淺談吉林省洪水風(fēng)險圖項目實施
——以中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司所承擔(dān)項目內(nèi)容為例

謝成海，綦 晶

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，130021，長春）

淺談吉林省洪水風(fēng)險圖項目實施
——以中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司所承擔(dān)項目內(nèi)容為例

謝成海，綦 晶

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，130021，長春）

吉林省洪水風(fēng)險圖項目通過開展外業(yè)調(diào)查，一、二維水動力模型構(gòu)建，洪水分析，洪災(zāi)損失評估等工作，對防洪保護(hù)區(qū)進(jìn)行了系統(tǒng)的洪水風(fēng)險評估，計算結(jié)果包括最大淹沒水深、到達(dá)時間、流速等水情指標(biāo)與洪災(zāi)損失評估災(zāi)害指標(biāo)，同時根據(jù)保護(hù)區(qū)的基本情況制定了避洪轉(zhuǎn)移方案。以中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司所承擔(dān)項目內(nèi)容為例，闡述項目編制技術(shù)，介紹了項目在模型構(gòu)建、系統(tǒng)構(gòu)建等工作中取得的突破，所取得成果為洪水管理提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與技術(shù)支持。

洪水管理；風(fēng)險圖；一、二維水動力模型；防汛抗旱指揮支持系統(tǒng)；吉林

2013—2015年，吉林省先后開展了城市、防洪保護(hù)區(qū)、中小流域洪水風(fēng)險圖編制任務(wù)共計16項，其中10項由中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司（下文簡稱“中水東北公司”）承擔(dān)。通過為期3年的洪水風(fēng)險圖編制項目建設(shè)，總結(jié)出一些編制技術(shù)要點，取得了洪災(zāi)損失評估成果、避洪轉(zhuǎn)移成果、洪水風(fēng)險圖圖集繪制及吉林省系統(tǒng)平臺構(gòu)建等工作成果。

一、項目實施技術(shù)要點

1.基礎(chǔ)資料收集

基礎(chǔ)資料的準(zhǔn)確性是決定洪水風(fēng)險圖編制模型精度與洪災(zāi)損失評估的關(guān)鍵因素。除按規(guī)范要求收集歷史洪澇災(zāi)害、經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、水利工程建設(shè)情況等基礎(chǔ)資料外，吉林省將本地特點與防洪工作實際經(jīng)驗相結(jié)合，在風(fēng)險圖編制過程中重點收集以居民點為單位的居民基本信息情況，并對洪水風(fēng)險區(qū)域內(nèi)的重點構(gòu)筑物進(jìn)行測量。

吉林省幅員遼闊，居民一般以自然村落為居住單元，散布在洪水風(fēng)險區(qū)內(nèi)。一個行政村的居民可能分布于多個居民點，居民點之間有時相隔較遠(yuǎn)。若以行政村為單元調(diào)查相關(guān)信息，編制防洪預(yù)案，則可能降低實用性，延緩轉(zhuǎn)移效率。如果以居民點為單元收集基本信息，將增加基礎(chǔ)資料的準(zhǔn)確性，提高防洪預(yù)案的便利性。在前后3年的風(fēng)險圖編制過程中，吉林省共普查1 000余個居民點的信息，形成居民點基本信息數(shù)據(jù)庫，為防洪決策提供了可靠準(zhǔn)確的依據(jù)。

洪水風(fēng)險區(qū)內(nèi)構(gòu)筑物是影響洪水淹沒風(fēng)險的重要因素，近年我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐較快，而國家地理信息系統(tǒng)的更新周期相較構(gòu)筑物的建設(shè)速度有一定的滯后，例如洪水風(fēng)險計算中高速公路的橋涵位置、大小等構(gòu)筑物局部細(xì)節(jié)，國家地理信息系統(tǒng)還無法提供。因此在編制洪水風(fēng)險圖過程中，為保證計算結(jié)果可靠與準(zhǔn)確，需要詳細(xì)地對構(gòu)筑物進(jìn)行補充測量。

圖1 嫩江右岸洪水穿越涵洞演進(jìn)示意圖

2.模型構(gòu)建

在吉林省洪水風(fēng)險圖編制項目中，防洪保護(hù)區(qū)風(fēng)險圖與中小河流風(fēng)險圖項目采用的是一維河道、二維地表與潰堤模型三者耦合的方法，城市洪水風(fēng)險圖則采用一維河道、二維地表與管網(wǎng)模型三者耦合的方法。洪水分析均采用MIKE系列洪水模擬軟件，其中采用MIKE 11軟件模擬河道洪水演進(jìn)過程及潰堤洪水；采用MIKE 21軟件模擬城區(qū)地表的洪水演進(jìn)過程；采用MIKE URBAN軟件模擬城市管網(wǎng)水流過程；采用MIKE FLOOD軟件將上述模型耦合，求解相應(yīng)結(jié)果。

模型構(gòu)建過程中，除了需要達(dá)到目前規(guī)范要求外，保護(hù)區(qū)內(nèi)局部地形的處理是影響結(jié)果的關(guān)鍵因素之一。這些局部地形一般可分為區(qū)域內(nèi)阻水構(gòu)筑物、導(dǎo)水構(gòu)筑物與其他區(qū)域聯(lián)通構(gòu)筑物三類。如保護(hù)區(qū)內(nèi)的高等級公路、鐵路及農(nóng)田灌溉渠道堤防，均會干擾該區(qū)域的洪水運動，影響洪水淹沒面積、洪水淹沒范圍、水深與流速等，因此在對構(gòu)筑物進(jìn)行精確測量的基礎(chǔ)上，要在模型中概化其阻水、導(dǎo)水、過水作用，以便反映洪水演進(jìn)實際情況。以嫩江右岸防洪保護(hù)區(qū)為例，白城市鎮(zhèn)賚縣境內(nèi)原S217省道經(jīng)2007年升級翻建后，其路基增高，對洪水阻隔能力較強(qiáng)，在模型中考慮此公路后，洪水基本被阻擋在公路東側(cè)，洪水淹沒范圍較無公路情況縮小，從而減少了洪水損失，并減輕了對鎮(zhèn)賚縣縣城的威脅。

農(nóng)田灌溉渠、公路與鐵路下穿立交或隧道是風(fēng)險區(qū)域內(nèi)主要的導(dǎo)水構(gòu)筑物，洪水經(jīng)這些構(gòu)筑物進(jìn)入其他區(qū)域，增大了洪水淹沒面積，這些構(gòu)筑物可能分布在幾百千米范圍內(nèi)，普查時易忽略。以嫩江右岸防洪保護(hù)區(qū)為例，風(fēng)險區(qū)域內(nèi)從北至南貫穿G12高速公路與烏渾鐵路，這兩者地基較高，對洪水阻隔能力較強(qiáng)，從宏觀角度來看，洪水必然會被阻隔在兩者以東。但由于兩者沿線分布了下穿隧道與橋梁，如圖1所示，洪水通過這些導(dǎo)水構(gòu)筑物進(jìn)入到另一側(cè)，增大了淹沒范圍。

分析區(qū)域與其他區(qū)域連通構(gòu)筑物是確保洪水分析水量平衡正確的關(guān)鍵，一般分為兩類：一種是陸地邊界，通過此類構(gòu)筑物與風(fēng)險區(qū)域外的陸地區(qū)域相連，如鐵路和橋梁將風(fēng)險區(qū)域與其他區(qū)域分割或連通；另外一種為水陸邊界，通過此類構(gòu)筑物與湖泊或河流相連，如溢流壩或防洪閘。前者如果設(shè)置不當(dāng)，會人為減輕該地區(qū)的洪水風(fēng)險而誤判下游洪水風(fēng)險；在未考慮后者的情況下，潛在風(fēng)險區(qū)則會被忽略。

3.模型驗證

根據(jù)區(qū)域?qū)嶋H情況，嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)范構(gòu)建洪水分析模型后，洪水分析的準(zhǔn)確性受參數(shù)率定結(jié)果影響，而模型驗證體現(xiàn)了參數(shù)率定后的實際成果，可直接體現(xiàn)出模型的計算準(zhǔn)確性。吉林省風(fēng)險圖項目的驗證工作主要分為一維河道驗證與二維區(qū)域驗證。一維河道驗證資料采用河道實際流量與水位，二維區(qū)域驗證資料采用歷史潰堤洪水調(diào)查資料。由于二維區(qū)域驗證資料較難收集，且歷史情況較難還原，驗證成果一般與實際調(diào)查情況差別較大。在吉林省風(fēng)險圖編制過程中，盡量還原洪水發(fā)生時期的地形地貌，幾處驗證點的誤差均較小，準(zhǔn)確性較高。

（1）樺甸市歷史洪水潰堤驗證

松花江流域的樺甸市城區(qū)有年代較近的1995年歷史潰堤洪水調(diào)查資料，采用1995年8月松花江大洪水樺甸市堤防潰決后的淹沒范圍對二維非恒定流模型的參數(shù)進(jìn)行驗證。

1995年松花江大水致使樺甸大堤下游堤段發(fā)生2處潰決，總潰口寬度約310m，樺甸市區(qū)除北臺子、西臺子村的局部高地以外全部被淹。根據(jù)歷史調(diào)查資料，模擬樺甸市1995年堤防潰決后城區(qū)的洪水淹沒情況，其中二維模型的邊界條件為樺甸市潰口流量過程，采用中水東北公司1996年調(diào)查分析成果，模型的水位初始條件參照樺甸市實際地面高程設(shè)定為261.00m，流速初始條件統(tǒng)一設(shè)定為0。采用模型計算的淹沒范圍與1995年實地調(diào)查淹沒范圍對比見圖2。

由圖2可見，模擬與調(diào)查的淹沒范圍基本一致，淹沒面積相差僅4%，誤差產(chǎn)生的主要原因為樺甸市城區(qū)1995年至今發(fā)展變化較大，地形存在一定的差異。

圖2 驗證模擬與1995年洪水調(diào)查淹沒范圍對比圖

圖3 驗證模擬與1998年洪水淹沒范圍對比圖

表1 編制單元名稱與方案統(tǒng)計表

（2）胖頭泡歷史潰堤洪水驗證

1998年，松花江流域嫩江干流左岸肇源境內(nèi)曾發(fā)生潰決。利用胖頭泡潰口外泄洪水的淹沒范圍對二維非恒定流模型的參數(shù)進(jìn)行驗證。二維非恒定流模型的邊界條件為嫩江左岸胖頭泡決口處的流量過程，流量過程摘錄自《1998年松花江暴雨洪水》。采用模型計算的淹沒范圍與實際調(diào)查所得的淹沒范圍見圖3。洪水模擬計算的淹沒范圍與調(diào)查淹沒范圍相差較小，相對誤差為4.4%，誤差產(chǎn)生的主要原因在于本次模擬采用的地形數(shù)據(jù)來自1∶50 000地形圖的高程信息，其精度略低，且1998年洪水淹沒范圍根據(jù)調(diào)查所得，在個別地區(qū)可能與實際淹沒范圍有差別。

圖4 吉林省防汛抗旱指揮支持系統(tǒng)界面

二、編制成果

1.洪水風(fēng)險圖圖件成果

洪水風(fēng)險圖圖件包括淹沒范圍、淹沒水深、洪水流速、到達(dá)時間、避險轉(zhuǎn)移5個種類?？傆嬙O(shè)置計算方案165個，繪制各類洪水風(fēng)險圖555幅，詳細(xì)統(tǒng)計見表1。

2.防汛抗旱指揮支持系統(tǒng)

為使洪水風(fēng)險圖編制項目成果得到更廣泛應(yīng)用，中水東北公司開發(fā)了可與吉林省天地圖防洪系統(tǒng)結(jié)合的防汛抗旱指揮支持系統(tǒng)。系統(tǒng)基于.Net、Java Script開發(fā)，使用B/S模式。二維地圖服務(wù)使用ArcGIS，三維地圖服務(wù)使用SkyLine進(jìn)行，實現(xiàn)洪水風(fēng)險圖系統(tǒng)二、三維聯(lián)動。該系統(tǒng)功能主要包括4個部分：基本信息展示、風(fēng)險圖展示、數(shù)據(jù)統(tǒng)計匯總和詳細(xì)信息（系統(tǒng)界面見圖4）。

基本信息展示主要包括區(qū)域簡介和潰口信息；風(fēng)險圖展示主要包括淹沒范圍以及不同量級的洪水流速、淹沒水深和到達(dá)時間，分別在二、三維地圖中展示；數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計主要包括災(zāi)害影響的社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)；詳細(xì)信息主要包括被淹沒地區(qū)的統(tǒng)計列表，被淹沒屯的社會經(jīng)濟(jì)、轉(zhuǎn)移路線、轉(zhuǎn)移路線的長度以及轉(zhuǎn)移需要的時間等信息，分別在二、三維地圖中對轉(zhuǎn)移路線進(jìn)行展示；除此之外，還包括二、三維地圖動態(tài)洪水演進(jìn)。

系統(tǒng)在統(tǒng)一坐標(biāo)系下，以吉林省地圖為背景，實現(xiàn)了瀏覽、定位以及數(shù)據(jù)查詢和分析等功能。系統(tǒng)支持和實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)有：三維景觀數(shù)據(jù)集成技術(shù)、海量數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布技術(shù)、虛擬現(xiàn)實與地理信息系統(tǒng)的集成。

通過以上關(guān)鍵技術(shù)，能夠?qū)⑤敵龊Ａ繑?shù)據(jù)的3D場景提供給局域網(wǎng)訪問；采用標(biāo)準(zhǔn)COM界面與本地和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序相連接，提供訪問GIS高級分析功能的接口；可進(jìn)行多用戶并發(fā)訪問，且可在該場景中進(jìn)行流暢漫游；增強(qiáng)本地和遠(yuǎn)程用戶安全性保證；對三維地形數(shù)據(jù)以獨有的流數(shù)據(jù)形式傳輸?shù)絻?nèi)部網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)；擁有良好的可擴(kuò)展性；通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)或因特網(wǎng)進(jìn)行三維數(shù)據(jù)傳輸；對于低帶寬的情況，能夠充分利用多處理器服務(wù)器的硬件優(yōu)勢進(jìn)行優(yōu)化處理；能夠有效處理大量數(shù)據(jù)集。

3.洪水風(fēng)險圖絲綢圖件

除基于電子平臺的風(fēng)險圖應(yīng)用系統(tǒng)，為了提高野外實地的運用效率，各項目通過整合各頻率的洪水淹沒圖，運用軍工制圖技術(shù)，印制成A0幅大小的可折疊抗污漬絲綢圖件。該絲綢圖件體積小、重量輕，可隨身攜帶，配有文字及村屯說明，可實地指導(dǎo)抗洪工作?！?/p>

責(zé)任編輯 董明銳

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

謝成海，助理工程師。

全國重點地區(qū)洪水風(fēng)險圖編制項目。