浅谈吉林省洪水风险图项目实施——以中水东北勘测设计研究有限责任公司所承担项目内容为例

谢成海，綦 晶

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，130021，长春）

浅谈吉林省洪水风险图项目实施
——以中水东北勘测设计研究有限责任公司所承担项目内容为例

谢成海，綦 晶

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，130021，长春）

吉林省洪水风险图项目通过开展外业调查，一、二维水动力模型构建，洪水分析，洪灾损失评估等工作，对防洪保护区进行了系统的洪水风险评估，计算结果包括最大淹没水深、到达时间、流速等水情指标与洪灾损失评估灾害指标，同时根据保护区的基本情况制定了避洪转移方案。以中水东北勘测设计研究有限责任公司所承担项目内容为例，阐述项目编制技术，介绍了项目在模型构建、系统构建等工作中取得的突破，所取得成果为洪水管理提供了数据基础与技术支持。

洪水管理；风险图；一、二维水动力模型；防汛抗旱指挥支持系统；吉林

2013—2015年，吉林省先后开展了城市、防洪保护区、中小流域洪水风险图编制任务共计16项，其中10项由中水东北勘测设计研究有限责任公司（下文简称“中水东北公司”）承担。通过为期3年的洪水风险图编制项目建设，总结出一些编制技术要点，取得了洪灾损失评估成果、避洪转移成果、洪水风险图图集绘制及吉林省系统平台构建等工作成果。

一、项目实施技术要点

1.基础资料收集

基础资料的准确性是决定洪水风险图编制模型精度与洪灾损失评估的关键因素。除按规范要求收集历史洪涝灾害、经济发展情况、水利工程建设情况等基础资料外，吉林省将本地特点与防洪工作实际经验相结合，在风险图编制过程中重点收集以居民点为单位的居民基本信息情况，并对洪水风险区域内的重点构筑物进行测量。

吉林省幅员辽阔，居民一般以自然村落为居住单元，散布在洪水风险区内。一个行政村的居民可能分布于多个居民点，居民点之间有时相隔较远。若以行政村为单元调查相关信息，编制防洪预案，则可能降低实用性，延缓转移效率。如果以居民点为单元收集基本信息，将增加基础资料的准确性，提高防洪预案的便利性。在前后3年的风险图编制过程中，吉林省共普查1 000余个居民点的信息，形成居民点基本信息数据库，为防洪决策提供了可靠准确的依据。

洪水风险区内构筑物是影响洪水淹没风险的重要因素，近年我国经济发展迅速，基础设施建设步伐较快，而国家地理信息系统的更新周期相较构筑物的建设速度有一定的滞后，例如洪水风险计算中高速公路的桥涵位置、大小等构筑物局部细节，国家地理信息系统还无法提供。因此在编制洪水风险图过程中，为保证计算结果可靠与准确，需要详细地对构筑物进行补充测量。

图1 嫩江右岸洪水穿越涵洞演进示意图

2.模型构建

在吉林省洪水风险图编制项目中，防洪保护区风险图与中小河流风险图项目采用的是一维河道、二维地表与溃堤模型三者耦合的方法，城市洪水风险图则采用一维河道、二维地表与管网模型三者耦合的方法。洪水分析均采用MIKE系列洪水模拟软件，其中采用MIKE 11软件模拟河道洪水演进过程及溃堤洪水；采用MIKE 21软件模拟城区地表的洪水演进过程；采用MIKE URBAN软件模拟城市管网水流过程；采用MIKE FLOOD软件将上述模型耦合，求解相应结果。

模型构建过程中，除了需要达到目前规范要求外，保护区内局部地形的处理是影响结果的关键因素之一。这些局部地形一般可分为区域内阻水构筑物、导水构筑物与其他区域联通构筑物三类。如保护区内的高等级公路、铁路及农田灌溉渠道堤防，均会干扰该区域的洪水运动，影响洪水淹没面积、洪水淹没范围、水深与流速等，因此在对构筑物进行精确测量的基础上，要在模型中概化其阻水、导水、过水作用，以便反映洪水演进实际情况。以嫩江右岸防洪保护区为例，白城市镇赉县境内原S217省道经2007年升级翻建后，其路基增高，对洪水阻隔能力较强，在模型中考虑此公路后，洪水基本被阻挡在公路东侧，洪水淹没范围较无公路情况缩小，从而减少了洪水损失，并减轻了对镇赉县县城的威胁。

农田灌溉渠、公路与铁路下穿立交或隧道是风险区域内主要的导水构筑物，洪水经这些构筑物进入其他区域，增大了洪水淹没面积，这些构筑物可能分布在几百千米范围内，普查时易忽略。以嫩江右岸防洪保护区为例，风险区域内从北至南贯穿G12高速公路与乌浑铁路，这两者地基较高，对洪水阻隔能力较强，从宏观角度来看，洪水必然会被阻隔在两者以东。但由于两者沿线分布了下穿隧道与桥梁，如图1所示，洪水通过这些导水构筑物进入到另一侧，增大了淹没范围。

分析区域与其他区域连通构筑物是确保洪水分析水量平衡正确的关键，一般分为两类：一种是陆地边界，通过此类构筑物与风险区域外的陆地区域相连，如铁路和桥梁将风险区域与其他区域分割或连通；另外一种为水陆边界，通过此类构筑物与湖泊或河流相连，如溢流坝或防洪闸。前者如果设置不当，会人为减轻该地区的洪水风险而误判下游洪水风险；在未考虑后者的情况下，潜在风险区则会被忽略。

3.模型验证

根据区域实际情况，严格按照规程规范构建洪水分析模型后，洪水分析的准确性受参数率定结果影响，而模型验证体现了参数率定后的实际成果，可直接体现出模型的计算准确性。吉林省风险图项目的验证工作主要分为一维河道验证与二维区域验证。一维河道验证资料采用河道实际流量与水位，二维区域验证资料采用历史溃堤洪水调查资料。由于二维区域验证资料较难收集，且历史情况较难还原，验证成果一般与实际调查情况差别较大。在吉林省风险图编制过程中，尽量还原洪水发生时期的地形地貌，几处验证点的误差均较小，准确性较高。

（1）桦甸市历史洪水溃堤验证

松花江流域的桦甸市城区有年代较近的1995年历史溃堤洪水调查资料，采用1995年8月松花江大洪水桦甸市堤防溃决后的淹没范围对二维非恒定流模型的参数进行验证。

1995年松花江大水致使桦甸大堤下游堤段发生2处溃决，总溃口宽度约310m，桦甸市区除北台子、西台子村的局部高地以外全部被淹。根据历史调查资料，模拟桦甸市1995年堤防溃决后城区的洪水淹没情况，其中二维模型的边界条件为桦甸市溃口流量过程，采用中水东北公司1996年调查分析成果，模型的水位初始条件参照桦甸市实际地面高程设定为261.00m，流速初始条件统一设定为0。采用模型计算的淹没范围与1995年实地调查淹没范围对比见图2。

由图2可见，模拟与调查的淹没范围基本一致，淹没面积相差仅4%，误差产生的主要原因为桦甸市城区1995年至今发展变化较大，地形存在一定的差异。

图2 验证模拟与1995年洪水调查淹没范围对比图

图3 验证模拟与1998年洪水淹没范围对比图

表1 编制单元名称与方案统计表

（2）胖头泡历史溃堤洪水验证

1998年，松花江流域嫩江干流左岸肇源境内曾发生溃决。利用胖头泡溃口外泄洪水的淹没范围对二维非恒定流模型的参数进行验证。二维非恒定流模型的边界条件为嫩江左岸胖头泡决口处的流量过程，流量过程摘录自《1998年松花江暴雨洪水》。采用模型计算的淹没范围与实际调查所得的淹没范围见图3。洪水模拟计算的淹没范围与调查淹没范围相差较小，相对误差为4.4%，误差产生的主要原因在于本次模拟采用的地形数据来自1∶50 000地形图的高程信息，其精度略低，且1998年洪水淹没范围根据调查所得，在个别地区可能与实际淹没范围有差别。

图4 吉林省防汛抗旱指挥支持系统界面

二、编制成果

1.洪水风险图图件成果

洪水风险图图件包括淹没范围、淹没水深、洪水流速、到达时间、避险转移5个种类。总计设置计算方案165个，绘制各类洪水风险图555幅，详细统计见表1。

2.防汛抗旱指挥支持系统

为使洪水风险图编制项目成果得到更广泛应用，中水东北公司开发了可与吉林省天地图防洪系统结合的防汛抗旱指挥支持系统。系统基于.Net、Java Script开发，使用B/S模式。二维地图服务使用ArcGIS，三维地图服务使用SkyLine进行，实现洪水风险图系统二、三维联动。该系统功能主要包括4个部分：基本信息展示、风险图展示、数据统计汇总和详细信息（系统界面见图4）。

基本信息展示主要包括区域简介和溃口信息；风险图展示主要包括淹没范围以及不同量级的洪水流速、淹没水深和到达时间，分别在二、三维地图中展示；数据汇总统计主要包括灾害影响的社会经济数据；详细信息主要包括被淹没地区的统计列表，被淹没屯的社会经济、转移路线、转移路线的长度以及转移需要的时间等信息，分别在二、三维地图中对转移路线进行展示；除此之外，还包括二、三维地图动态洪水演进。

系统在统一坐标系下，以吉林省地图为背景，实现了浏览、定位以及数据查询和分析等功能。系统支持和实现的关键技术有：三维景观数据集成技术、海量数据网络发布技术、虚拟现实与地理信息系统的集成。

通过以上关键技术，能够将输出海量数据的3D场景提供给局域网访问；采用标准COM界面与本地和网络应用程序相连接，提供访问GIS高级分析功能的接口；可进行多用户并发访问，且可在该场景中进行流畅漫游；增强本地和远程用户安全性保证；对三维地形数据以独有的流数据形式传输到内部网或互联网；拥有良好的可扩展性；通过内部网络或因特网进行三维数据传输；对于低带宽的情况，能够充分利用多处理器服务器的硬件优势进行优化处理；能够有效处理大量数据集。

3.洪水风险图丝绸图件

除基于电子平台的风险图应用系统，为了提高野外实地的运用效率，各项目通过整合各频率的洪水淹没图，运用军工制图技术，印制成A0幅大小的可折叠抗污渍丝绸图件。该丝绸图件体积小、重量轻，可随身携带，配有文字及村屯说明，可实地指导抗洪工作。■

责任编辑 董明锐

Project im plementation of flood risk map in Jilin Province——case study of projects taken by BeiFang Investigation，Design&Research Corporation

Xie Chenghai,Qi Jing

Through field investigation,creation of one-dimensional and two-dimensional models and flood analysis, flood risk map project in Jilin Province carries out systematic evaluation on flood risks,calculatesmaximum depth of inundation,reaching time and speed of flood and works out indicators for disaster loss evaluation.Meanwhile, evacuation options are given based on basic conditions of protected areas.Breakthrough obtained by the project in model creation and system formation is introduced based on introduction on technologies.Flood control and drought relief has been strengthened thanks to creation of decision-making supporting system for flood control and drought relief in Jilin Province,which clearly specifies flood risks and evacuation plans.These achievements provide a solid database and technical support to floodmanagement.

flood management;risk map;one and two dimensional hydrodynamic model;decision-making support system for flood control and drought relief;Jilin

TV877+TV122

：B

：1000-1123（2017）05-0045-04

2016-10-25

谢成海，助理工程师。

全国重点地区洪水风险图编制项目。