基于兰江探讨山区性河道实时洪水风险分析与绘制

姜雅欣，李　军，廖亚一，舒全英

（1.浙江省防汛机动抢险总队金华支队，321017，金华；2.浙江省水利水电勘测设计院，310002，杭州）

基于兰江探讨山区性河道实时洪水风险分析与绘制

姜雅欣1，李军2，廖亚一2，舒全英2

（1.浙江省防汛机动抢险总队金华支队，321017，金华；2.浙江省水利水电勘测设计院，310002，杭州）

实时；洪水风险图；洪水风险图系统；兰江

洪水风险图作为一项重要的防洪非工程措施，直观反映了某一区域洪水风险信息。它融合了洪水风险区自然地理、经济社会、防洪工程及非工程措施、洪水风险分布和洪水风险管理等相关信息。传统的洪水风险图侧重于展现不同计算方案下的洪水淹没情况，难以体现洪水风险的动态变化。在实时防汛中，对当下水雨情进行即时计算判断显得尤为重要，而传统风险图在这方面很难提供决策支持。本文以浙江省山区性河道兰江为例，探讨基于洪水风险图管理系统的实时洪水风险图计算与绘制。

一、绘制实时洪水风险图的思路方法

1.技术路线

实时洪水风险图绘制的技术路线主要分为四步：首先是与水雨情数据连接，读取最新遥测水位；再通过水动力学模型进行计算，将水位结果数据网格化；进而绘制实时洪水风险图，生成洪水淹没范围、淹没水深及其相关要素；最后与其他的风险图信息数据进行叠加处理，并对危险区块提出安全预警。见图1。

考虑到山区性河道洪水陡长陡落的特点，上下游水位相差变化较大，本文采用分围片分析洪水风险的方法，生成淹没范围及淹没水深。事先根据防洪保护圈的闭合情况，将绘制区域划分为若干区块，分别进行绘制。系统会读取由河段水动力学模型计算得出的水位值，根据水面比降情况，将断面水位进行加密，使每隔50～100 m左右的断面都有水位值。将加密的水位值与该堤段堤顶高程进行比较，判断是否漫堤。同时结合各防洪围片地形高程，确定洪水淹没范围。根据各围片堤防建设及实地调查情况，为各防洪围片设定其现状防洪能力。按“就近原则”将各围片与周边控制断面相关联，通过各控制断面的水位调整，计算分析出各围片的淹没范围及淹没水深。

2.计算模型

本文的水动力模型采用恒定非均匀流计算，根据已知的下边界水位推算上游各断面水位。基本方程如下

式中，Z1、Z2为上下游断面水位，V1、V2为上下游断面平均流速，Q为断面间流量，△S为断面间距离，ζ为局部阻力系数，α为流速系数，K为平均流量模数。

根据已知的下边界水位、断面间距离、与断面形状有关的局部阻力系数以及上断面水位等，假定流量（流量的初始值依据水位流量关系大致估算得出），代入计算求解上边界水位，与实测上边界水位相比较，若相差过大则重新选取流量，试算至满足精度要求。

图1　实时洪水风险图绘制技术路线

表1　受灾围片详细信息

表2　洲上片不同淹没水深受灾情况

二、实例计算洪水淹没范围及水深

1.区域概况

兰溪市位于浙江省中西部，钱塘江中游，金衢盆地北部。本文的研究范围包括兰溪市境内衢江、金华江和兰江干流两岸。金华江为钱塘江流域面积最大的一级支流，与衢江汇合后流入兰江，在兰溪境内河长12.4 km；衢江在兰溪境内总河长为23.3 km；兰江为22.5 km。上游为山区，属仙霞岭、环玉山脉，中下游系丘陵平原。

本文将研究范围内河道两岸划分为35个围片，其中包括7个城防围片和28个农防围片，合计人口22.73万人、面积129.58 km2。

2.模型概化

兰溪市地处三江交汇处，本次模型概化为3个计算部分：兰江、金华江和衢江。兰江段上边界采用兰溪站水位，下边界采用三河站水位，共布置58个断面；金华江段上边界为排埠头站水位，下边界为兰溪站水位，共布置16个断面；衢江段上边界为洋港站水位，下边界为兰溪站水位，共布置72个断面。计算断面依据实测河道选定。模型概化示意图见图2。

图2　模型概化示意图

各段模型计算时，先从数据库读取各水位测站的实时水位，假定各分段模型的上边界流量Q与下边界水位Z组成一对边界条件，试算上游水位，直至试算的上游水位与实测的上游水位误差在一定范围之内为止。

3.计算结果

为验证实时洪水计算的准确性，本文选择调查资料较为翔实的“2011·6·20”洪水进行绘制。该场洪水中部分围片受淹是由堤防溃决引起的，因此在系统计算之前，需要根据实际情况设置两处溃口，分别位于洲上黄沙堤、汇潭前方堤。再取该场洪水各站点最高水位，输入系统中进行计算及绘制。系统生成淹没范围和淹没水深图，淹没水深的大小由不同颜色进行展示，颜色越深表明淹没水深越大。该图显示兰江段受淹围片有洲上片、汇潭前方片、泽基小片和毕陶片。淹没面积和受灾人口详细信息见表1。根据调查资料，女埠片、后郑片均受淹，与系统计算结果有出入。这是由于系统中的堤防高程为最新数据，女埠片、后郑片的堤防标准均有所提高，因此这两个围片并未受淹。受淹围片的淹没范围及淹没水深与实际调查情况基本相符，以洲上片为例，其不同淹没水深对应的受灾情况见表2。

三、结 语

恒定非均匀流水动力模型能较好地模拟山区性河道的洪水演进，通过连接实时水雨情数据库，在线计算、绘制洪水淹没范围及淹没水深，实现洪水风险动态化，在实时防汛中有着重要意义。

水文站的水位数据是模型计算中重要的边界条件，详细的边界条件可以使河道沿程的水位计算更加准确，因此水文站分布是否密集一定程度上影响着模拟的精度以及结果的准确性。

河道内桥梁、堰坝、堤防等工程建设对局部区域的水位有一定影响。因此在此类工程开工建设或建成时，需要及时对一维河道水利学模型、沿程堤防高程等进行修正，以避免不必要的误差。

[1]张峰,雷晓辉,蒋云钟,等.洪水风险图研究综述 [J].水利水电科学进展, 2012(1).

[2]李家星，赵振兴.水力学[M].南京：河海大学出版社，2001.

[3]叶舟,王庆荣.兰江防洪对策研究[J].浙江水利科技,1998（3）.

责任编辑张金慧

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1000-1123（2016）08-0023-02

2016-03-25

姜雅欣，工程师。