白马湖片防洪保护区洪水风险图编制研究

杨万红 刘雪琴

（作者单位：江苏省水利勘测设计研究院有限公司 225127）

一、引言

我国水利工程经过长期建设，已形成了较为完善的防洪减灾体系，发挥了巨大作用，但洪水风险管理滞后于防洪工程建设，现有洪水风险管理能力与社会日渐提高的防洪安全保障需求的矛盾仍然突出。制定洪水风险图是在历史水灾调查基础上，运用水文学、水力学等进行洪水淹没分析，并将分析成果叠加到专题地图上，能够反映某一区域在不同来源、不同频率的洪水发生时，可能遭受洪水淹没的范围和灾害程度，是重要的非工程防洪减灾措施之一，可为合理布置防洪工程、科学管理洪泛区和指导防汛抢险、避洪转移、土地利用规划等工作提供决策依据。

随着高新技术特别是计算机技术的不断发展，洪水淹没分析方法经历了从通过收集历史洪灾调查资料勾画洪水淹没范围，到采用水文学和水力学方法建立数学模型进行演算并绘制风险图的过程。白马湖片为坡地排水区、抽排圩区和混合排水区，合理模拟产汇流和洪水演进过程，编制该区域洪水风险图，对于有效提高防洪减灾能力，加强洪水风险管控具有重要意义。研究利用MIKE 系列软件建立一、二维耦合模型，根据白马湖实测水位、出湖流量资料和坡地设计洪水、圩区泵站实际运行过程，合理率定平原地区NAM（降雨径流）模型主要参数，准确反映了白马湖片坡地、圩区、混合区的排水特点和洪水演进过程，确保了洪水风险图绘制成果的准确性、合理性。

二、防洪保护区概况

白马湖片防洪保护区位于洪泽湖大堤以东、苏北灌溉总渠以南、里运河以西、老三河和S331 省道以北，面积为1091km2。该区域降水量年内分配不均，汛期6～9月降雨量约占全年的70%。白马湖是区域洪水的调蓄湖泊，总面积113.4km2，汛限水位6.8m，相应库容1.40 亿m3；设计排涝水位7.50m，相应库容2.16 亿m3；设计防洪水位8.00m，相应库容2.71 亿m3，防洪库容1.31 亿m3。白马湖主要入湖河道有草泽河、浔河、望良河、花河等，主要在白马湖西侧，主要出湖河道有新河、运西河、阮桥河等，出湖口门分别为淮安站、北运西闸、阮桥闸。

白马湖是区域洪涝的调蓄湖泊，区域暴雨与上游洪水经常遭遇，由于地势低洼，受四面高水围困，涝水外排出路不畅，洪涝灾害频繁发生，新中国成立以来1954年、1956年、1974年、1984年、1987年、1991年、2003年、2006年、2007年洪涝都造成了较大灾害损失。

三、洪水分析模型

研究利用MIKE 11、MIKE 21、MIKE FLOOD 等系列软件建立洪水分析模型并进行计算。结合雨量站分布和水系特点，在NAM 模型中把保护区划分为11 个子流域，分别建立降雨径流模型，模拟子流域的产汇流过程。

1.模型构建

根据原始地形资料生成地形DEM，然后把DEM 导入MIKE Zero，构建三角网格。对于一些因地形原因生成的面积太小或角度太小等不规则三角网格，利用MIKE Zero 对其进行优化调整，网格总数为52485 个（含白马湖湖区）。

由于白马湖片防洪保护区内的河网沟渠纵横交错、水系复杂，该研究用于建模的河道（河段）总数达272条（段），断面总数为1717 个。MIKE 21 模型中采用概化的挡水构筑物来模拟保护区内高于地面0.5m 以上的道路、堤防等。

2.模型参数率定

模型参数主要包括NAM 降雨径流模型参数和河道糙率。由于白马湖片入湖河道没有流量监测站，部分相邻子流域之间河道相通，子流域汇水范围随水情和工情不同而变化，且该区域有坡地自流、圩区抽排和混合排水，为了准确模拟区域产汇流过程，在模型中适当增加圩区内部的有关排涝沟，排涝站根据运行办法和排涝站前水位进行控制，并按照排涝站位置和流量汇入圩外河道。由于各入湖河道的汇水区面积较小，选取典型区域利用经过验证的公式计算结果对NAM模型参数进行率定，合理地模拟入湖流量过程。根据入湖流量、出湖流量过程，计算白马湖山阳站水位，将计算水位与实测水位进行对比，反复调整NAM 模型相关参数，直至水位差小于允许值，且计算水位过程与实测过程一致为止。

为确保NAM 参数的准确性、合理性和适应性，选取兼有三种汇水区的草泽河片，按照其理论公式计算的洪水过程，先对NAM 模型的部分参数进行初步调试，与水利工程规划设计和实际排水状况相适应，减少调试的难度和工作量，流量对比如图1所示。

图1 20年一遇NAM 参数调试流量对比图

图2 2003年实测水位与计算水位对比图

图3 2006年白马湖实测水位与计算水位对比图

图4 2007年白马湖水位实测值与计算值对比图

在初步确定主要参数的基础上，选取典型年实测资料对NAM 模型参数进行最终率定，客观反映各条入湖河道的入湖流量过程。为了减小初始条件等对计算成果的影响，本研究选用资料较全且有代表性的完整次降雨过程进行模拟计算，选取2003年7月8日至17日（10 天）、2006年6月30日至7月7日（8 天）进行参数率定，选取2007年7月6日至13日（8 天）进行模型验证。率定时先把白马湖的初始水位分别设置为2003年7月8日、2006年6月30日的实测水位6.95m、6.76m，然后将计算时段内的实测降雨量、出湖流量导入模型进行调试计算，当计算山阳站水位和实测水位一致时，确定模型参数。水位对比见图2、图3。

根据对比，计算的白马湖山阳站最高水位与2003年、2006年实测水位相近，水位变化过程基本一致，最高洪水位到达时间相同，最大差值分别为0.16m、0.11m，小于允许值0.2m，表明调试参数合理、准确。一维河道糙率结合以往区域内河道设计采用的糙率，在MIKE 11 河网模型中对河道糙率进行了概化处理，根据率定结果，糙率一般为0.0225，局部河段糙率略有调整，最小值为0.022，最大值为0.03。

3.模型验证

选取2007年作为典型年对模型进行验证。根据计算结果，白马湖山阳站计算水位与2007年实测水位相近，水位变化过程基本一致、最高洪水位到达时间相同，最大水位差为0.10m，小于允许值0.2m（见图4），参数和模型与实际情况基本相符，可以用该模型对白马湖片防洪保护区的洪水风险进行各种工况的模拟计算。

四、研究成果与分析

白马湖片防洪保护区的外河洪水有洪泽湖、入江水道三河段、灌溉总渠、高邮湖和里运河溃堤洪水，内河洪水主要为白马湖溃堤洪水。洪水风险模拟计算方案共34 个，其中外河洪水12 个，内河洪水15 个，暴雨内涝4 个，实况年3 个。实况年2003年、2006年、2007年实际淹没面积分别为68.72 万亩、80.59 万亩、52.30 万亩，模拟计算淹没面积分别为63.65 万亩、81.12 万亩、51.22 万亩，相对误差率分别为7.38%、0.66%、2.07%，均符合洪水风险图编制技术细则要求，证明了洪水风险图编制成果的准确性、合理性。

洪水风险图编制成果表明，洪泽湖水位高、水量大、历时长，洪泽湖溃堤，除洪泽湖、灌溉总渠和入江水道堤防、局部高地外全部淹没，淹没该区域面积为1066km2，占总面积的98%，最大淹没水深大于5m，淹没范围大，淹没水深大，淹没历时长，影响人口多，淹没损失大，是白马湖片最大的洪水威胁。入江水道、高邮湖溃堤，宝应湖及周边低洼区全部淹没，白马湖西南、南部和东部低洼区大部分被淹没，其他区域基本没有淹没风险，淹没面积155～189km2，最大淹没水深为3.5m，淹没范围、淹没水深较大，历时较长，影响人口较多，淹没损失较大。灌溉总渠、里运河、白马湖溃堤，淹没范围主要集中在溃口下游的圩区，淹没面积、水深与溃口所在圩区的面积、地形密切相关，淹没面积小，淹没水深小。

在洪水风险计算模型和编制成果的基础上，开发完成了基于B/S 架构的洪水风险图管理系统和实时洪涝风险预报预警系统，既可查询展示已有风险图成果，也可依据实时水情、雨情、工情和未来预报雨量，通过远程操作实时重置边界条件进行洪水风险模拟计算、风险图绘制和洪水演进动态展示，实现洪水风险实时预报预警。

五、结论

根据白马湖片防洪保护区水利特点，将其汇水区划分为11 个子流域，利用NAM 模型分别建立降雨径流模型，模拟子流域的产汇流过程，选择代表性子流域，根据其设计洪水和白马湖出湖流量、山阳站水位，经多次调试、率定和验证后的模型，能够客观、合理模拟坡地汇水区、抽排圩区和混合排水区的产汇流特性和入湖流量过程。

研究成果表明，洪泽湖溃堤，除洪泽湖、灌溉总渠和入江水道堤防、局部高地外全部淹没，是白马湖片最大的洪水威胁；入江水道、高邮湖溃堤，宝应湖及周边低洼区全部淹没，白马湖西南、南部和东部低洼区大部分被淹没，其他区域基本没有淹没风险；灌溉总渠、里运河、白马湖溃堤淹没范围主要集中在溃口下游的圩区，淹没面积小，淹没水深小。

在洪水风险图编制基础上，研发洪水风险图管理系统和实时洪涝风险预报预警系统，能够根据实时水情信息，远程操作重置边界条件进行洪水风险模拟计算并实时预报预警，对于白马湖片防洪减灾具有重要意义。今后应根据实际雨情、工情和险情，进一步完善洪涝风险预报预警。本研究成果可为其他类似地区洪水模拟计算方法、风险图绘制、风险图管理系统和洪涝风险预报预警系统研发提供技术参考■