洪水风险图的制作及应用

洪水进入蓄滞洪区后，由于受地理条件的控制， 其水流的演进与河道相比， 具有两个明显特点。第一， 洪泛区的糙率较河道大得多。天然河道的来水来沙在 年际和年内间尽管存在着丰、 平、 枯的变化， 但因为形 成年代久远，其形态是水流与河床长期相互作用的产 物， 水流所受阻力不是很大。而洪泛区则不然， 区内都 有人类活动， 存在着大量的道路、 村庄、 庄稼、 树木等， 分蓄洪后，水流在演进过程中，必然要受到较大的阻 力， 因此糙率要比天然河道大得多。资料表明， 洪泛区 糙率一般达 %# & ’ %# $%，而河道仅为 %# %$ ’ %# %(。第 二，洪泛区水面的长宽比远远小于河道。天然河道从 整体上看， 皆成狭长形， 长宽比很大， 而洪泛区水面宽 广， 长宽比要小得多。洪泛区地理条件上的两个特点， 也使得洪泛区水流不同于河道水流，一是由于长宽比 小，在研究洪泛区水流演进时，采用二维恒定流基本 方程来描述较适宜。二是由于洪泛区水面宽广，糙率 较大，流速相对较小，因此在二维非恒定流中其对流 项所占的比例不大，可忽略它们从而使模型的求解大 为简化。 "# !# " 洪泛区洪水演进的数学模型 第一，洪水演进计算采用二维非恒定流离散方 程。计算主要参数有计算柱体的平均水深、 平均流速、 单宽流量、 水面高程、 床面切应力和动水总压力等。 当确定了初始条件、水文条件和边界条件时，就 可由上述公式反复循环一直递推到计算所需时刻。 第二，定界条件：此方程是描述洪泛区二维非恒 定流的普遍式，只有当它们与特定洪泛区的定界条件 结合起来，才能构成描述该特定洪泛区水流演进的数 学模型，通过数值模拟，可以确定泛滥水流的特征 值。一般而言， 定界条件包括如下四项：
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பைடு நூலகம்
洪水风险图的含义及作用 洪水风险图 （=>??@ *ABC DEF） 又称洪水危险区
及撤离路线， 布置抢险救灾力量， 可做到临危不乱， 减 小灾害损失。另外，洪水风险图也是科学评价各项防 洪措施的经济效益，合理制定不同风险区防洪标准的 重要 依据。 . 洪水风险图绘制方法 洪泛区洪水风险图绘制方法，归纳起来有三类： 即实测资料分析调查、河工模型试验、非恒定流数据 模拟。 .G 8 实测资料分析调查 实测资料分析调查即洪泛区实地调查的方法，它 是以历史洪水痕迹、一些特定位置点的观测记录、文 献记载，以及在大洪水时的航测照片等为基础，确定 洪水水面线和淹没范围。它不需要详细的地形资料， 可以较快地绘出以应付急用。但是，因历史洪水一般 距现在较远，地形地貌均有较大差异，其次从洪痕上 也难以得到一场洪水的全过程，航测照片往往因天气 条件恶劣， 清晰度较差， 也难以记录下洪水全貌， 至于 洪水演进的流速、水深等特征值也只能估算得出。故 本方法所得成果比较粗糙，多用于对特大洪水灾害的 宏观认识和下述两种方法所得成果的定性检验。 .G . 河工模型试验 河工模型试验即根据相似原理和河工模型试验 所应遵循的相似准则，将洪泛区缩制成某一比例的模 型， 通过量测模型水流的流速、 流向和水深等要素， 推 算原型中洪流演进的态势及相应各点的水力特征值， 由此可绘出洪泛区洪水风险图。由于模型可重复试 验，欲求得各种频率洪水条件下的泛滥资料较容易， 因此利用河工模型试验绘制蓄滞洪区洪水风险图，不 失为一种有效的途径。但是， 洪泛区一般范围宽广， 制
3 $ 4 陈浩， 仇劲卫等 # 北江大堤保护范围洪水风 险图的制作与应用 # 水利水电技术， "%%% ) 5 3 " 4 张岳 # 积极研究非工程防洪措施和政策 # 水 利工程管理技术， $67& ) " 3 ! 4 吴持恭 # 水力学： 高等教育出版社， $67!
3 作者简介 4 李晓新 ) $652 8 - ， 男， $662 年毕业于华北水利水电学 院水利系水工专业， 助理工程师。 3 收稿日期 4 "%%" 8 %7 8 "2
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山西水利
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洪水风险图的制作及应用
李晓新
; 山西省防汛抗旱指挥部办公室， 山西 太原 /1///. <
2 摘要 3 洪水风险图是防洪抢险指挥、 决策的重要依据， 介绍了洪水风险图的作用及绘制， 着重论述了制作洪水风险图的具 体绘制方法和步骤。 2 关键词 3 洪水风险图； 绘制； 减灾 2 中图分类号 3 (4566 2 文献标识码 3 7 2 文章编号 3 8//9 : 6/9. ; .//. < /0 : //1. : /.
李晓新： 洪水风险图的制作及应用
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作的模型若比例过小， 则满足不了精度要求； 比例大， 则费用太高， 且模型试验周期较长。因此， 本方法的应 用也受到一定的限制。 "# ! 非恒定流数值模拟 河工模型试验通常又称实体模型，而非恒定流数 值模拟方法系由描述洪水系统实际水流的非恒定流 基本方程及有关定界条件而构成的数学模型。其作法 是： 将模型所概化的实际洪水系统的地形、 河道、 阻水 建筑物等自然地理信息以及洪水信息，按程序规则输 入计算机， 求解基本模型， 得出水流非恒定流方程， 具 有精度高、 信息量全面、 运算灵活和费用低等特点， 近 年来得到了广泛应用和发展。 "# !# $ 方法 非恒定流数值模拟绘制洪水风险图的原理和
初始条件：即迭代计算开始时刻洪泛区各点的流 速 ) *+ , - 和水深 ) . - 的分布， 对洪泛区取初值为 %。 水文条件：系指入流条件和出流条件。入流条件 即洪水进入洪泛区的进口水流条件，由入流水位（或 流量） 过程线体现。当洪泛区有多个水源时， 要考虑水 源之间的洪水遭遇问题；若洪泛区有多个进口时，除 分别考虑它们各自的入流过程外，还应注意各自的水 流流路及注泄去向。出流条件，即洪泛区洪水退水口 处的水流条件， 由该处的水位流量关系来体现。 边界条件： 包括洪泛区网格、 地形及周边界。应用 二维差分格式进行洪泛区洪流演进计算，先将计算区 域分成网格。网格的大小适中取值；一般应使得计算 域中的村庄、重要设施能够辨认为宜，同时兼顾到计 算精度、计算费用及稳定性。地形是指计算域内各处 的地面高程， 村庄的位置和面积， 公路、 铁路等， 这些 数据最好由 $ / $%%% 地形图确定。周边界即计算域堤 岸边位置、 高程， 必要时还应考虑堤身质量。 糙率率定：糙率直接影响着计算成果的正确与 否。而糙率本身又十分复杂， 与多种因素有关， 如洪泛 区地形地貌、 植被、 土壤、 水位高低、 阻水建筑物的密 度与走向， 甚至因季节不同， 作物长年的差异， 都会造 成糙率的不同。同时，一般洪泛区也缺乏本区域实测 糙率资料，因此目前多通过上机率定来解决。其做法 是： 首先根据计算域内的地形地貌、 植被、 阻水建筑物 分布、洪水泛滥季节等情况，参照以往工程实例或有 关手册，初定糙率值，然后用数学模型对历史洪水入 流资料进行洪水演进模拟，进而将计算结果与历史洪 水泛滥资料对照分析，若其误差在允许范围之内，就 取设定值，否则调整糙率值重新演算，直至满足要求 为止。此项率定工作十分重要，它直接关系着成果的 可信度。对河床糙率的取值， 可采用经验估值， 即居民 区 0 1 %# %(， 稻田和农田 0 1 %# %"&， 森林 0 1 %# %2。 参 考 文 献
图。洪水灾害不仅与洪水淹没范围有关，而且与洪水 演进路线、 到达时间、 淹没水深及流速大小等有关。洪 水风险就是洪泛区发生可能的超标准洪水时，其各处 的上述特征标示图，反映出洪泛区各处在遭受超标准 洪水时的危险程度。不同频率的洪水有其相应的洪水 风险图。为适应风险分析的需要，通常需绘制几种不 同频率的洪水风险图， 如 8/ 年一遇、 ./ 年一遇、 0/ 年 一遇和 8// 年一遇等。由于洪泛区内地形条件的差 异， 各处成灾的程度也就不同， 因此， 同一洪泛区又常 划分成几个不同风险程度的风险区。 8G 8 合理制定洪泛区的土地利用规划，避免在风险 大的区域出现人口与资产的过度集中 我国人多地少，而洪泛区一般土地肥沃，加上防 洪工程减少了洪水泛滥的机遇，因此也淡化了洪水的 威胁感，使洪泛区开发速度过快。例如汉江杜家台分 蓄洪区 8H5H 年分洪一次的直接淹没损失为 8HI9 年 的 H 倍， 逐年资产以 HG . J 的速度递增。又如河北省 文安洼分洪区， 年平均 8H56 年财产为 8HII 年 0G 6 倍， 洪水风险图可以提醒人们洪水风险的 递增率 5G I J 。 存在， 从而合理开发和管理洪泛区。 8G . 合理估计洪灾损失， 为防洪保险提供科学依据 为了合理确定保险率，需要有一种说明洪泛区财 产在不同洪水时的损失分布图，即保险率图，而该图 是在洪水风险图基础上绘制的。因此，洪水风险图是 洪水保险率确定的基础。 8G 1 合理制定防洪抢险指挥方案， 指导分洪决策 科学制定防洪抢险指挥方案，合理确定避难对象