城市洪水风险图编制技术研究

李永坤，董传红，薄丽东，轩 靖

（1.河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250；2.保定市西大洋水库管理处，河北 保定 072350）

城市洪水风险图编制技术研究

李永坤1，董传红1，薄丽东1，轩 靖2

（1.河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250；2.保定市西大洋水库管理处，河北 保定 072350）

洪水风险图是一种融合了地理、社会经济信息、洪水特征等信息的专题地图，采用了Acrgis（地理信息系统）、SQL数据库等先进技术，可广泛应用于防洪减灾、洪水保险、各种发展规划、灾害评估等诸多方面。城市洪水风险图的绘制对预防城市外围洪水及降低城市内涝洪水影响、土地利用、城市发展规划等方面，起到重要的参考作用。该文以保定市为例，对风险图编制中的技术经验进行了总结，为今后工作提供借鉴。

洪水风险图；城市；编制技术

1 城市洪水风险图编制及保定市概况

1.1 城市洪水风险图特点

洪水风险图是一种融合地理、社会经济、洪水特征等信息，可直观判定区域内遭受洪水灾害危险性大小的科学工具，可广泛应用于防洪减灾、洪水保险、各种发展规划、灾害评估等诸多方面。洪水风险图可分为江河湖泊洪水风险图、蓄滞洪区洪水风险图、水库洪水风险图、城市洪水风险图4类。城市洪水风险图与其他3类相比有以下特点：①洪水对象不同。江河湖泊、蓄滞洪区及水库洪水风险图研究的洪水对象主要为威胁人民生命财产安全的“大洪水”；城市洪水风险分为外围洪水和内涝洪水，以内涝洪水为主。②行洪条件不同。江河湖泊、蓄滞洪区及水库洪水主要通过河道及漫坡行洪；城市内涝洪水主要通过城市排水系统及街道行洪。③保护对象不同。江河湖泊、蓄滞洪区及水库洪水风险图保护对象主要为人民生命财产安全；而城市一般防洪标准较高，一般外围均有防洪大堤防护外围洪水，城市洪水风险图主要以分析内涝洪水对人民生产生活的影响为主。

2004年，国家防总组织力量编制了《洪水风险图编制导则》，并在全国七大流域各挑选了部分试点先行开展洪水风险图编制工作。其中保定市为海河流域试点之一。本文以保定市洪水风险图编制为例，对城市洪水风险图编制技术进行了初步研究。

1.2 保定市概况

保定市位于河北省中部，地处华北平原的西北腹地、太行山东麓，属大陆性半干旱季风气候区,多年平均气温12.4℃，风向以西南风和西北风居多。保定市区是以轻纺工业为主，科研教育事业比较发达，是座历史悠久的文化古城，市区总人口62.4万人，其中非农业人口51万人，建成区面积51.5km2，市区工业总产值43亿元。

直接影响保定市区防洪安全的外围行洪河流共14条，分为北部漕河系统、西南部清水河系统及穿过市区的府河三大系统。为防止外围洪水对市区的影响，保定市防洪工程体系主要为环绕市区的防洪大堤，防洪大堤设计防洪标准为100a一遇，除交叉路口未封堵外，基本达到设计防洪能力。根据预测，到2020年保定市区人口规模为90万人，按照GB50201—94《防洪标准》，保定市区的规划防洪标准为100a一遇。根据《河北省城市防洪规划》，规划总体布局仍然以防洪大堤为城市防洪的屏障；市内骨干河道进行治理配套；外围河道进行整治。低标准洪水沿河道下泄，高标准洪水由防洪大堤防御，市内相应雨水从排水管网集于府河下泄。

1.3 城市洪水风险图编制方法

城市洪水风险图编制亦由3部分组成：（1）洪水风险分析；（2）SQL数据库系统；（3）风险图管理平台。

首先对城市暴雨洪水行洪情况及城市排水系统排水过程进行洪水演进分析，并转化成SQL数据库及ARCGIS地图需要的格式，利用风险图管理系统集成最终的电子版洪水风险系统并绘制纸质版洪水风险图。其中的关键是洪水风险分析技术路线和方法。

1.4 基础资料

编制保定市区洪水风险图采用的基础资料包括大比例尺地形图、历史暴雨及水灾资料、城市排水系统资料、社会经济资料、重点保护对象调查、有关规划资料等。

2 洪水风险分析

2.1 洪水演进分析方法

洪水分析方法主要有水文学法、水动力学法和历史水灾法。按照《洪水风险图编制导则》要求，根据本地区的特点，保定市洪水风险图编制主要采用水动力学法。水力学方法基于水量守恒及水动量守恒原理，建立洪水数学模型，模拟洪水的恒定及非恒定演进过程，从而获得洪水风险信息。水动力学法一般采用一维水动力学法和二维水力学法两种。一维水力学法主要用于推求江河（河段）不同频率河道水面线；二维水力学法主要用于分析堤防、大坝溃决后的洪水演进途径、淹没区域范围。可以与历史水灾法结合，重演江河（河段）典型洪水发生时，在现有防洪体系下可能的淹没范围、水深、流速等。

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结合保定市以暴雨积水风险为主的特点，采用与天津大学合作的洪涝模型。该模型分为两层：表层计算地表流动情况，考虑了铁路、公路、河道、堤防和泵站的影响；底层计算管网流情况，考虑了管流泵的作用。表层与底层之间通过井口、水泵进行水量交换。模型应用有限体积的思想，采用无结构不规则网格。网格各边为通道，通道两端为节点。按照有限体积法，取单元网格为控制体，在网格中心处计算水位（或水深），在网格周边通道的中点处计算流量。其中，水位具有网格平均值的含义，流量具有通道平均值的含义，水位和流量在时间上采取时间交错计算方式。

2.2 洪水演进分析

2.2.1 模型网格划分

图1 保定市剖分图

保定市沥涝模型计算范围是以市区规划环路为外边界，采用区域街区形状为模型网格轮廓，用任意多边形网格化分计算域。模型分为两层，表层计算地表流动情况，考虑了铁路、公路、河道、堤防和泵站的影响；底层计算管网流情况，考虑了管流泵的作用。表层与底层之间通过井口、水泵进行水量交换。模型网格剖分及河道管网模化图如图1所示。

2.2.2 边界条件

2.2.2.1 上边界条件

保定市洪水风险分为外洪风险 （即由于城市外围洪水漫过防洪大堤引起城市淹没的风险）和内涝风险（即由于降雨造成城市积水，引起城市的淹没风险）两种情况。

100a一遇以下不考虑外围洪水对市区的影响，主要考虑因排水不畅导致的暴雨内涝积水风险。在此情况下，需先确定设计暴雨，进而求出设计净雨，并以此作为上边界条件。

建成区：R=0.85Xp

规划区：R=0.6Xp

式中 R为设计净雨，Xp为设计暴雨。

2.2.2.2 下边界条件

以府河水位～流量关系为下边界条件。

2.2.3 计算域

根据保定市城市总体规划，以市区规划环路为外边界。模型共划分网格3625个，节点3727个，通道7351个。最短通道72m，最长通道556m，覆盖面积约为37.7km2。

2.2.4 模拟参数

糙率值按地形、地貌条件和地面特点，并参照其他城市进行模拟计算中采用的数据选取：建筑物及居民区采用0.10，公园绿地采用0.06，街道采用0.04。

2.2.5 城市暴雨积水模拟方案

市内积水风险考虑5，10，20，50，100a一遇5个标准。 研究外围洪水对市区的影响按超标准处理，以100a一遇为主，同时对200a一遇洪水进行风险分析。

2.2.6 洪水风险分析

按照上述城市暴雨积水模拟方案，计算出各不同标准下洪水演进过程及并统计淹没情况。从分析成果看，保定市主城区有较完善的排水管网，积水深度较小，其他部分（基本位于保定市防洪大堤以外）由于排水不畅，积水深度较大。洪水风险分析成果见表1。

表1 洪水风险分析成果

3 洪水风险图绘制

根据洪水演进分析结果，分别绘制纸质洪水风险图及电子版洪水风险图。将行政区划图、地形图、防洪工程分布图合成工作底图。依据洪水风险分析的成果，在工作底图上绘制不同频率、不同方案下的洪水淹没范围和水深等值线图。淹没范围的图示色彩参照《洪水风险图编制导则》中的规定，取不同颜色表示不同的洪水淹没水深。纸质洪水风险图成果如图2所示。

图2 保定市纸版洪水风险图

利用ARCGIS平台绘制电子版洪水风险图。首先将地形图、河流水系、行政区划、水利工程等信息合成底图，然后将不同方案的模拟分析成果、淹没范围等分别集成到ARCGIS平台信息数据库中，形成电子版洪水风险图。

保定市数据库表结构按照国家防汛指挥系统工程SL323—2005《实时雨水情数据库表结构与标识符标准》设计，共建表26个，存放信息主要有：水文信息、防洪工程信息、历史洪水灾害信息、防汛管理信息等。最后按照要求的格式，将各类图、表等信息汇入风险图管理系统。

4 结语

城市洪水风险图属于专题洪水风险图的一种，其在评估城市积水风险、保障人民生活等方面能发挥重要作用，能为城市规划决策提供技术支持。此次洪水风险图编制试点工作，将为我国全面开展洪水风险图编制工作探索道路，并积累一定的经验。

［1］中华人民共和国水利部.洪水风险图编制导则［R］.

［2］国家技术监督局，中华人民共和国建设部.防洪标准［S］.1994.

［3］水利部海河水利委员会.海河流域防洪规划［R］.2007.

［4］河北省防汛抗旱办公室，河北省水利水电勘测设计研究院.文安洼蓄滞洪区试点洪水风险图编制试点技术报告［R］.

Research On Urban Flood Risk Map Making Technology

LI Yong-kun1,DONG Chuan-hong1,Bo Li-dong1,XUAN Jing2
（1.Hebei Research Institute of Investigation＆Design of Water Conservancy＆Hydropower,Tianjin300250,China;2.Baoding Municipal Xidayang Reservoir Management Division,Baoding072350,China）

Flood risk map is a thematic map which comprised by geography information,socioeconomic information and flood characteristics.It uses the advanced technologies of Acrgis(Geographic Information System),SQL databases and others,widely using in flood mitigation,flood insurance,all kinds of development planning,disaster assessment,and many other aspects.Urban flood risk map can play an important reference on preventing the outside flood of the city and mitigating the waterlogging of the city,land utilization and the city development planning.Taking Baoding City for an example,summarizing the technical experience and providing a reference for future work.

flood risk map;city;technology of flood risk mapping

TV212.2

A

1672-9900（2011）05-0074-03

2011-06-07

李永坤（1981—），男（汉族），河北保定人，工程师，主要从事水利水电规划工作，（Tel）022-26154819。