黃河下游灘區(qū)洪水風險圖編制與應用

謝志剛，王 明，曾 賀

（黃河水利委員會黃河水利科學研究院，450003，鄭州）

黃河下游灘區(qū)洪水風險圖編制與應用

謝志剛，王 明，曾 賀

（黃河水利委員會黃河水利科學研究院，450003，鄭州）

黃河下游灘區(qū)既是黃河河道的重要組成部分，又是灘區(qū)群眾賴以生存的場所，歷史上洪水災害頻繁。依據(jù)《全國重點地區(qū)洪水風險圖編制項目實施方案（2013—2015）》和《黃河流域洪水風險圖編制項目實施方案》，黃河水利委員會組織開展了黃河下游灘區(qū)洪水風險圖編制項目，對下游7個量級的洪水開展洪水分析，編制洪水風險圖，編制成果在防洪預案編制、洪水調度決策和灘區(qū)避洪轉移等方面得到了應用。

洪水風險圖；黃河下游灘區(qū)；編制；應用

一、黃河下游灘區(qū)概況

黃河下游河道兩岸堤防之間，分布有大小不等的100多個自然灘，按面積劃分，單個灘區(qū)面積大于100 km2的6個，50～100 km2的9個，30～50 km2的12個，30 km2以下的有90多個。灘地大部分位于陶城鋪以上河段，面積約占下游灘區(qū)面積的78%以上。灘區(qū)的主要地物、地貌有河道整治工程、生產堤、村莊、避水設施、渠道、道路及洪水過后形成的串溝、洼地、堤河等。灘區(qū)有顯著的滯洪削峰、容滯泥沙的作用。由于歷史原因，灘內居住著大量群眾，涉及河南、山東兩省15個市45個縣區(qū)。目前灘區(qū)人口近190萬人，區(qū)域人口和經濟組成以農村人口和農業(yè)生產為主，基本不存在工商企業(yè)，少有等級公路。歷史上，由于面積廣大、涉及人口眾多，灘區(qū)洪水災害頻繁，灘區(qū)防洪一直是黃河下游防洪的重要組成部分。

依據(jù)《全國重點地區(qū)洪水風險圖編制項目實施方案（2013—2015年）》和《黃河流域洪水風險圖編制項目實施方案》，黃河水利委員會組織開展了黃河下游灘區(qū)洪水風險圖編制項目，編制黃河下游灘區(qū)洪水風險基本圖和避洪轉移專題圖。

二、洪水風險分析

黃河下游灘區(qū)洪水來源分黃河干流和匯入下游河道的沁河、伊洛河、大汶河等支流兩部分，以干流洪水為主。干流洪水以中游來水為主，主要來自中游河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間、龍門至三門峽區(qū)間和三門峽至花園口區(qū)間3個地區(qū)。以三門峽以上來水為主的洪水稱“上大洪水”，以三花間來水為主的洪水稱“下大洪水”，由龍三間和三花間共同形成的（洪峰約各占50%）稱“上下較大型”洪水。2000年小浪底水庫投入運用后，黃河洪水得到有效控制。但小浪底至花園口區(qū)間尚有2.7萬 km2的無水庫工程控制區(qū)，由于這一區(qū)域緊靠下游灘區(qū)，洪水預見期很短，對下游威脅仍非常嚴重。花園口以下河道為地上河，其間有天然文巖渠、金堤河和汶河匯入，洪水來水量不大，對黃河洪水影響不大。根據(jù)實測及歷史洪水資料分析，黃河上游大洪水和黃河中游大洪水不遭遇。黃河中游的 “上大洪水”和“下大洪水”也不同時遭遇?；▓@口以上的大洪水與下游金堤河、大汶河的大洪水也不遭遇。

依據(jù)洪水風險圖編制技術要求和灘區(qū)防汛實際需要，按照黃河下游防御洪水方案，以“下大洪水”和“上下較大洪水”為主，結合下游常遇洪水，在三門峽、小浪底、故縣、陸渾 4個水庫聯(lián)合調度條件下，設定7種方案用于洪水風險分析，見表1。

2.模型構建

（1）模型選取

模型的選取和構建對分析結果起著至關重要的作用。黃河下游灘區(qū)洪水風險分析的難點突出表現(xiàn)在3個方面：首先是河床善沖、善淤，主槽變化頻繁，河道平面形狀上寬下窄，河道排洪能力上大下小，邊界條件復雜；其次是洪水出槽后的進灘位置與生產堤關系密切，進而對計算結果影響較大；最后是區(qū)域面積大，地物復雜，地形處理難度大，模型計算時間長。

根據(jù)黃河流域洪水風險圖編制試點工作取得的經驗，洪水分析方法采用水力學方法，模型選取黃河水利科學研究院開發(fā)的“黃河數(shù)學模擬系統(tǒng)（YRNMS）”。該系統(tǒng)采用平面二維水流—泥沙數(shù)學模型，能較好地模擬不同水沙條件下的平面水沙演進過程，表現(xiàn)整個計算區(qū)域的流速場和水深平面分布特征。

（2）技術問題的處理

面向未來，海爾廚電繼續(xù)完善“智慧大成套”戰(zhàn)略的步伐不會停歇，致力于通過科技、模式、服務等多維度的創(chuàng)新，為消費者提供更加舒適、便捷的智慧廚房應用體驗，也為廚電行業(yè)的轉型升級提供參考方向。據(jù)悉，2019年1季度，海爾廚電將再推出5套成套廚電，全方位滿足用戶的專屬個性化定制需求。

按寬河段、窄河段和河口段的劃分原則將黃河下游灘區(qū)分為3個部分構建模型，即白鶴至孫口、孫口至利津和利津至汊3。邊界條件依據(jù)各河段的洪水特點，采用相應洪水流量過程和水位流量關系。白鶴至孫口河段進口條件在方案1和方案2中，不考慮武陟站的支流匯入。孫口至利津河段在方案6和方案7中采用東平湖滯洪區(qū)分洪后的流量過程作為進口條件。利津至汊3河段以黃河水利科學研究院研發(fā)的黃河口數(shù)學模型計算得到汊3斷面的水位流量關系作為出口邊界條件。

為兼顧模型計算精度和效率，網格剖分依據(jù)河段特點采用了不同的形式。白鶴至孫口河段主槽采用四邊形網格，灘地采用三角形網格，孫口至利津河段和利津至汊3河段均采用三角形網格，整個計算區(qū)域網格單元總數(shù)為33萬個。

河道主槽地形利用369個實測大斷面內插生成。灘地地形采用1∶1萬地形圖數(shù)據(jù)生成，并對生產堤、控導工程、貫孟堤、幸福渠堤、長平干渠、南水北調地面工程等進行概化處理。針對生產堤對洪水影響的問題，根據(jù)生產堤潰口形成的原因不同，分沖決模式和漫決模式制定了潰口判別條件、潰口寬度和深度。

表1 洪水風險分析方案

表2 下游各主要水文站主洪峰到達時間統(tǒng)計

表3 22 000m3/s設計洪水與“58·7”實測洪水傳播過程比較

3.計算結果及分析

表2統(tǒng)計了各方案洪水主洪峰的洪峰流量和洪峰到達時間。方案7設計洪水計算洪峰值在花園口、夾河灘、高村站與“58·7”大洪水實測洪峰值相當，孫口站計算洪峰流量比“58·7”實測流量大1 652m3/s。洪水傳播時間方面，花園口至夾河灘河段和夾河灘至高村河段，計算洪水傳播時間較“58·7”實測值要長，高村至孫口河段計算洪水傳播時間較“58·7”實測值要短，如表3所示。存在以上差異的原因主要有兩個方面：一是1958年和2011年的河道地形有較大差異，1958年時灘地尚未修建生產堤，且主槽較寬；二是洪水過程本身存在差異，方案7設計洪水的洪峰持續(xù)時間較“58·7”洪水要長，整體水量偏大。

表4 各方案淹沒實物量統(tǒng)計

表5 淹沒損失分析結果

三、洪水影響分析

1.洪水影響指標選取

灘區(qū)區(qū)域經濟發(fā)展緩慢，主要為農業(yè)生產，工商業(yè)極少；道路交通設施少且等級低，高速公路和鐵路以高架方式跨越灘區(qū)，受洪水影響小，洪災損失主要為農業(yè)損失和少量的工商業(yè)損失。根據(jù)調查，黃河下游灘區(qū)家庭農業(yè)生產機械、役畜以及家庭主要耐用消費品每百戶擁有量較少，在洪水來臨前大部分能夠向灘外安全區(qū)域進行轉移?？裳蜎]損失主要是耕地和房屋。所以在分析和估算中，具體選用了居民房屋損失、農業(yè)損失、工業(yè)資產損失、工業(yè)產值損失、商貿業(yè)資產損失、商貿業(yè)主營收入損失、受影響GDP和受影響人口等損失指標。

2.損失評估方法及成果

損失評估采用中國水利水電科學研究院開發(fā)的洪災損失評估系統(tǒng)。灘內村莊普遍建有房臺、村臺，在長時間和水深較大情況下，抗水能力較差，加之房屋建設標準較低，一旦受淹，其房屋將遭受較大損失。黃河下游洪水主要發(fā)生于七、八月份，由洪水分析結果可知，灘區(qū)內淹沒歷時較長，這種情況下農作物被長期浸泡，其生長將受到嚴重影響。洪水不僅造成當季秋糧的減產甚至絕收，滯留的漫灘洪水還會影響到下一季農作物的種植，形成“當季絕收，下季無種”情況。為了準確反映灘區(qū)洪水損失，在損失率確定中主要參考了黃委以往研究成果，綜合分析確定洪災損失率。洪水損失計算結果見表4、表5。

四、避洪轉移分析與風險圖繪制

根據(jù)黃河下游灘區(qū)防汛需要，選定了除方案1（該量級洪水無漫灘）外的6個方案，以灘為單位開展避洪轉移分析。在現(xiàn)場調查的基礎上，按照“預案為主，分塊編制，距離最近，減少交叉”原則，以村為單元，確定轉移線路，編制避洪轉移方案，以典型灘區(qū)為例分析了方案的合理性。成果征求了河南、山東兩省涉灘的42個縣級黃河河務局意見，保證了成果的可靠性和實用性。

根據(jù)黃河下游河道走向及灘區(qū)形態(tài)特點，使用“風險圖繪制系統(tǒng)”并結合Arcmap軟件，分幅繪制了洪水風險圖圖集。由于洪水方案較多，在繪制淹沒范圍圖時，已有配色標準不能滿足使用需求，在原有配色基礎上進行了擴充。

五、成果應用

目前黃河下游灘區(qū)洪水風險圖編制成果主要在以下4個方面開展了應用。

1.完善優(yōu)化防洪預案

編制成果完善了灘區(qū)社會經濟、防洪工程等基礎數(shù)據(jù)，打造了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，展示了豐富的洪水風險圖示信息。黃河下游基層河務局依據(jù)最大淹沒水深圖、洪水到達歷時圖、避洪轉移圖等成果，對沁河下游防洪預案、黃河下游灘區(qū)防洪預案進行了完善和優(yōu)化，并在互聯(lián)網可視化防洪預案中展示了洪水風險圖。

2.服務遷安預警平臺建設，提高公眾風險意識

為全面落實灘區(qū)遷安責任，提高灘區(qū)群眾水患意識，推動防洪減災社會化。黃委組織研發(fā)了黃河下游灘區(qū)遷安預警平臺。該平臺應用洪水風險圖編制成果，按照行政區(qū)劃植入灘區(qū)避洪遷安轉移圖270張；錄入灘區(qū)遷出、安置村的縣、鄉(xiāng)、村三級行政責任人和包村干部的聯(lián)系方式；提供了下游灘區(qū)全部受淹村莊的起始洪水量級、遷安轉移圖；整合了降雨預報、降水實況、河道水情、洪水風險、淹沒統(tǒng)計、遷安預案等避洪轉移信息。

此系統(tǒng)以微信為基礎支撐，面向普通群眾進行推廣，可容納10萬個用戶，具有使用簡便、信息傳送快捷、覆蓋范圍廣等特點。通過該平臺，灘區(qū)縣、鄉(xiāng)、村各級防汛責任人和群眾能夠第一時間了解黃河雨水情、防汛動態(tài)，掌握發(fā)生不同量級洪水時的洪水水深、轉移人口、轉移路線和安置地點等有關信息，為提升灘區(qū)避洪遷安救護管理水平、增強灘區(qū)群眾的洪水風險意識和避洪遷安保障能力創(chuàng)造了更好條件。

3.優(yōu)化模型，輔助洪水調度決策

編制成果為防汛部門提供了各量級洪水洪峰沿程變化、淹沒范圍、灘區(qū)淹沒面積、淹沒耕地面積、淹沒人口數(shù)量、灘區(qū)洪災損失等多個指標數(shù)據(jù)，為下游洪水調度提供了參考依據(jù)。

根據(jù)下游灘區(qū)防汛需求，進一步對已構建的洪水風險分析模型進行了優(yōu)化。目前優(yōu)化后的白鶴至孫口河段模型初步具備了實時計算的能力，能夠利用水文部門提供的預報洪水成果，在3小時以內完成洪水風險分析計算和成果展示。為防汛部門進行下游防洪決策提供了強有力的技術手段。

六、結語

黃河下游灘區(qū)洪水風險圖編制工作根據(jù)灘區(qū)洪水類型、河道演變特點，開展了洪水分析；基于最新的社會經濟數(shù)據(jù)，進行了洪水影響和洪水損失估算，分灘區(qū)開展了避洪轉移分析，制定避洪方案；繪制了不同量級和類型的洪水風險圖。編制成果在防洪預案編制、洪水調度決策和灘區(qū)避洪轉移等方面得到了應用，為黃河下游灘區(qū)防洪提供了可靠的技術支撐，推進了洪水風險圖在黃河下游洪水風險管理和增強公眾水患意識等領域的應用。

[1]水利部黃河水利委員會.黃河流域防洪規(guī)劃[M].鄭州：黃河水利出版社，2008.

[2]水利部黃河水利委員會.北金堤滯洪區(qū)洪水風險分析及減災措施的研究[R].1995.

[3]黃河水利委員會勘測規(guī)劃設計研究院.黃河下游防洪工程體系減災效益分析方法及計算模型研制報告[R].1995.

責任編輯 張瑜洪

Flood risk map drawing and application for flood plains in Yellow River downstream

Xie Zhigang,Wang Ming, Zeng He

Flood plains in the downstream form a key part of Yellow River corridor,and also the production and living places for people to rely on for existences.In history,flood often happens in these areas.In line with 2013-2015 Project Implementation Plan of Flood Risk Map in National Key Areas and Project Implementation Plan of Flood Risk Map in Yellow River Basin,Yellow River Conservancy Commission organized and implemented flood risk map on flood plain in lower reaches of Yellow River.Studies weremade on seven scenarios of flood events and maps were drawn thanks to the project.These results have applied in flood control planning,flood regulation and decision making and evacuation of people in flood plain areas.

flood risk map;flood plain in Yellow River downstream;drawing;application

TV877+TV122

：B

：1000-1123（2017）05-0039-03

2016-11-14

謝志剛，高級工程師。

全國重點地區(qū)洪水風險圖編制項目。