基于MIKE模型的中小河流洪水风险分析

李津津

（湖北省水利水电规划勘测设计院 武汉 430070）

某区域河道及相关防洪设施在实际运行和管理期间面临着较大的洪水风险，洪水灾害影响较大，发生频率也较高。为充分了解该区域河道发生洪水灾害的特征及影响区域等情况，在此基础上制定针对性的防御措施，强化应急抢险能力，最大程度降低洪水灾害造成的损失，本文重点基于MIKE模型对该区域内的中小河流进行洪水灾害风险分析。

1 研究对象

某区域内5条河道流经城区的河段都属于暗涵，暗涵中的水体流动比较稳定，不会出现漫过堤顶问题，但如果出现暗涵塌陷情况，就要结合实际情况对受灾状态展开详细分析，所以在洪水风险分析中不考虑这5条河流淹没范围。结合防洪设施管理实践，发现该区域有一百多处防洪设施面临着海水顶托溢出、岸墙冲毁、边坡坍塌、杂物堵塞等风险，其中有3条排洪渠、1条截洪沟为典型的出险设施，在该区域属于重点防护对象，所以这4条防洪设施需要进行洪水淹没范围的计算分析，结合实际工作需求开展其他防洪设施的计算分析工作。综合统计，此次分析共涉及河道13条、重要防洪设施4处。

2 分析方法

本文主要通过MIKE软件计算分析对象的洪水淹没范围，具体是在MIKE模型建立基础上，对不同河道和各防洪设施相应不同频率下的洪水水面线进行计算，并参考地形图分析水面线结果，最后明确划分淹没区间。研究中所用的MIKE软件可分析范围较广，涉及到降雨、产流、河流、城市、河口、近海、深海等，可从一维显示到三维，并涵盖了水动力、水环境以及生态系统。MIKE软件分为多种类型，其中MIKEBASIN主要针对流域大范围的水资源评估及管理；MIKESHE能对陆相水循环中重要的水文过程加以模拟，对地下水、地表水、蒸发水、补给等水量交换过程实现了综合考虑；MIKE11主要面向一维河网分析；MIKENET主要应用于城市供水系统分析；MIKEMOUSE适用于城市排水系统分析；MIKE21面向二维河口以及地表水体；LITPACK面向近海沿岸流；MIKE3面向深海三维分析[1]。

其中，MIKE11能够模拟灌溉、河口及河流系统与其他内陆水域的水力学、水文学、水质还有泥沙传输过程，还可用于防汛洪水预报工作中，并可用其对水资源进行水量及水质管理，还可支持水利工程规划设计及论证。此软件有多项基本模块，如HD（水动力学模块）、RR（降雨径流模块）、AD（对流扩散模块）、WQ（水质模块）等[2]。而MIKE21属于二维自由水面流动模拟系统工程软件包，具有非常高的专业性，能够对海岸、海湾、河口及湖泊相关地区的水力和多种有关现象进行二维仿真模拟，其也包括多项模型，如泥沙运移模型、富营养模型、水质运移模型、波浪模型及二维水动力模型等，并适用于水利工程设计与规划工作，还可在条件比较复杂情况下展开水流计算，并能计算洪水淹没范围，支持环境治理与规划，在水质模拟预报以及泥沙沉积、传输等方面也有重要的应用价值。

3 基础数据收集

结合该区域河道调查资料、河道治理工程成果资料等获取河道特性数据，包括河长、坡降、流域面积、断面尺寸、断面糙率。对于起推水位，由于研究对象都属于直接入海河流，即感潮河流，所以起推水位通常是多年高潮位。不过为最大程度保障工程安全，研究中结合多频率设计潮位，并考虑不同的发生频率计算洪水水面线，综合考量之下，最终起推水位选择洪潮外包水位。

4 防洪标准选取及洪水流量计算

本文所研究区域有2条河道（1#河流、2#河流）的现行防洪标准是50年一遇，其他11条河道和4处防洪设施的现行防洪标准都是20年一遇。按照防洪潮规划相关意见，提出以50年一遇为防洪标准的2条河道上调至100年一遇，剩下的11条河道以及4处防洪设施上调至50年一遇。同时结合城市排水管网规划，并综合考量城市定位、经济、人口与发展目标等因素，同步考虑洪水危害严重程度以及洪水灾害损失等情况，将该区域当中的排洪渠以及截洪沟防洪标准都上调至50年一遇。

综合分析，该区域河道和相关防洪设施的最终防洪标准是：

（1）1#河流、2#河流近期的防洪标准为50年一遇，远期防洪标准定为100年一遇；

（2）其余的11条河流的防洪标准均定为50年一遇；

（3）4处防洪设施近期的防洪标准定为20年一遇，远期则定为50年一遇。

为计算该区域当中的洪水淹没范围，最大防洪重现期应在所定远期防洪标准的基础上上调一级，并对河道以及防洪设施达到所定远期的防洪标准时具体的淹没范围进行计算。在基于不同的防洪标准计算与之相应洪水流量时，主要结合上文所收集每个河道的河长、坡降以及流域面积等相关数据，同步运用水文学中的推理公式法以及综合单位线法等展开分析计算，最终结果以推理公式法所得的结果为准[3]。

5 MIKE建模分析

本文研究中主要运用MIKE11软件，将河道有关数据输入系统当中，建立一维河道模型，求解主要运用圣维南方程，进而获得河道水面线结果[4]。在构建模型之后，要展开率定，此区域主要选择当年防洪排涝系统评估数据进行率定。结合水面线结果，经过分析可得所研究对象中有3条河流有发生洪水淹过堤顶的几率，具体河道淹没范围是：

1#河道干流其100年一遇洪水淹没面积是48305m2，最大淹没深度是1.39m，淹没范围涉及山道、工业区、公园、居民区等区域。1#河道干流其200年一遇洪水淹没面积是74977m2，最大的淹没深度是1.61m，淹没范围涉及山道、工业区、公园、小学、居民区等区域。

3#河道其50年一遇洪水淹没面积是152018m2，最大淹没深度为1.42m，淹没范围涉及商业区、居民区等区域。3#河道其100年一遇洪水淹没面积是164723m2，最大淹没深度是1.62m，淹没范围涉及到商业区、居民区等区域。

4#河道其50年一遇洪水淹没面积是45720m2，最大淹没深度是1.80m，淹没范围涉及到海滨附近区域。4#河道其100年一遇洪水淹没面积是50029m2，最大淹没深度是2.00m，淹没范围涉及海滨附近区域。

1#排洪渠其50年一遇洪水淹没面积是11913m2，淹没最大深度是0.87m，淹没范围包括宾馆、邮电局和招待所等区域。1#排洪渠其100年一遇洪水淹没面积是13957m2，最大淹没深度是1.11m，淹没范围涉及宾馆、邮电局、招待所等区域。

2#排洪渠其50年一遇洪水淹没面积是4299m2，最大淹没深度是0.79m，淹没范围涉及居民区周边区域。2#排洪渠其100年一遇洪水淹没面积是7014m2，最大淹没深度是0.87m，淹没范围涉及居民区、加油站等附近区域。

3#排洪渠其50年一遇洪水最大淹没深度是0.45m，淹没范围涉及居民区、道路等附近区域。3#排洪渠其100年一遇洪水最大淹没深度是0.66m，淹没范围涉及居民区以及道路等附近区域。

4#截洪沟其100年一遇洪水最大淹没深度是1.02m，淹没范围涉及居民区、幼儿园、运动公园、隧道等附近区域，具体洪水淹没范围图可见图1。

图1 洪水淹没范围图

6 结语

本文研究中主要利用MIKE软件建立模型，通过模拟洪水变化过程了解该区域中小河流发生洪水后的淹没面积，相关结果可为洪水预报提供信息资料，并可结合相关数据针对性地制定避险转移措施，强化洪水防范，最大程度降低因河流洪水引发的财产损失以及人员伤亡。此次研究中主要基于既有工程数据，但实际河流多项参数信息已随着时间推移有所变化，后期研究中要加强实地调研，并定期收集洪水灾害损失、水文数据以及水力特征数据等，基于大量更真实的基础数据展开分析