新疆洪水灾害风险区划编制实践与思考

牛芳鹏，张江辉，白云岗，卢震林，曹 彪

(新疆水利水电科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830049)

0 引言

洪水灾害是一种普遍存在且对人民生活、社会经济影响深远的自然灾害。我国有超过60%的国土面积、90%以上的人口均存在不同程度的洪水威胁，重要城市、基础设施和粮食主产区主要分布在江河沿岸以及沿海地区，环境复杂多变，洪水威胁度较高[1-2]。为有效预防和控制洪水灾害，进行洪水灾害风险区划研究和应用是非常必要的。2020年5月31日，国务院办公厅印发《国务院办公厅关于开展第一次全国自然灾害综合风险普查的通知》(国办发〔2020〕12号)，定于2020—2022年开展第一次全国自然灾害综合风险普查工作，2020年为第一阶段，完成前期准备与试点任务。2021至2022年为第二阶段，主要任务是完成全国自然灾害综合风险调查和风险评估，汇总普查成果[3-4]。随着科技的不断发展和应用，洪水灾害的预测、预报、监测技术也随之不断提升，为减轻灾害损失提供了有力的支撑和保障[5-7]。洪水风险区划是通过对流域内暴雨特征、洪水淹没情况分析，以综合风险度为主要表征，将研究区域内的洪水灾害风险划分为不同的区域，为防洪工作提供科学依据。

我国对于洪水灾害风险区划的研究始于20世纪80年代，当时主要采用统计方法和GIS空间分析方法，通过对洪水历史资料、水文测站资料和地理信息进行分析，划分出洪水灾害风险区域。随着技术的进步和数据的积累，我国对洪水灾害风险区划的研究逐渐深化和细化。目前，我国的洪水灾害风险区划研究主要从洪水灾害历史资料的挖掘与整理、水文测站数据的分析和整合、GIS与卫星遥感技术等方面展开。王长燕[8]等通过整理、计算和分析大量历史资料，对清朝至民国时期兰州地区洪水灾害进行了时间和空间上的特征分析。刘成武[9]等基于近2000年来的历史资料，对湖北省历史时期的洪涝和干旱灾害进行了统计特征及演变规律的分析。通过对洪水灾害发生过程的回顾和分析，对不同洪水灾害的特点进行研究，为划分洪水灾害风险区域提供基础数据。刘亚[10]等建立了一二维耦合数学模型，研究了在1000年一遇的洪水条件下，松滋江堤发生溃决后，长江干流及防洪保护区内的洪水演进过程，将不同水文测站的数据进行整合和分析，形成一定的水文分区，并分别对不同水文分区的洪水灾害风险进行评估。王磊[11]等基于Sentinel-1ASAR对鄱阳湖流域开展灾前、灾后洪涝范围提取，结果表明，基于SVM方法进行水体提取的总体精度均达到90%以上，Kappa系数均大于0.8，满足洪水变化监测需求。田丰[12]等利用GIS技术进行空间分析和模拟，将洪水灾害历史数据、水文测站数据和地理信息等多源数据整合起来，形成洪水灾害风险区划的空间分布图。然而，当前我国洪水灾害仍然频发，且规模和影响范围越来越大，如何进一步提高洪水灾害信息化普查技术并完善技术应用方案，成为值得探讨和研究的重要课题[13]。根据水利部《全国洪水风险区划及防治区划工作方案(试行)》相关技术要求，新疆自治区洪水风险区划工作任务为对人类活动有影响的513条主要河流。主要对新疆洪水灾害风险区划成果进行论述，并对洪水灾害信息化普查技术应用前景进行探讨，以期提高洪水灾害预测预报能力。

1 区域概况

新疆位于我国西北部，地处欧亚大陆中心，面积166.49万km2。地形态势为南高北低，西高东低，属典型大陆性干旱气候，年均温为8℃，年降水量2871亿m3，平均降水深155.1mm。典型地貌为“三山夹两盆”，北面是阿尔泰山，南面是昆仑山，天山横亘中部。新疆的河流绝大部分属于内陆河流域，地表水年总径流量为879亿m3，径流量季节变化大，年内分配极不均匀。洪水类型主要有暴雨型、季节积雪融水、高山冰雪融水与雨雪混合型洪水等类型，主要分布在4—5月份和7—9月份。

2 洪水风险区划方法

2.1 三区划分

洪水灾害风险区划流程主要包括三区划分、区划分析方案拟定、模型构建、风险要素分析计算等步骤[14]，技术流程如图1所示。新疆三区划分中，根据自然和经济社会因素，以及历史洪水发生情况和灾害影响范围，主要江河防洪区划分以流域和区域防洪规划为基础，按照历史最大洪水淹没或100年一遇设计洪水进行推演；山地洪水威胁区以区域内所有山丘区河流所对应的流域(面积在50～200km2之间)边界范围取外包后进行划定。局地洪水威胁区人口密度一般小于30人/km2，主要涵盖了除以上两个区域外的地区，其中包括草原、沙漠、高原荒漠、戈壁以及高山峡谷等地形，降水量较少，洪水威胁总体不大。

图1 洪水灾害风险区划流程图

2.2 区划分析方案拟定

洪水分析计算方案集合考虑各区划单元的洪水来源、现状设防标准、洪水组合以及溃口位置等因素，包括洪源分析、洪水计算频率选取、洪水组合确定以及溃口(分洪)位置选取等步骤。洪水频率一般选取为5、10、20、50、100、200年一遇。

2.3 区划分析模型构建

流域洪水风险精细化分析采用MIKE FLOOD耦合MIKE 11河道模型、MIKE URBAN管网模型和MIKE 21地表模型构建暴雨洪涝模型[10]。MIKE 11模拟一维河道洪水演进，MIKE URBAN模拟一维排水管网水流演进，MIKE 21模拟二维地表漫流淹没，MIKE 11和MIKE21采用侧向连接，MIKE URBAN和MIKE 21采用检查井连接，MIKE 11和MIKE URBAN采用排水口连接，模型耦合原理如图2所示。MIKE 11可构建一维河网模型，用于城市河道水量模拟，具有节约人力、计算准确和结果可视化的优点。其计算原理是一维水动力学，包括连续方程和运动方程，采用有限差分法进行离散，差分格式为6点中心Abbott-Ionescu格式，离散方程求解采用追赶法。

图2 模型耦合方法

根据建立的洪水风险区划分析模型，计算得到区划单元的最大淹没水深、最大行进流速、以及最大淹没历时等数值。计算单元的风险等级以“综合风险度(R)”为指标，按以下规则进行确定：R<0.15为低风险，0.15≤R<0.5为中风险，0.5≤R<1.0为高风险，R≥1.0为极高风险[15]。

3 新疆洪水区划成果

3.1 三区划分

新疆地区主要江河防洪区分布在塔里木河流域、伊犁河一干三支、喀什噶尔河流域和田河流域范围内，面积共计79876.40km2，占比5.22%；山地洪水威胁区主要分布在和田地区南部、克孜勒苏柯尔克孜自治州、伊犁地区、塔城地区中部河流出山口以上河段，面积共计80895.00km2，占比5.29%；新疆大部分区域为局地洪水威胁区，面积共计1353322.54km2，占比88.45%。

3.2 洪水风险区划

由表1可知，新疆洪水灾害极高风险区域面积5414.99km2，占比0.35%；高风险区域面积3463.81km2，占比0.23%；中风险区域面积8753.72km2，占比0.57%；低风险区域1496461.42km2，占比97.81%。其中：主要江河防洪区极高风险区面积4755.32km2，高风险区面积3507.19km2，中风险区面积5027.87km2，低风险区面积66586.01km2；山地洪水威胁区极高风险区面积336.15km2，高风险区面积431.47km2，中风险区面积3345.04km2，低风险区面积76782.33km2；局地洪水威胁区极高风险区面积6.82km2，高风险区面积5.92km2，中风险区面积20.00km2，低风险区面积1353289.81km2。从分布情况来看极高风险区主要集中在塔里木河流域中叶尔羌河范围内和喀什噶尔河流域范围内；高风险区主要集中在河流出山口等区域。

3.3 洪水防治区划

由表2可知，新疆主要江河防洪区一级重点防治区面积2194.07km2，主要位于金沟河、孔雀河与依格孜亚河等流域；主要江河防洪区二级重点防治区面积5203.82km2，主要位于叶尔羌河、提孜那甫河、克孜河与黑孜泉河等流域；主要江河防洪区中等防治区面积6507.46km2，主要位于伊犁河、克孜河、台兰河与库山河等流域；主要江河防洪区一般防治区面积61991.81km2，主要分布在喀拉米兰河、叶尔羌河、若羌河等流域；洪泛区一般防治区面积3954.25km2，主要分布在布谷孜河、铁列克河、乌鲁阿特河、苏古鲁克河等流域；蓄滞洪区中等防治区面积24.99km2，分布在昌吉州三屯河下游；山地洪水重点防治区面积13650.93km2，主要位于康苏河、恰克马克河、苏滚厄肯河等流域；山地洪水中等防治区面积11251.63km2，主要位于且木干河、故乡河、布谷孜河等流域；山地洪水一般防治区面积55992.44km2，主要分布在喀拉喀什河、精河、巴什雀甫河、尼雅河等流域。

表2 新疆洪水防治区划面积统计 单位：km2

4 结论与展望

以新疆地区为对象研究洪水风险区划方法的适用性，进行区划单元划分、模拟模型构建及区划分析方案制定等工作，对新疆洪水灾害防御具有一定参考价值。新疆洪水灾害极高、高、中风险区域面积分别为5414.99、3463.81、8753.72km2，分别占新疆区域面积的0.35%、0.23%、0.57%，主要位于巴州、阿克苏、和田、阿勒泰、喀什等地，分布在孔雀河、阿克苏河、和田河、叶尔羌河、额尔齐斯河、喀什噶尔河等流域；基本反映了新疆地区洪水风险程度情况及其空间分布特征。新疆地区主要防洪保护区总面积79876.40km2，一级重点、二级重点、中等防洪保护区面积分别占比2.75%、6.51%、8.18%；山地洪水威胁区面积80895.00km2，重点、中等防治区面积分别占比16.87%、13.91%。从防治区划成果来看，新疆地区中小河流河道行洪能力、水利工程设施、风险管理等方面仍然存在薄弱环节，需要进一步提升“四预能力”、完善防洪工程体系建设。

划分洪水灾害风险区是一个复杂而综合性强的工作，需要在评估模型、划分方式、技术体系等方面进一步完善。大部分河流风险评估仅基于历史洪水数据，缺乏综合考虑人口数量、区域防洪需求和地形环境等多方面因素；其次，划分方式不够科学合理。部分地区仅依据流域范围和平均降雨量等因素，易忽视了流域内复杂的地形地貌和土地利用类型等因素，导致划分的区域过于简单；此外，洪水风险区划技术体系需进一步完善，基于洪水危险性评估的基础上考虑孕灾环境脆弱性与承载体易损性。