城市洪水風(fēng)險圖編制技術(shù)研究

李永坤，董傳紅，薄麗東，軒 靖

（1.河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250；2.保定市西大洋水庫管理處，河北 保定 072350）

城市洪水風(fēng)險圖編制技術(shù)研究

李永坤1，董傳紅1，薄麗東1，軒 靖2

（1.河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，天津 300250；2.保定市西大洋水庫管理處，河北 保定 072350）

洪水風(fēng)險圖是一種融合了地理、社會經(jīng)濟信息、洪水特征等信息的專題地圖，采用了Acrgis（地理信息系統(tǒng)）、SQL數(shù)據(jù)庫等先進技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于防洪減災(zāi)、洪水保險、各種發(fā)展規(guī)劃、災(zāi)害評估等諸多方面。城市洪水風(fēng)險圖的繪制對預(yù)防城市外圍洪水及降低城市內(nèi)澇洪水影響、土地利用、城市發(fā)展規(guī)劃等方面，起到重要的參考作用。該文以保定市為例，對風(fēng)險圖編制中的技術(shù)經(jīng)驗進行了總結(jié)，為今后工作提供借鑒。

洪水風(fēng)險圖；城市；編制技術(shù)

1 城市洪水風(fēng)險圖編制及保定市概況

1.1 城市洪水風(fēng)險圖特點

洪水風(fēng)險圖是一種融合地理、社會經(jīng)濟、洪水特征等信息，可直觀判定區(qū)域內(nèi)遭受洪水災(zāi)害危險性大小的科學(xué)工具，可廣泛應(yīng)用于防洪減災(zāi)、洪水保險、各種發(fā)展規(guī)劃、災(zāi)害評估等諸多方面。洪水風(fēng)險圖可分為江河湖泊洪水風(fēng)險圖、蓄滯洪區(qū)洪水風(fēng)險圖、水庫洪水風(fēng)險圖、城市洪水風(fēng)險圖4類。城市洪水風(fēng)險圖與其他3類相比有以下特點：①洪水對象不同。江河湖泊、蓄滯洪區(qū)及水庫洪水風(fēng)險圖研究的洪水對象主要為威脅人民生命財產(chǎn)安全的“大洪水”；城市洪水風(fēng)險分為外圍洪水和內(nèi)澇洪水，以內(nèi)澇洪水為主。②行洪條件不同。江河湖泊、蓄滯洪區(qū)及水庫洪水主要通過河道及漫坡行洪；城市內(nèi)澇洪水主要通過城市排水系統(tǒng)及街道行洪。③保護對象不同。江河湖泊、蓄滯洪區(qū)及水庫洪水風(fēng)險圖保護對象主要為人民生命財產(chǎn)安全；而城市一般防洪標準較高，一般外圍均有防洪大堤防護外圍洪水，城市洪水風(fēng)險圖主要以分析內(nèi)澇洪水對人民生產(chǎn)生活的影響為主。

2004年，國家防總組織力量編制了《洪水風(fēng)險圖編制導(dǎo)則》，并在全國七大流域各挑選了部分試點先行開展洪水風(fēng)險圖編制工作。其中保定市為海河流域試點之一。本文以保定市洪水風(fēng)險圖編制為例，對城市洪水風(fēng)險圖編制技術(shù)進行了初步研究。

1.2 保定市概況

保定市位于河北省中部，地處華北平原的西北腹地、太行山東麓，屬大陸性半干旱季風(fēng)氣候區(qū),多年平均氣溫12.4℃，風(fēng)向以西南風(fēng)和西北風(fēng)居多。保定市區(qū)是以輕紡工業(yè)為主，科研教育事業(yè)比較發(fā)達，是座歷史悠久的文化古城，市區(qū)總?cè)丝?2.4萬人，其中非農(nóng)業(yè)人口51萬人，建成區(qū)面積51.5km2，市區(qū)工業(yè)總產(chǎn)值43億元。

直接影響保定市區(qū)防洪安全的外圍行洪河流共14條，分為北部漕河系統(tǒng)、西南部清水河系統(tǒng)及穿過市區(qū)的府河三大系統(tǒng)。為防止外圍洪水對市區(qū)的影響，保定市防洪工程體系主要為環(huán)繞市區(qū)的防洪大堤，防洪大堤設(shè)計防洪標準為100a一遇，除交叉路口未封堵外，基本達到設(shè)計防洪能力。根據(jù)預(yù)測，到2020年保定市區(qū)人口規(guī)模為90萬人，按照GB50201—94《防洪標準》，保定市區(qū)的規(guī)劃防洪標準為100a一遇。根據(jù)《河北省城市防洪規(guī)劃》，規(guī)劃總體布局仍然以防洪大堤為城市防洪的屏障；市內(nèi)骨干河道進行治理配套；外圍河道進行整治。低標準洪水沿河道下泄，高標準洪水由防洪大堤防御，市內(nèi)相應(yīng)雨水從排水管網(wǎng)集于府河下泄。

1.3 城市洪水風(fēng)險圖編制方法

城市洪水風(fēng)險圖編制亦由3部分組成：（1）洪水風(fēng)險分析；（2）SQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；（3）風(fēng)險圖管理平臺。

首先對城市暴雨洪水行洪情況及城市排水系統(tǒng)排水過程進行洪水演進分析，并轉(zhuǎn)化成SQL數(shù)據(jù)庫及ARCGIS地圖需要的格式，利用風(fēng)險圖管理系統(tǒng)集成最終的電子版洪水風(fēng)險系統(tǒng)并繪制紙質(zhì)版洪水風(fēng)險圖。其中的關(guān)鍵是洪水風(fēng)險分析技術(shù)路線和方法。

1.4 基礎(chǔ)資料

編制保定市區(qū)洪水風(fēng)險圖采用的基礎(chǔ)資料包括大比例尺地形圖、歷史暴雨及水災(zāi)資料、城市排水系統(tǒng)資料、社會經(jīng)濟資料、重點保護對象調(diào)查、有關(guān)規(guī)劃資料等。

2 洪水風(fēng)險分析

2.1 洪水演進分析方法

洪水分析方法主要有水文學(xué)法、水動力學(xué)法和歷史水災(zāi)法。按照《洪水風(fēng)險圖編制導(dǎo)則》要求，根據(jù)本地區(qū)的特點，保定市洪水風(fēng)險圖編制主要采用水動力學(xué)法。水力學(xué)方法基于水量守恒及水動量守恒原理，建立洪水?dāng)?shù)學(xué)模型，模擬洪水的恒定及非恒定演進過程，從而獲得洪水風(fēng)險信息。水動力學(xué)法一般采用一維水動力學(xué)法和二維水力學(xué)法兩種。一維水力學(xué)法主要用于推求江河（河段）不同頻率河道水面線；二維水力學(xué)法主要用于分析堤防、大壩潰決后的洪水演進途徑、淹沒區(qū)域范圍?？梢耘c歷史水災(zāi)法結(jié)合，重演江河（河段）典型洪水發(fā)生時，在現(xiàn)有防洪體系下可能的淹沒范圍、水深、流速等。

此行長榮股份工廠的參觀給我留下了深刻的印象。進入工廠，首先映入眼簾的是一面展示墻，上面記載了長榮的發(fā)展歷程，其中一行字“以客戶利益為中心，創(chuàng)新經(jīng)營，永續(xù)發(fā)展”，令我記憶猶新。創(chuàng)新是企業(yè)發(fā)展的動力源泉，想必這就是長榮股份贏得眾多品牌客戶認可及當(dāng)前市場地位的一個重要原因。

結(jié)合保定市以暴雨積水風(fēng)險為主的特點，采用與天津大學(xué)合作的洪澇模型。該模型分為兩層：表層計算地表流動情況，考慮了鐵路、公路、河道、堤防和泵站的影響；底層計算管網(wǎng)流情況，考慮了管流泵的作用。表層與底層之間通過井口、水泵進行水量交換。模型應(yīng)用有限體積的思想，采用無結(jié)構(gòu)不規(guī)則網(wǎng)格。網(wǎng)格各邊為通道，通道兩端為節(jié)點。按照有限體積法，取單元網(wǎng)格為控制體，在網(wǎng)格中心處計算水位（或水深），在網(wǎng)格周邊通道的中點處計算流量。其中，水位具有網(wǎng)格平均值的含義，流量具有通道平均值的含義，水位和流量在時間上采取時間交錯計算方式。

2.2 洪水演進分析

2.2.1 模型網(wǎng)格劃分

圖1 保定市剖分圖

保定市瀝澇模型計算范圍是以市區(qū)規(guī)劃環(huán)路為外邊界，采用區(qū)域街區(qū)形狀為模型網(wǎng)格輪廓，用任意多邊形網(wǎng)格化分計算域。模型分為兩層，表層計算地表流動情況，考慮了鐵路、公路、河道、堤防和泵站的影響；底層計算管網(wǎng)流情況，考慮了管流泵的作用。表層與底層之間通過井口、水泵進行水量交換。模型網(wǎng)格剖分及河道管網(wǎng)模化圖如圖1所示。

2.2.2 邊界條件

2.2.2.1 上邊界條件

保定市洪水風(fēng)險分為外洪風(fēng)險 （即由于城市外圍洪水漫過防洪大堤引起城市淹沒的風(fēng)險）和內(nèi)澇風(fēng)險（即由于降雨造成城市積水，引起城市的淹沒風(fēng)險）兩種情況。

100a一遇以下不考慮外圍洪水對市區(qū)的影響，主要考慮因排水不暢導(dǎo)致的暴雨內(nèi)澇積水風(fēng)險。在此情況下，需先確定設(shè)計暴雨，進而求出設(shè)計凈雨，并以此作為上邊界條件。

建成區(qū)：R=0.85Xp

規(guī)劃區(qū)：R=0.6Xp

式中 R為設(shè)計凈雨，Xp為設(shè)計暴雨。

2.2.2.2 下邊界條件

以府河水位～流量關(guān)系為下邊界條件。

2.2.3 計算域

根據(jù)保定市城市總體規(guī)劃，以市區(qū)規(guī)劃環(huán)路為外邊界。模型共劃分網(wǎng)格3625個，節(jié)點3727個，通道7351個。最短通道72m，最長通道556m，覆蓋面積約為37.7km2。

2.2.4 模擬參數(shù)

糙率值按地形、地貌條件和地面特點，并參照其他城市進行模擬計算中采用的數(shù)據(jù)選?。航ㄖ锛熬用駞^(qū)采用0.10，公園綠地采用0.06，街道采用0.04。

2.2.5 城市暴雨積水模擬方案

市內(nèi)積水風(fēng)險考慮5，10，20，50，100a一遇5個標準。 研究外圍洪水對市區(qū)的影響按超標準處理，以100a一遇為主，同時對200a一遇洪水進行風(fēng)險分析。

2.2.6 洪水風(fēng)險分析

按照上述城市暴雨積水模擬方案，計算出各不同標準下洪水演進過程及并統(tǒng)計淹沒情況。從分析成果看，保定市主城區(qū)有較完善的排水管網(wǎng)，積水深度較小，其他部分（基本位于保定市防洪大堤以外）由于排水不暢，積水深度較大。洪水風(fēng)險分析成果見表1。

表1 洪水風(fēng)險分析成果

3 洪水風(fēng)險圖繪制

根據(jù)洪水演進分析結(jié)果，分別繪制紙質(zhì)洪水風(fēng)險圖及電子版洪水風(fēng)險圖。將行政區(qū)劃圖、地形圖、防洪工程分布圖合成工作底圖。依據(jù)洪水風(fēng)險分析的成果，在工作底圖上繪制不同頻率、不同方案下的洪水淹沒范圍和水深等值線圖。淹沒范圍的圖示色彩參照《洪水風(fēng)險圖編制導(dǎo)則》中的規(guī)定，取不同顏色表示不同的洪水淹沒水深。紙質(zhì)洪水風(fēng)險圖成果如圖2所示。

圖2 保定市紙版洪水風(fēng)險圖

利用ARCGIS平臺繪制電子版洪水風(fēng)險圖。首先將地形圖、河流水系、行政區(qū)劃、水利工程等信息合成底圖，然后將不同方案的模擬分析成果、淹沒范圍等分別集成到ARCGIS平臺信息數(shù)據(jù)庫中，形成電子版洪水風(fēng)險圖。

保定市數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)按照國家防汛指揮系統(tǒng)工程SL323—2005《實時雨水情數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)與標識符標準》設(shè)計，共建表26個，存放信息主要有：水文信息、防洪工程信息、歷史洪水災(zāi)害信息、防汛管理信息等。最后按照要求的格式，將各類圖、表等信息匯入風(fēng)險圖管理系統(tǒng)。

4 結(jié)語

城市洪水風(fēng)險圖屬于專題洪水風(fēng)險圖的一種，其在評估城市積水風(fēng)險、保障人民生活等方面能發(fā)揮重要作用，能為城市規(guī)劃決策提供技術(shù)支持。此次洪水風(fēng)險圖編制試點工作，將為我國全面開展洪水風(fēng)險圖編制工作探索道路，并積累一定的經(jīng)驗。

［1］中華人民共和國水利部.洪水風(fēng)險圖編制導(dǎo)則［R］.

［2］國家技術(shù)監(jiān)督局，中華人民共和國建設(shè)部.防洪標準［S］.1994.

［3］水利部海河水利委員會.海河流域防洪規(guī)劃［R］.2007.

［4］河北省防汛抗旱辦公室，河北省水利水電勘測設(shè)計研究院.文安洼蓄滯洪區(qū)試點洪水風(fēng)險圖編制試點技術(shù)報告［R］.

Research On Urban Flood Risk Map Making Technology

LI Yong-kun1,DONG Chuan-hong1,Bo Li-dong1,XUAN Jing2
（1.Hebei Research Institute of Investigation＆Design of Water Conservancy＆Hydropower,Tianjin300250,China;2.Baoding Municipal Xidayang Reservoir Management Division,Baoding072350,China）

Flood risk map is a thematic map which comprised by geography information,socioeconomic information and flood characteristics.It uses the advanced technologies of Acrgis(Geographic Information System),SQL databases and others,widely using in flood mitigation,flood insurance,all kinds of development planning,disaster assessment,and many other aspects.Urban flood risk map can play an important reference on preventing the outside flood of the city and mitigating the waterlogging of the city,land utilization and the city development planning.Taking Baoding City for an example,summarizing the technical experience and providing a reference for future work.

flood risk map;city;technology of flood risk mapping

TV212.2

A

1672-9900（2011）05-0074-03

2011-06-07

李永坤（1981—），男（漢族），河北保定人，工程師，主要從事水利水電規(guī)劃工作，（Tel）022-26154819。