洪水风险图编制技术研究

第４２卷第４期２０１９年４月

测绘与空间地理信息

ＧＥＯＭＡＴＩＣＳ＆ＳＰＡＴＩＡＬＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

Ｖｏｌ.４２ꎬＮｏ.４Ａｐｒ.ꎬ２０１９

收稿日期:２０１７－１１－２７

作者简介:杨爱玲(１９７４－)ꎬ女ꎬ回族ꎬ内蒙古赤峰人ꎬ高级工程师ꎬ硕士ꎬ２００７年毕业于东北林业大学森林经理学专业ꎬ主要从事地理

信息技术服务㊁航摄遥感等方面的项目管理工作ꎮ

洪水风险图编制技术研究

杨爱玲１ꎬ朱岩隆２ꎬ周㊀泉１ꎬ周㊀源１

(１.自然资源部黑龙江基础地理信息中心ꎬ黑龙江哈尔滨１５００８１ꎻ２.黑龙江拓佳科技发展有限公司ꎬ黑龙江哈尔滨１５００８１)

摘要:洪水风险图是针对未来有一定可能发生的洪水ꎬ对其演进路线㊁时间㊁淹没水深与范围ꎬ以及流速等数据

进行预测ꎬ用来标识洪泛区内洪水可能遭受灾害的重要的防洪非工程措施ꎮ本文对黑龙江省重点地区洪水风险图编制项目中的关键技术和创新特点进行了总结与阐述ꎮ关键词:洪水风险图ꎻ防灾减灾ꎻ地理信息

中图分类号:Ｐ２８５㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１６７２－５８６７(２０１９)０４－０１９７－０３

ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＦｌｏｏｄＲｉｓｋＭａｐＣｏｍｐｉｌａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ＹＡＮＧＡｉｌｉｎｇ１ꎬＺＨＵＹａｎｌｏｎｇ２ꎬＺＨＯＵＱｕａｎ１ꎬＺＨＯＵＹｕａｎ１

(１.ＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＧｅｏｍａｔｉｃｓＣｅｎｔｒｅꎬＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＮａｔｕｒａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓꎬＨａｒｂｉｎ１５００８１ꎬＣｈｉｎａꎻ

２.ＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＴｕｏｊｉａＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｏ.Ｌｔｄ.ꎬＨａｒｂｉｎ１５００８１ꎬＣｈｉｎａ)

Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｆｌｏｏｄｒｉｓｋｍａｐｉｓｆｌｏｏｄｅｖｏｌｕｔｉｏｎｒｏｕｔｅꎬａｒｒｉｖａｌｔｉｍｅꎬｓｕｂｍｅｒｇｅｎｃｅꎬｓｕｂｍｅｒｇｅｎｃｅｓｃｏｐｅａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｔｏｅｘｃｅｅｄｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｓｉｚｅｏｆｔｈｅｐｏｓｓｉｂｌｅｆｌｏｏｄｆｏｒｅｃａｓｔꎬｔｏｉｎｄｉｃａｔｅａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｌｏｏｄｈａｚａｒｄｅｖｅｒｙｗｈｅｒｅｂｙｆｌｏｏｄｉｎｆｌｏｏｄａｒ￣ｅａｏｆｎｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓ.Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｆｌｏｏｄｒｉｓｋｍａｐｐｉｎｇｐｒｏｊｅｃｔｉｎｋｅｙ

ａｒｅａｓｏｆＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇｐｒｏｖｉｎｃｅａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄａｎｄｅｘｐｏｕｎｄｅｄ.

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｆｌｏｏｄｒｉｓｋｍａｐꎻｄｉｓａｓｔｅｒｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｍｉｔｉｇａｔｉｏｎꎻｇｅｏｇｒａｐｈｉｃｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ

０㊀引㊀言

依据«全国中小河流治理和病险水库除险加固㊁山洪地质灾害防御和综合治理总体规划»ꎬ水利部编制了«全国山洪灾害防治项目实施方案(２０１３ ２０１５年)»ꎬ重点地区洪水风险图编制项目是其中主要内容之一ꎮ２０１５年ꎬ黑龙江省启动了重点地区洪水风险图编制项目ꎬ项目的建成将有助于提高防汛部门预防洪水㊁科学调度的能力ꎮ黑龙江省水资源比较丰富ꎬ涵盖黑龙江㊁松花江㊁乌苏里江㊁绥芬河四大水系ꎬ全省长度５００ｍ以上的河流ꎬ总长度超过２０万ｋｍꎬ流域面积５０ｋｍ２及以上河流２８８１条ꎬ近年来洪涝灾害常有发生ꎬ给人民群众生命财产安全带来一定损失ꎬ制约了经济发展ꎮ

１㊀工作概况

洪水风险图是针对未来有一定可能发生的洪水ꎬ对其演进路线㊁时间㊁淹没水深与范围ꎬ以及流速等数据进行预测ꎬ用来标识洪泛区内洪水可能遭受灾害的重要的防洪非工程措施ꎮ根据洪水风险图并结合洪泛区内状

况ꎬ制订土地利用规划ꎬ建立人口和资产密集区避开风险较大的地区ꎻ制订防洪指挥方案ꎬ确定不同风险区域的不同防护标准ꎬ人员遇到灾害时有组织㊁有措施地撤离到安全区域ꎬ避免临危出乱ꎻ合理估算洪灾损失ꎬ为防洪保险提供依据ꎮ

黑龙江省重点地区洪水风险图编制项目共计完成５个防洪保护区㊁１个蓄滞洪区和１个城市共７个重点区域的基本洪水风险图和避险转移图ꎮ洪水风险图编制区域均位于松花江及嫩江干流ꎬ覆盖面积较大ꎬ成果为今后的防汛指挥工作提供技术服务ꎬ黑龙江省洪水风险图管理与应用平台的搭建奠定了基础ꎮ

２㊀总体技术路线

黑龙江省洪水风险图编制项目的主要建设任务为基础资料收集整理㊁制订洪水分析方案㊁模型率定与验证㊁洪水分析计算及成果合理性分析㊁洪水影响分析与洪灾损失评估㊁避洪转移分析㊁风险图图件制作等ꎮ

２.１㊀基础资料收集与整理

收集并整理区域内基础地理信息㊁水文气象资料㊁构

筑物及工程资料㊁社会经济状况㊁历史洪水及灾害资料ꎬ并对收集的资料进行整理分析ꎬ并编制防洪保护区现场调查报告ꎮ

２.２㊀洪水分析计算基础资料收集与整理

对防洪保护区进行洪水来源分析ꎬ设计洪水计算分区及组合方案ꎬ进行模型率定与验证ꎬ确定洪水分析方法和参数ꎬ按照计算方案对洪水进行分析ꎬ获得淹没范围㊁淹没水深㊁流速分布㊁洪水前锋到达时间㊁洪水演进过程等信息ꎬ并进行合理性验证等ꎮ

２.３㊀模型率定与验证

对于河道洪水模型ꎬ先收集实测洪水资料ꎬ然后对模型进行参数率定与验证ꎻ对于保护区内部ꎬ根据收集到的资料ꎬ若条件满足ꎬ则利用实测或调查洪水数据进行模型参数率定和验证ꎻ若条件不满足ꎬ则参考类似区域的实测或调查洪水数据进行参数率定与验证ꎮ

２.４㊀洪水分析计算及成果合理性分析

利用上一步的洪水分析计算模型ꎬ对不同方案进行洪水模拟演算ꎬ得到淹没区淹没范围㊁水深㊁流速㊁洪水到达时间㊁淹没历时等洪水特征信息ꎬ并从流场分布㊁不同方案之间的洪水风险信息比较㊁各方案自身的洪水风险信息分析等途径进行计算成果的合理性分析ꎮ

２.５㊀洪水影响分析与损失评估

分析区域内的淹没范围㊁水深以及淹没历时等要素ꎬ结合淹没区社会经济情况ꎬ对洪水影响及灾害损失进行分析评估ꎬ主要内容包括淹没范围内和各级淹没水深区域内的人口分布㊁耕地面积㊁资产等社会经济指标的统计评估ꎮ

２.６㊀避洪转移分析

利用洪水分析计算成果和淹没损失分析ꎬ综合人口分布㊁撤离道路㊁安置条件等进行避险转移分析ꎬ确定转移人员数量ꎬ规划安置场所ꎬ确定转移路线ꎮ

２.７㊀风险图图件制作

绘制保护区各量级洪水的淹没范围图㊁淹没水深分布图㊁到达时间图㊁淹没历时图等基础洪水风险图和避洪转移图ꎮ

３㊀洪水风险图编制项目成果

３.１㊀基础资料成果

基础资料包括地理㊁水文㊁构筑物及工程调度㊁社会经济及历史洪涝灾害资料ꎬ资料来源可靠㊁内容准确ꎬ并按照风险图编制项目要求进行了整编ꎮ

３.２㊀模型成果

黑龙江省洪水风险图共有保护区图５个㊁城市洪水风险图１个㊁蓄滞洪区洪水风险图１个ꎮ每个编制区域均单独建立１个洪水模型ꎬ哈尔滨除外洪模型外还建立了１个内涝模型ꎮ

３.３㊀图件成果

图件成果主要包括淹没水深㊁淹没历时㊁到达时间３个种类洪水风险图ꎬ淹没范围图㊁避洪转移图和１９９８年实际堤防溃决的淹没水深㊁淹没历时㊁到达时间图ꎮ３.４㊀洪水风险分析成果

洪水风险分析成果主要包括保护区计算方案及避险转移单元数ꎮ

４㊀关键技术

在建设过程中综合运用了ＧＩＳ㊁ＧＰＳ㊁ＲＳ技术ꎬ在现场查勘㊁补充测量和资料收集与整理的基础上ꎬ编制基本洪水风险图和避险转移图ꎮ该成果包含丰富的基础地理信息数据ꎬ具有较强的实用性ꎮ城区管网概化采用ＤＨＩ

ＭｉｋｅＵｒｂａｎꎬ将离散地下管网㊁排水篦子㊁内河统一概化为按时间－空间变化的空间地理信息数据ꎬ可以单独提取ꎬ为水利㊁市政部门相关规划㊁设计工作提供依据ꎮ

４.１㊀模型构建

根据防洪区域结合实际ꎬ基于地理信息数据与水利数据开展淹没分析㊁避洪转移㊁损失评估㊁风险区划等洪水影响分析计算ꎬ编制不同频率洪水组合分析㊁堤防漫溢或漫决情况下的洪水分析㊁洪水影响分析与损失评估等图ꎮ

洪水风险图采用洪水分析软件(ＭＩＫＥ系列)ꎬ采用该软件模拟河道洪水演进过程及溃堤洪水的模型ꎻ利用该软件模拟推演保护区和蓄滞洪区的洪水淹没过程ꎮ由于河道洪水㊁区域内地表洪水之间存在实时交换ꎬ将河道洪水和地表洪水经过耦合后联立计算ꎮ城市内涝洪水采用Ｍｉｋｅ模型ꎬ市区河道一维㊁地面二维㊁地下管网模型分别采用Ｍｉｋｅ模型中的Ｍｉｋｅ１１㊁Ｍｉｋｅ２１和ＭｉｋｅＵｒｂａｎ计算ꎮ以上软件均经过验证ꎬ适应性较好ꎮ模型中区间入流以点源方式加入干流ꎬ线性阻水建筑物概化为堰ꎬ城市建筑物以糙率概化ꎬ城市管网概化为排水能力ꎮ城区蒸散发及下渗处理方式概化为径流系数及净雨折损ꎬ其他防洪保护区㊁蓄滞洪区蒸散发及下渗模型中不予考虑ꎮ外洪水模型采用实际年型洪水拟合下游水文站实测水位求得ꎬ内涝模型拟合实际降雨ꎮ项目提出的模型构建㊁洪水分析㊁洪水影响分析㊁淹没损失评估㊁避险转移风险图㊁图件绘制等技术路线和工作方法均较为先进ꎮ４.２㊀洪水分析方案设计

洪水组合方案主要采用典型年法和同频率法ꎮ洪水一般选择设计标准和超标准两种量级ꎬ其中ꎬ超标准采用高于设计标准一个量级的洪水ꎬ若现状堤防尚未达标ꎬ再增加一组比设计标准低一个量级的洪水ꎬ暴雨频率采用１年一遇到５０年一遇ꎮ

项目完成２０㊁３０㊁５０年和１００年４个量级的洪水㊁６个溃口的组合方案ꎮ溃口位置的选择主要考虑历史溃口㊁险工险段及河势变化㊁堤防重点防洪段以及其他因素ꎬ并结合现场调查㊁咨询当地水利专家选取ꎮ溃口类型根据实际情况选择矩形或者梯形ꎬ溃口过程选择瞬溃ꎬ溃决时机低于堤防设计频率采用最大流量溃堤ꎬ高于设计频率洪水选择设计水位溃堤ꎮ模型上下边界选择上下游的控制水文站ꎮ

４.３㊀参数率定㊁模型验证和成果合理性分析一维水动力模型精度影响较大的参数主要为河道糙率㊁河道断面形状ꎬ对于河道糙率ꎬ采用相应防洪专题报告中的糙率文件作为初选参数ꎬ根据典型年实测流量资

８９１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀测绘与空间地理信息㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１９年