衢州市城市洪水风险信息管理系统初探

顾　锦，刘秀林，曹　丹，姜　磊

(1.衢州市人民政府防汛防旱指挥部办公室，浙江　衢州　324000；2.河海大学，江苏　南京　210098)



衢州市城市洪水风险信息管理系统初探

顾锦1，刘秀林2，曹丹1，姜磊1

(1.衢州市人民政府防汛防旱指挥部办公室，浙江衢州324000；2.河海大学，江苏南京210098)

近年来，城市洪水灾害频发，城市洪水风险信息管理系统作为城市防洪的重要非工程措施日益受到重视。然而城市孕灾环境、致灾因子不同，该类系统仍缺少灵活化的洪涝情景方案设计及模拟功能，无法实时展示城市外洪、内涝灾情。针对衢州市城市防洪排涝的具体情况，采用一二维水动力学耦合模型和排水管网模型模拟城市洪涝灾情。同时，利用GIS平台和数据库技术,结合社会经济情况提供洪灾损失分析，利用B/S构架在Web端进行洪涝风险预警与信息查询功能。着重介绍了衢州市城市洪水风险信息管理系统洪涝灾情模拟分析功能的实现。

城市洪水风险；信息管理系统；洪水风险图

1　问题的提出

近些年来我国城市洪水灾害频发。据住房和城乡建设部对国内351个城市的专项调研显示，2008—2010年，62%的城市发生过不同程度的洪涝灾害[1]。城市洪水风险信息管理系统作为一种重要的防洪非工程措施，日益受到防洪管理部门的重视[2]。

城市洪水风险信息管理系统的发展主要来源于洪水风险图。20世纪50年代，美国、日本等开始研究洪水风险图。我国在1998年特大洪水之后，开始借鉴外国洪水风险图研制的工作经验，于2005年进行试点工作。洪水风险图图层丰富，但需时常更新，单一的洪水风险图已经远远不能满足城市防洪防涝需求，而数据库、地理信息系统(GIS)、水动力数值模型及高性能计算机为代表的新技术的发展，使得洪涝情景分析、灾情模拟、可视化展示、资料更新、信息查询等多功能于一体的洪水风险信息管理系统开始发展[3-7]。

因城市孕灾环境、致灾因子的不同，目前仍缺少城市外洪、内涝等多种致灾因子引起的洪涝灾情模拟分析功能。因此，针对衢州市典型山区河谷型城市的实际防洪工作，对洪水风险信息管理系统的重点功能、特点及实现方式进行了有益的尝试。

洪涝情景模拟不仅可以利用现有水文站、雨量站实时信息，而且能够提供灵活化的洪水方案设计。为在系统中实现此功能，针对衢州市城市外洪，对常山港、江山港、衢江等河流采用一维水动力学模型建模，模拟外洪在河道内的传播；对衢州市城市范围采用二维水动力学模型建模，用不同糙率、孔隙率表征城区街道、沟渠、建筑物等对水流的影响；一二维水动力模型采用堰流公式侧向连接。针对衢州市城市内涝，建立城市雨洪管网模型，模拟城市内涝。另外，系统充分利用GIS平台和数据库技术,结合社会经济情况，提供洪灾损失自动分析、信息查询，利用B/S构架在Web端进行洪涝风险预警与信息查询。

2　衢州市城市洪涝灾害特点

衢州市位于浙江省西北部，钱塘江上游，是常山港和江山港的汇合口,市区横跨衢江,同时有乌溪江、石梁溪、庙源等河流汇入衢江，城区呈现扇状水系。城市中心是平坦的河谷平地，外围是丘陵岗地，具体的水系及地形地貌分布见图1。

图1　衢州市水系及地形地貌图

衢州市城市洪涝灾害频繁。衢江以上的常山港、江山港等流域呈扇形分布，汇水面积大，各山溪性河流均在城区河段汇合，暴雨期间河道洪水在衢州市城市集中，易形成高水位高流量的灾难性大洪水[8]。而近年来，衢州市极端暴雨频多。2011年6月衢州市城区出现100 a一遇暴雨，导致衢州市城区内涝严重。

3　系统介绍

衢州市城市洪水风险信息管理系统不仅可以利用现有水文站、雨量站的实时信息，而且能够提供灵活化的洪水方案设计。采用一二维水动力学耦合模型和排水管网模型模拟城市洪涝灾情，同时，充分利用GIS平台和数据库技术,结合社会经济情况提供洪灾损失分析，利用B/S构架在Web端进行洪涝风险预警与信息查询。衢州市城市洪水风险信息管理系统的功能结构见图2。

图2　衢州市城市洪水风险信息管理系统功能结构图

3.1衢州市城市洪涝数值模拟

衢州市城市洪水风险信息管理系统采用一二维水动力模型[9-12]和城市排水管网模型(SWMM)[13-15]模拟洪涝过程。

3.1.1数据准备

一二维水动力模型和城市排水管网模型的建模需要较为精细的基础资料，主要包括基础地理资料、水文资料、防洪排涝工程及调度规则资料、历史洪涝灾情资料及社会经济数据等，衢州市城区的主要基础资料见表1。

表1　衢州市城区主要基础资料表

3.1.2一维河网模型

一维模型以衢州市城市洪水风险图编制范围外的上下游水文(水位)站为控制断面，共建立2 100个断面，断面间距离平均小于500.0 m，河网模型概图见图3。采用1992年“7.4”洪水进行率定、2011年“6.16”洪水进行验证，并用衢州市水文站断面的水位流量关系，与计算出的水位流量关系进行对比，结果显示模型基本可靠，水位过程线见图4。

图3　衢州市城市一二维水动力模型概图

(a)1992年“7.4”洪水

(b)2011年“6.16”洪水图4　衢州市水文站计算水位与实测水位过程线图

3.1.3二维河网模型

二维模型范围以城市规划的绕城公路为界，同时考虑地形因素的影响,计算总面积大于255.00 km2。衢州市城市二维模型使用三角形和四边形网格混合构建，剖分网格66 469个，网格面积均小于0.05 km2(见图3)。二维模型采用不同糙率、孔隙率[11-12]表征城区街道、沟渠、建筑物等对水流的影响。

对二维模型的率定和验证主要通过合理性分析。一方面，尽管衢州市历史上发生过多次大洪水，但对河道以外城市区域灾情数据(水深)的记录、收集很少，另一方面，近年来由于城市开发建设，下垫面变化很大，过往收集到的少量数据难以对二维水动力模型进行率定和验证。

一二维水动力模型(见图3)采用堰流公式侧向连接，在一维模型水位达到设定高程以后，一二维模型产生连接，二维模型参与计算，模拟洪水演进过程[9-10]。

3.1.4城市雨洪管网模型

根据衢州市城市土地利用情况，结合城区排水管道、排水工程布设和城市下垫面情况，建立基于SWMM模型的衢州市城市管网排水模型(见图5)，模拟城市内涝。通过模型，对现状条件下6大排涝分区进行汇水区细化，分为41个小排涝分区(见图6)。

图5　衢州市城市雨洪管网模型图

图6　衢州市城区排涝小分区概化图

考虑到降雨时空分布的不均匀性，选取衢州市城区的大洲站、黄坛口站、前河站、衢州市站4个雨量站，采用泰森多边形法计算各雨量站所占加权比例。模型采用2011年6月19日的实测降雨进行率定，将计算积水点与实际易涝点对比，进行参数调整和率定。将本次暴雨模型计算出的水深大于0.1 m的网格与实际调查的积涝点，基于GIS做空间叠置分析，85%以上的实际调查积涝点与计算涝点吻合。

一方面，由于积水点实测水深不足，难以比较水深结果。模型计算出的部分积涝点(网格水深大于0.1 m)与实际调查有差别，这是因为暴雨期间水利部门对积劳点的调查存在时间上的滞后性和空间上的限制性。另一方面，暴雨中，某些排水井、管道堵塞可能造成实际排水能力不足；暴雨通过管道排入市内沟渠中，而市内沟渠有多处狭窄断面、地下涵洞(过水能力不足)，造成积涝。

3.2衢州市城市洪水风险信息管理系统的主要功能

衢州市城市洪水风险信息管理系统将水雨情(包含设计洪水、设计暴雨)、防洪工程(含堤防信息)、社会经济、重要防洪保护对象以及洪涝数值模拟所需的基础数据，做成数据服务。其最核心的功能是城市洪涝数值模拟，此外可利用GIS平台和数据库技术,结合社会经济情况提供实时水雨情展示、工情和围保备汛信息查询、洪涝数值模拟与动态展示、社会经济损失评估、洪水风险图绘制与管理等。信息查询包含基础底图信息、防洪工程信息、防洪非工程信息、社会经济信息、洪涝动态演进、洪涝损失统计等。

社会经济损失评估可根据洪涝数值模拟的洪水淹没图层、社会经济要素进行拓扑叠加，评估淹没区的洪水灾害损失[16-17]。

洪水风险图绘制是按照SL 483—2010《洪水风险图编制导则》[16]、《洪水风险图编制技术细则(试行)》[17]规定的洪水风险图绘制流程进行洪水淹没范围、淹没水深、洪水流速、淹没历时、到达时间等要素的出图。

衢州市城市洪水风险信息管理系统可针对不同重现期的衢江及其支流的设计洪水、设计暴雨情景进行方案设定，利用上述系统功能进行洪水风险动态可视化展示和存储。现选取衢江100 a一遇设计洪水方案,展示超标准洪水演进过程(见图7)。

图7　衢江100 a一遇设计洪水演进过程图

4　结　语

衢州市城市洪水风险信息管理系统作为城市类型洪水风险信息管理系统研制的探索，更注重综合利用水文模型、水动力模型及管网模型对城市洪涝灾情进行模拟分析。

本文针对衢州市城市防洪排涝的具体情况，采用一二维水动力学模型和排水管网模型，不仅可以利用现有水文站、雨量站实时信息，而且能够提供灵活化的洪水方案设计。同时，充分利用GIS平台和数据库技术,结合社会经济情况提供洪灾损失统计，利用B/S构架在Web端进行洪涝风险预警与信息查询，可为今后相关系统的发展提供借鉴。

[1]李帅杰，谢映霞，程晓陶.城市洪水风险图编制研究—以福州为例[J].灾害学，2015，30( 1):108-114．

[2]梁忠民,王军,施晔,等.基于GIS的洪水风险图信息管理系统开发[J].水文,2009(6):65-68.

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[17]国家防汛抗旱总指挥部办公室.洪水风险图编制技术细则(试行)[S].北京：中国水利水电出版社，2009.

(责任编辑张书花)

2015-12-03

顾锦(1983-) 男，工程师，大学本科，主要从事防汛抗旱管理工作。

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1008-701X(2016)03-0016-04

10.13641/j.cnki.33-1162/tv.2016.03.004