山區(qū)中小河流洪水淹沒(méi)圖編制研究

李 鯉

（遼寧省水利水電科學(xué)研究院有限責(zé)任公司沈陽(yáng)分公司， 沈陽(yáng) 110003 ）

山區(qū)中小河流洪水具有破壞性及突發(fā)性強(qiáng)，極易誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)難度大，頻發(fā)率較高的特點(diǎn)。 僅僅利用工程措施并不能完全抵御洪水，非工程措施也是防洪減災(zāi)的有效方法之一， 洪水風(fēng)險(xiǎn)圖作為重要的非工程措施對(duì)防洪減災(zāi)和洪災(zāi)評(píng)估具有重要意義[1]。2021 年國(guó)務(wù)院第一次全國(guó)自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室印發(fā)了 《山丘區(qū)中小河流洪水淹沒(méi)圖編制技術(shù)要求 （試行）》為全國(guó)試點(diǎn)縣山丘區(qū)中小河流洪水淹沒(méi)圖編制提出了指導(dǎo)依據(jù)。 基于暴雨時(shí)空特征數(shù)據(jù)、流域及其河道地形地勢(shì)、沿河村落及城（集）鎮(zhèn)、庫(kù)閘壩等基礎(chǔ)資料，以及遙感影像、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、山丘區(qū)設(shè)計(jì)暴雨洪水等成果，針對(duì)中小河流流域單元，獲取中小河流水系及河道地形， 分析典型頻率洪水和工程超標(biāo)準(zhǔn)洪水淹沒(méi)情況， 繪制洪水淹沒(méi)范圍圖，為規(guī)劃編制、災(zāi)害防治、監(jiān)測(cè)預(yù)警、應(yīng)急響應(yīng)、災(zāi)后評(píng)估等防災(zāi)減災(zāi)工作提供信息支撐。

1 編制要點(diǎn)

（1）計(jì)算范圍確定

以中小河流所在流域?yàn)閱卧?將兩岸有人居住或農(nóng)田等防洪保護(hù)對(duì)象的河段確定為計(jì)算范圍。 集水面積200km2為計(jì)算范圍起點(diǎn)， 集水面積3 000km2為計(jì)算范圍終點(diǎn)，起點(diǎn)和終點(diǎn)之間，將面積小于200km2的主要流域作為計(jì)算范圍的支流處理。 沿河有重要村屯及耕地的河段列入計(jì)算范圍。

（2）洪水計(jì)算頻率

沒(méi)有庫(kù)閘壩等防洪工程的， 采用已有資料或通過(guò)分析計(jì)算獲得典型頻率， 即計(jì)算分析5 年一遇、10 年一遇、20 年一遇、50 年一遇、100 年一遇等5 個(gè)設(shè)計(jì)暴雨洪水成果， 進(jìn)而分析各頻率洪水淹沒(méi)情況；如果庫(kù)閘壩等防洪工程的，分析超標(biāo)準(zhǔn)洪水淹沒(méi)情況。

（3）資料整理及設(shè)計(jì)洪水分析

基礎(chǔ)資料以中小河流所在流域?yàn)閱卧?收集和整理水文氣象、流域邊界、河道（網(wǎng)）、溝道比降、土地利用、植被覆蓋、土壤類型、遙感影像、歷史洪水等基本數(shù)據(jù)； 工程方面收集并明確庫(kù)閘壩等防洪工程措施的防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 針對(duì)所收集的資料評(píng)估資料的一致性、完整性、合理性；根據(jù)遙感影像資料和DEM 資料， 并結(jié)合可用的地形實(shí)測(cè)資料， 對(duì)計(jì)算范圍內(nèi)河道縱橫斷面地形進(jìn)行檢查與修正。

河道橫斷面應(yīng)當(dāng)足夠長(zhǎng)， 一般應(yīng)到達(dá)河道兩側(cè)山腳和跨過(guò)沿河村落； 高度至少應(yīng)在山腳和沿河村落高程2m 以上。兩個(gè)河道斷面之間的河道地形應(yīng)當(dāng)盡量保持一致； 河道斷面平面布設(shè)在下列情況下應(yīng)當(dāng)加密。 1）河道發(fā)生彎曲、轉(zhuǎn)向、突然展寬或者收縮；2）河段所在流域坡面差別較大；3）有堰壩等構(gòu)筑物改變局地河道地形的河段；4） 保護(hù)對(duì)象（沿河村落、集鎮(zhèn)、城鎮(zhèn)）所在河段。 比降是洪水計(jì)算中的重要信息。 在獲取斷面地形基礎(chǔ)上，提取相鄰斷面的最低河底高程； 可運(yùn)用GIS 技術(shù)距離量算功能，獲取鄰斷面間河道長(zhǎng)度；根據(jù)量算結(jié)果計(jì)算相應(yīng)河段河道比降。

搜集已有規(guī)劃設(shè)計(jì)資料， 采用已審查批復(fù)成果，無(wú)相關(guān)設(shè)計(jì)洪水的河流，可采用無(wú)資料地區(qū)水文手冊(cè)計(jì)算。 采用一維水力學(xué)方法或二維水力學(xué)模型計(jì)算各典型頻率洪水情景下的淹沒(méi)范圍、淹沒(méi)水深， 有條件的地區(qū)要計(jì)算洪水流速和洪水淹沒(méi)歷時(shí)。 各個(gè)頻率洪水風(fēng)險(xiǎn)要素的二維網(wǎng)格要一致。 對(duì)于河道地形數(shù)據(jù)收集，有實(shí)測(cè)資料的河段，直接采用測(cè)量斷面資料作為控制性斷面資料；沒(méi)有實(shí)測(cè)資料的河段，基于遙感影像、DEM 數(shù)據(jù)提取河道斷面，地形數(shù)據(jù)可用1：5 萬(wàn)DEM，有條件的地區(qū)可選用1：1 萬(wàn)或精度更高的數(shù)據(jù)。 糙率可結(jié)合區(qū)域土地利用類型、植被等參考糙率表取值。

表1 土地利用類型及對(duì)應(yīng)糙率取值參考表

（4）合理性分析

與歷史洪水資料或者調(diào)查的大洪水資料進(jìn)行比較分析， 與本地區(qū)實(shí)測(cè)水文資料成果進(jìn)行比較分析，與相似流域洪水成果進(jìn)行比較分析等，分析計(jì)算成果的合理性。 流域面積大于200km2的支流作為獨(dú)立的計(jì)算分析單元要與干流的分析成果相一致， 即注意支流匯入口處淹沒(méi)范圍的一致性檢查。 有堤防工程的河段，標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)洪水的淹沒(méi)范圍合理性分析。

（5）洪水損失統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)分析不同頻率洪災(zāi)損失， 包括城鄉(xiāng)建設(shè)用地、耕地、林地、水域等受災(zāi)地類面積統(tǒng)計(jì)。 在GIS 中利用計(jì)算出的淹沒(méi)水深DEM 圖層和土地調(diào)查土地利用圖拓?fù)浏B加， 土地利用類別篩選說(shuō)明如下：

"DLMC"= ′ 城 市′ OR "DLMC" = ′ 村莊′ OR"DLMC" = ′ 公 路 用 地′ OR "DLMC" = ′ 建 制 鎮(zhèn)′OR "DLMC" = ′ 農(nóng)村道路′ OR "DLMC" = ′ 鐵路用地′

"DLMC" = ′ 旱地′ OR "DLMC" = ′ 裸地′ OR"DLMC" = ′ 設(shè)施農(nóng)用地′ OR "DLMC" = ′ 水澆地′ OR "DLMC" = ′ 水田′

"DLMC" = ′ 灌木 林地′ OR "DLMC" = ′ 果園′ OR "DLMC" = ′ 其他草地′ OR "DLMC" = ′ 其他林地′ OR "DLMC" = ′ 其他園地′ OR "DLMC" = ′有林地′

其它土地類別說(shuō)明參照城市建設(shè)用地篩選說(shuō)明，耕地面積統(tǒng)計(jì)包含旱地、裸地、設(shè)施農(nóng)用地、水澆地、水田；林地面積統(tǒng)計(jì)包含灌木林地、果園、其他草地、其他林地、其他園地、有林地；水域面積統(tǒng)計(jì)包含溝渠、河流水面、坑塘水面、內(nèi)陸灘涂、水工建筑用地、水庫(kù)水面、沿海灘涂、沼澤地。

（6）繪制淹沒(méi)圖

按照《防汛抗旱用圖圖式》（SL73.7-2013）等相關(guān)要求繪制淹沒(méi)范圍圖，圖中包括基礎(chǔ)底圖信息、主要信息和輔助信息等。 以流域?yàn)閱卧粭l河一張圖，以影像圖為底圖，圖上包括行政區(qū)界、制圖說(shuō)明，設(shè)計(jì)洪水、洪災(zāi)損失統(tǒng)計(jì)信息等，重點(diǎn)城鎮(zhèn)河段配置局部放大圖。

2 典型案例

（1）流域基本情況

小洋河發(fā)源于岫巖縣洋河鎮(zhèn)馬家堡村， 流經(jīng)洋河鎮(zhèn)馬家堡村、蔡家堡村、賈家堡村后，于丹東市東港市小甸子鎮(zhèn)注入大洋河。全長(zhǎng)48.7km，流域面積246.5km2， 河道平均比降2.42‰， 堤防長(zhǎng)度4.4km。 地 理 位 置 為 東 經(jīng)123°16′9.2″至123°37′41.7″，北緯40°2′14.2″至39°56′52.3″。 河道上有一中型水庫(kù)，為羅圈背水庫(kù)。

該流域地貌為低山丘陵區(qū)，自然條件優(yōu)越，降水充沛，熱量充足，土地肥沃，野生經(jīng)濟(jì)植物豐富，歷史上曾是層巒疊嶂的茫茫林海，生態(tài)效益巨大。隨著人口不斷增加，加之過(guò)度開發(fā)、保護(hù)不力，山林植被遭受一定破壞。 目前雖然林草覆蓋程度比較高，但原始森林已砍伐殆盡。 同時(shí)存在著林種結(jié)構(gòu)不合理及疏幼林地、荒山荒地、柞蠶場(chǎng)面積過(guò)大等不利于水土保持問(wèn)題。

流域多年平均年降水深932.0mm，多年平均年徑流深507.4mm。 降水量年際變化較大，6—9月降水占全年總降水量的70%。 多年平均蒸發(fā)量1 100mm，多年平均氣溫7.5℃—8.0℃，最大凍土深度為102cm。

（2）防洪工程情況

小洋河現(xiàn)有堤防4.4km，其中左岸高卜組橋至高卜組橋上300m， 左岸1 號(hào)橋上1 500m 至1 號(hào)橋下550m，長(zhǎng)度2.35km，工程級(jí)別5 級(jí)，防洪標(biāo)準(zhǔn)10 年一遇； 右岸1 號(hào)橋上1 500m 至1 號(hào)橋下550m，長(zhǎng)度2.05km，工程級(jí)別5 級(jí)，防洪標(biāo)準(zhǔn)10 年一遇。

（3）基礎(chǔ)資料收集

小洋河羅圈背水庫(kù)以上設(shè)計(jì)洪水根據(jù) 《大洋河河道治理規(guī)劃報(bào)告》[2]中采用的羅圈背水庫(kù)除險(xiǎn)加固入庫(kù)成果， 下游采用羅圈背出庫(kù)與下游區(qū)間洪水組合， 下游區(qū)間洪水采用 《遼寧省中小河流（無(wú)資料地區(qū)）設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》[3]計(jì)算設(shè)計(jì)洪水， 各支流河口上采用水文比擬法計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰流量。計(jì)算范圍起點(diǎn)為集水面積2.95km2的岫巖縣洋河鎮(zhèn)馬家堡村旗桿底屯。 小洋河河口集水面積為246.49km2，因此下游計(jì)算終點(diǎn)為小洋河河口。地形數(shù)據(jù)采用1：5 萬(wàn)DEM， 采用HEC6.0 軟件計(jì)算5 年一遇、10 年一遇、20 年一遇、50 年一遇、100年一遇等5 個(gè)典型頻率洪水。 主河槽糙率為0.025—0.029，灘地糙率取0.03—0.08。小洋河干流有多條支流匯入，計(jì)算考慮支流匯入，洪峰流量分8 段進(jìn)行計(jì)算， 計(jì)算方案為5 年一遇、10 年一遇、20 年一遇、50 年一遇、100 年一遇等5 個(gè)典型頻率洪水。

（4）洪水淹沒(méi)計(jì)算

利用HEC-GeoRAS 插件在GIS 中建立河網(wǎng)、河道、汊口、河段等帶有河流基礎(chǔ)信息的模型，將建好的模型導(dǎo)入HEC6.0 軟件，該軟件新增了RASMapper 地圖編輯工具和柵格計(jì)算器功能， 在計(jì)算河道水面線的同時(shí)，能夠模擬出河道淹沒(méi)情況，并且形成淹沒(méi)水深DEM 高程模型數(shù)據(jù)和淹沒(méi)范圍圖數(shù)據(jù)Shp 文件， 利用GIS 軟件將淹沒(méi)范圍和土地利用數(shù)據(jù)庫(kù)拓?fù)浏B加，計(jì)算出各頻率淹沒(méi)損失。注意建設(shè)模型時(shí)要合理布設(shè)斷面， 對(duì)有河勢(shì)地形寬度突變河段、洪水易澇區(qū)，應(yīng)適當(dāng)加密。 各頻率洪水淹沒(méi)計(jì)算后， 要與歷史洪水資料或調(diào)查大洪水資料、本地區(qū)實(shí)測(cè)水文資料成果進(jìn)行比較分析；與氣候條件、地形地貌、流域、河流等相似的設(shè)計(jì)洪水成果進(jìn)行比較分析。

表2 小洋河洪水計(jì)算成果表 （立方米每秒）

（5） 洪水淹沒(méi)圖繪制

在HEC6.0 軟件中，設(shè)置好流量、糙率、邊界條件等基礎(chǔ)信息后，執(zhí)行計(jì)算[4]。加載Rasmaper，勾選各頻率水深，就可以看到各頻率洪水淹沒(méi)情況，將淹沒(méi)范圍數(shù)據(jù)Shp 文件導(dǎo)出加載到GIS 軟件，利用各頻率洪水范圍數(shù)據(jù)及遙感影像等， 在GIS 中繪制洪水淹沒(méi)圖。

表3 典型頻率受災(zāi)地類面積統(tǒng)計(jì) （公頃）

圖1 小洋河典型橫斷面

圖2 小洋河河道模型

圖3 小洋河100 年一遇洪水淹沒(méi)范圍圖

圖4 小洋河淹沒(méi)范圍圖

3 結(jié)語(yǔ)

基于GIS、HEC6.0 等軟件進(jìn)行山丘區(qū)中小河道水面線推求，以地形數(shù)據(jù)DEM 為基礎(chǔ)，分析區(qū)域各典型頻率洪水，計(jì)算淹沒(méi)范圍和淹沒(méi)水深，并計(jì)算不同頻率洪水淹沒(méi)損失， 以流域?yàn)閱挝焕L制洪水淹沒(méi)圖，可以快速掌握各頻率洪水災(zāi)情，為流域逃生避險(xiǎn)、 防洪規(guī)劃、 土地利用規(guī)劃等提供參考， 適用于資料缺乏的山丘區(qū)中小河流的洪水風(fēng)險(xiǎn)分析[5]。 □

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