果，在基础底图上分别绘制风险图集成系统所需要的淹没水深图、到达时间图、淹没历时图等图件。

7 结语

卫运河右堤洪水风险图编制是在工程现状和规划两种工况下，通过对洪水溃堤后，洪水演进路线、到达时间、淹没水深、淹没范围、流速大小及避洪转移范围、路线、安置场所等要素进行展示，为各级防汛指挥部门的抗洪抢险救灾提供决策依据，指导洪水威胁地区的建设，在发生洪水的紧急情况下选择正确路线和地点疏散群众，并为洪涝灾情评估提供基础依据。

赵志才 男 工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

邬 龙 男 工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

何 玉 女 工程师 河北省水利水电勘测设计研究院天津 300250

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