山区中小河流洪水淹没图编制研究

李 鲤

（辽宁省水利水电科学研究院有限责任公司沈阳分公司， 沈阳 110003 ）

山区中小河流洪水具有破坏性及突发性强，极易诱发地质灾害，预测预报难度大，频发率较高的特点。 仅仅利用工程措施并不能完全抵御洪水，非工程措施也是防洪减灾的有效方法之一， 洪水风险图作为重要的非工程措施对防洪减灾和洪灾评估具有重要意义[1]。2021 年国务院第一次全国自然灾害综合风险普查领导小组办公室印发了 《山丘区中小河流洪水淹没图编制技术要求 （试行）》为全国试点县山丘区中小河流洪水淹没图编制提出了指导依据。 基于暴雨时空特征数据、流域及其河道地形地势、沿河村落及城（集）镇、库闸坝等基础资料，以及遥感影像、基础地理信息数据、山丘区设计暴雨洪水等成果，针对中小河流流域单元，获取中小河流水系及河道地形， 分析典型频率洪水和工程超标准洪水淹没情况， 绘制洪水淹没范围图，为规划编制、灾害防治、监测预警、应急响应、灾后评估等防灾减灾工作提供信息支撑。

1 编制要点

（1）计算范围确定

以中小河流所在流域为单元， 将两岸有人居住或农田等防洪保护对象的河段确定为计算范围。 集水面积200km2为计算范围起点， 集水面积3 000km2为计算范围终点，起点和终点之间，将面积小于200km2的主要流域作为计算范围的支流处理。 沿河有重要村屯及耕地的河段列入计算范围。

（2）洪水计算频率

没有库闸坝等防洪工程的， 采用已有资料或通过分析计算获得典型频率， 即计算分析5 年一遇、10 年一遇、20 年一遇、50 年一遇、100 年一遇等5 个设计暴雨洪水成果， 进而分析各频率洪水淹没情况；如果库闸坝等防洪工程的，分析超标准洪水淹没情况。

（3）资料整理及设计洪水分析

基础资料以中小河流所在流域为单元， 收集和整理水文气象、流域边界、河道（网）、沟道比降、土地利用、植被覆盖、土壤类型、遥感影像、历史洪水等基本数据； 工程方面收集并明确库闸坝等防洪工程措施的防洪设计标准。 针对所收集的资料评估资料的一致性、完整性、合理性；根据遥感影像资料和DEM 资料， 并结合可用的地形实测资料， 对计算范围内河道纵横断面地形进行检查与修正。

河道横断面应当足够长， 一般应到达河道两侧山脚和跨过沿河村落； 高度至少应在山脚和沿河村落高程2m 以上。两个河道断面之间的河道地形应当尽量保持一致； 河道断面平面布设在下列情况下应当加密。 1）河道发生弯曲、转向、突然展宽或者收缩；2）河段所在流域坡面差别较大；3）有堰坝等构筑物改变局地河道地形的河段；4） 保护对象（沿河村落、集镇、城镇）所在河段。 比降是洪水计算中的重要信息。 在获取断面地形基础上，提取相邻断面的最低河底高程； 可运用GIS 技术距离量算功能，获取邻断面间河道长度；根据量算结果计算相应河段河道比降。

搜集已有规划设计资料， 采用已审查批复成果，无相关设计洪水的河流，可采用无资料地区水文手册计算。 采用一维水力学方法或二维水力学模型计算各典型频率洪水情景下的淹没范围、淹没水深， 有条件的地区要计算洪水流速和洪水淹没历时。 各个频率洪水风险要素的二维网格要一致。 对于河道地形数据收集，有实测资料的河段，直接采用测量断面资料作为控制性断面资料；没有实测资料的河段，基于遥感影像、DEM 数据提取河道断面，地形数据可用1：5 万DEM，有条件的地区可选用1：1 万或精度更高的数据。 糙率可结合区域土地利用类型、植被等参考糙率表取值。

表1 土地利用类型及对应糙率取值参考表

（4）合理性分析

与历史洪水资料或者调查的大洪水资料进行比较分析， 与本地区实测水文资料成果进行比较分析，与相似流域洪水成果进行比较分析等，分析计算成果的合理性。 流域面积大于200km2的支流作为独立的计算分析单元要与干流的分析成果相一致， 即注意支流汇入口处淹没范围的一致性检查。 有堤防工程的河段，标准内洪水的淹没范围合理性分析。

（5）洪水损失统计

统计分析不同频率洪灾损失， 包括城乡建设用地、耕地、林地、水域等受灾地类面积统计。 在GIS 中利用计算出的淹没水深DEM 图层和土地调查土地利用图拓扑叠加， 土地利用类别筛选说明如下：

"DLMC"= ′ 城 市′ OR "DLMC" = ′ 村庄′ OR"DLMC" = ′ 公 路 用 地′ OR "DLMC" = ′ 建 制 镇′OR "DLMC" = ′ 农村道路′ OR "DLMC" = ′ 铁路用地′

"DLMC" = ′ 旱地′ OR "DLMC" = ′ 裸地′ OR"DLMC" = ′ 设施农用地′ OR "DLMC" = ′ 水浇地′ OR "DLMC" = ′ 水田′

"DLMC" = ′ 灌木 林地′ OR "DLMC" = ′ 果园′ OR "DLMC" = ′ 其他草地′ OR "DLMC" = ′ 其他林地′ OR "DLMC" = ′ 其他园地′ OR "DLMC" = ′有林地′

其它土地类别说明参照城市建设用地筛选说明，耕地面积统计包含旱地、裸地、设施农用地、水浇地、水田；林地面积统计包含灌木林地、果园、其他草地、其他林地、其他园地、有林地；水域面积统计包含沟渠、河流水面、坑塘水面、内陆滩涂、水工建筑用地、水库水面、沿海滩涂、沼泽地。

（6）绘制淹没图

按照《防汛抗旱用图图式》（SL73.7-2013）等相关要求绘制淹没范围图，图中包括基础底图信息、主要信息和辅助信息等。 以流域为单元，一条河一张图，以影像图为底图，图上包括行政区界、制图说明，设计洪水、洪灾损失统计信息等，重点城镇河段配置局部放大图。

2 典型案例

（1）流域基本情况

小洋河发源于岫岩县洋河镇马家堡村， 流经洋河镇马家堡村、蔡家堡村、贾家堡村后，于丹东市东港市小甸子镇注入大洋河。全长48.7km，流域面积246.5km2， 河道平均比降2.42‰， 堤防长度4.4km。 地 理 位 置 为 东 经123°16′9.2″至123°37′41.7″，北纬40°2′14.2″至39°56′52.3″。 河道上有一中型水库，为罗圈背水库。

该流域地貌为低山丘陵区，自然条件优越，降水充沛，热量充足，土地肥沃，野生经济植物丰富，历史上曾是层峦叠嶂的茫茫林海，生态效益巨大。随着人口不断增加，加之过度开发、保护不力，山林植被遭受一定破坏。 目前虽然林草覆盖程度比较高，但原始森林已砍伐殆尽。 同时存在着林种结构不合理及疏幼林地、荒山荒地、柞蚕场面积过大等不利于水土保持问题。

流域多年平均年降水深932.0mm，多年平均年径流深507.4mm。 降水量年际变化较大，6—9月降水占全年总降水量的70%。 多年平均蒸发量1 100mm，多年平均气温7.5℃—8.0℃，最大冻土深度为102cm。

（2）防洪工程情况

小洋河现有堤防4.4km，其中左岸高卜组桥至高卜组桥上300m， 左岸1 号桥上1 500m 至1 号桥下550m，长度2.35km，工程级别5 级，防洪标准10 年一遇； 右岸1 号桥上1 500m 至1 号桥下550m，长度2.05km，工程级别5 级，防洪标准10 年一遇。

（3）基础资料收集

小洋河罗圈背水库以上设计洪水根据 《大洋河河道治理规划报告》[2]中采用的罗圈背水库除险加固入库成果， 下游采用罗圈背出库与下游区间洪水组合， 下游区间洪水采用 《辽宁省中小河流（无资料地区）设计暴雨洪水计算方法》[3]计算设计洪水， 各支流河口上采用水文比拟法计算设计洪峰流量。计算范围起点为集水面积2.95km2的岫岩县洋河镇马家堡村旗杆底屯。 小洋河河口集水面积为246.49km2，因此下游计算终点为小洋河河口。地形数据采用1：5 万DEM， 采用HEC6.0 软件计算5 年一遇、10 年一遇、20 年一遇、50 年一遇、100年一遇等5 个典型频率洪水。 主河槽糙率为0.025—0.029，滩地糙率取0.03—0.08。小洋河干流有多条支流汇入，计算考虑支流汇入，洪峰流量分8 段进行计算， 计算方案为5 年一遇、10 年一遇、20 年一遇、50 年一遇、100 年一遇等5 个典型频率洪水。

（4）洪水淹没计算

利用HEC-GeoRAS 插件在GIS 中建立河网、河道、汊口、河段等带有河流基础信息的模型，将建好的模型导入HEC6.0 软件，该软件新增了RASMapper 地图编辑工具和栅格计算器功能， 在计算河道水面线的同时，能够模拟出河道淹没情况，并且形成淹没水深DEM 高程模型数据和淹没范围图数据Shp 文件， 利用GIS 软件将淹没范围和土地利用数据库拓扑叠加，计算出各频率淹没损失。注意建设模型时要合理布设断面， 对有河势地形宽度突变河段、洪水易涝区，应适当加密。 各频率洪水淹没计算后， 要与历史洪水资料或调查大洪水资料、本地区实测水文资料成果进行比较分析；与气候条件、地形地貌、流域、河流等相似的设计洪水成果进行比较分析。

表2 小洋河洪水计算成果表 （立方米每秒）

（5） 洪水淹没图绘制

在HEC6.0 软件中，设置好流量、糙率、边界条件等基础信息后，执行计算[4]。加载Rasmaper，勾选各频率水深，就可以看到各频率洪水淹没情况，将淹没范围数据Shp 文件导出加载到GIS 软件，利用各频率洪水范围数据及遥感影像等， 在GIS 中绘制洪水淹没图。

表3 典型频率受灾地类面积统计 （公顷）

图1 小洋河典型横断面

图2 小洋河河道模型

图3 小洋河100 年一遇洪水淹没范围图

图4 小洋河淹没范围图

3 结语

基于GIS、HEC6.0 等软件进行山丘区中小河道水面线推求，以地形数据DEM 为基础，分析区域各典型频率洪水，计算淹没范围和淹没水深，并计算不同频率洪水淹没损失， 以流域为单位绘制洪水淹没图，可以快速掌握各频率洪水灾情，为流域逃生避险、 防洪规划、 土地利用规划等提供参考， 适用于资料缺乏的山丘区中小河流的洪水风险分析[5]。 □

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