基于蘭江探討山區(qū)性河道實時洪水風險分析與繪制

姜雅欣，李　軍，廖亞一，舒全英

（1.浙江省防汛機動搶險總隊金華支隊，321017，金華；2.浙江省水利水電勘測設(shè)計院，310002，杭州）

基于蘭江探討山區(qū)性河道實時洪水風險分析與繪制

姜雅欣1，李軍2，廖亞一2，舒全英2

（1.浙江省防汛機動搶險總隊金華支隊，321017，金華；2.浙江省水利水電勘測設(shè)計院，310002，杭州）

實時；洪水風險圖；洪水風險圖系統(tǒng)；蘭江

洪水風險圖作為一項重要的防洪非工程措施，直觀反映了某一區(qū)域洪水風險信息。它融合了洪水風險區(qū)自然地理、經(jīng)濟社會、防洪工程及非工程措施、洪水風險分布和洪水風險管理等相關(guān)信息。傳統(tǒng)的洪水風險圖側(cè)重于展現(xiàn)不同計算方案下的洪水淹沒情況，難以體現(xiàn)洪水風險的動態(tài)變化。在實時防汛中，對當下水雨情進行即時計算判斷顯得尤為重要，而傳統(tǒng)風險圖在這方面很難提供決策支持。本文以浙江省山區(qū)性河道蘭江為例，探討基于洪水風險圖管理系統(tǒng)的實時洪水風險圖計算與繪制。

一、繪制實時洪水風險圖的思路方法

1.技術(shù)路線

實時洪水風險圖繪制的技術(shù)路線主要分為四步：首先是與水雨情數(shù)據(jù)連接，讀取最新遙測水位；再通過水動力學模型進行計算，將水位結(jié)果數(shù)據(jù)網(wǎng)格化；進而繪制實時洪水風險圖，生成洪水淹沒范圍、淹沒水深及其相關(guān)要素；最后與其他的風險圖信息數(shù)據(jù)進行疊加處理，并對危險區(qū)塊提出安全預警。見圖1。

考慮到山區(qū)性河道洪水陡長陡落的特點，上下游水位相差變化較大，本文采用分圍片分析洪水風險的方法，生成淹沒范圍及淹沒水深。事先根據(jù)防洪保護圈的閉合情況，將繪制區(qū)域劃分為若干區(qū)塊，分別進行繪制。系統(tǒng)會讀取由河段水動力學模型計算得出的水位值，根據(jù)水面比降情況，將斷面水位進行加密，使每隔50～100 m左右的斷面都有水位值。將加密的水位值與該堤段堤頂高程進行比較，判斷是否漫堤。同時結(jié)合各防洪圍片地形高程，確定洪水淹沒范圍。根據(jù)各圍片堤防建設(shè)及實地調(diào)查情況，為各防洪圍片設(shè)定其現(xiàn)狀防洪能力。按“就近原則”將各圍片與周邊控制斷面相關(guān)聯(lián)，通過各控制斷面的水位調(diào)整，計算分析出各圍片的淹沒范圍及淹沒水深。

2.計算模型

本文的水動力模型采用恒定非均勻流計算，根據(jù)已知的下邊界水位推算上游各斷面水位?；痉匠倘缦?/p>

式中，Z1、Z2為上下游斷面水位，V1、V2為上下游斷面平均流速，Q為斷面間流量，△S為斷面間距離，ζ為局部阻力系數(shù)，α為流速系數(shù)，K為平均流量模數(shù)。

根據(jù)已知的下邊界水位、斷面間距離、與斷面形狀有關(guān)的局部阻力系數(shù)以及上斷面水位等，假定流量（流量的初始值依據(jù)水位流量關(guān)系大致估算得出），代入計算求解上邊界水位，與實測上邊界水位相比較，若相差過大則重新選取流量，試算至滿足精度要求。

圖1　實時洪水風險圖繪制技術(shù)路線

表1　受災圍片詳細信息

表2　洲上片不同淹沒水深受災情況

二、實例計算洪水淹沒范圍及水深

1.區(qū)域概況

蘭溪市位于浙江省中西部，錢塘江中游，金衢盆地北部。本文的研究范圍包括蘭溪市境內(nèi)衢江、金華江和蘭江干流兩岸。金華江為錢塘江流域面積最大的一級支流，與衢江匯合后流入蘭江，在蘭溪境內(nèi)河長12.4 km；衢江在蘭溪境內(nèi)總河長為23.3 km；蘭江為22.5 km。上游為山區(qū)，屬仙霞嶺、環(huán)玉山脈，中下游系丘陵平原。

本文將研究范圍內(nèi)河道兩岸劃分為35個圍片，其中包括7個城防圍片和28個農(nóng)防圍片，合計人口22.73萬人、面積129.58 km2。

2.模型概化

蘭溪市地處三江交匯處，本次模型概化為3個計算部分：蘭江、金華江和衢江。蘭江段上邊界采用蘭溪站水位，下邊界采用三河站水位，共布置58個斷面；金華江段上邊界為排埠頭站水位，下邊界為蘭溪站水位，共布置16個斷面；衢江段上邊界為洋港站水位，下邊界為蘭溪站水位，共布置72個斷面。計算斷面依據(jù)實測河道選定。模型概化示意圖見圖2。

圖2　模型概化示意圖

各段模型計算時，先從數(shù)據(jù)庫讀取各水位測站的實時水位，假定各分段模型的上邊界流量Q與下邊界水位Z組成一對邊界條件，試算上游水位，直至試算的上游水位與實測的上游水位誤差在一定范圍之內(nèi)為止。

3.計算結(jié)果

為驗證實時洪水計算的準確性，本文選擇調(diào)查資料較為翔實的“2011·6·20”洪水進行繪制。該場洪水中部分圍片受淹是由堤防潰決引起的，因此在系統(tǒng)計算之前，需要根據(jù)實際情況設(shè)置兩處潰口，分別位于洲上黃沙堤、匯潭前方堤。再取該場洪水各站點最高水位，輸入系統(tǒng)中進行計算及繪制。系統(tǒng)生成淹沒范圍和淹沒水深圖，淹沒水深的大小由不同顏色進行展示，顏色越深表明淹沒水深越大。該圖顯示蘭江段受淹圍片有洲上片、匯潭前方片、澤基小片和畢陶片。淹沒面積和受災人口詳細信息見表1。根據(jù)調(diào)查資料，女埠片、后鄭片均受淹，與系統(tǒng)計算結(jié)果有出入。這是由于系統(tǒng)中的堤防高程為最新數(shù)據(jù)，女埠片、后鄭片的堤防標準均有所提高，因此這兩個圍片并未受淹。受淹圍片的淹沒范圍及淹沒水深與實際調(diào)查情況基本相符，以洲上片為例，其不同淹沒水深對應的受災情況見表2。

三、結(jié) 語

恒定非均勻流水動力模型能較好地模擬山區(qū)性河道的洪水演進，通過連接實時水雨情數(shù)據(jù)庫，在線計算、繪制洪水淹沒范圍及淹沒水深，實現(xiàn)洪水風險動態(tài)化，在實時防汛中有著重要意義。

水文站的水位數(shù)據(jù)是模型計算中重要的邊界條件，詳細的邊界條件可以使河道沿程的水位計算更加準確，因此水文站分布是否密集一定程度上影響著模擬的精度以及結(jié)果的準確性。

河道內(nèi)橋梁、堰壩、堤防等工程建設(shè)對局部區(qū)域的水位有一定影響。因此在此類工程開工建設(shè)或建成時，需要及時對一維河道水利學模型、沿程堤防高程等進行修正，以避免不必要的誤差。

[1]張峰,雷曉輝,蔣云鐘,等.洪水風險圖研究綜述 [J].水利水電科學進展, 2012(1).

[2]李家星，趙振興.水力學[M].南京：河海大學出版社，2001.

[3]葉舟,王慶榮.蘭江防洪對策研究[J].浙江水利科技,1998（3）.

責任編輯張金慧

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1000-1123（2016）08-0023-02

2016-03-25

姜雅欣，工程師。