陕西省中小河流重点治理河段洪水风险图编制与应用探讨

2016-07-04苗磊

地下水 2016年3期

关键词：风险评估

苗　磊

(陕西水环境工程勘测设计研究院，陕西西安 710018)

陕西省中小河流重点治理河段洪水风险图编制与应用探讨

苗磊

(陕西水环境工程勘测设计研究院，陕西西安 710018)

[摘要]对陕西省金陵河重点治理河段洪水风险模型构建及洪水风险图绘制进行分析，估算其洪水损失，做出可行的避险转移方案。在此工作基础上，总结该河段可能的风险并提出合理建议，为陕西省中小河流重点治理河段洪水风险图编制与应用提供宝贵的参考意见。

[关键词]中小河流；洪水风险图；风险评估

1金陵河概况

金陵河属渭河左岸一级支流，发源于陇山山脉南部的陈仓区新街镇赵家山，干流自北向南流经陈仓区新街镇、县功镇、桥镇、金台区金河镇、长寿乡及宝鸡市区，由宝鸡卷烟厂西侧注入渭河，全长55.0 km，河道平均比降7.4‰，总流域面积427.1 km2。金陵河流域上游三条较大的一级支流为司川河、龙渠沟和窑沟，均分布于金陵河右岸，流域图见图1。其中洪水风险图编制范围为金陵河县功镇～金陵河入渭口段，河段长26.1 km。

图1　金陵河流域水系图

2洪水来源及遭遇分析

金陵河流域的洪水主要由暴雨形成，并有明显的季节变化，多集中在7-9月。流域上段形状为扇形，2条主要支流控制流域面积为332 km2，占总流域面积的78%，中下段流域形状为窄长型，流域平均宽度为3.65 km。利用暴雨资料并结合流域形态分析得出：流域上游位于暴雨中心，且流域面积占全流域面积比例高，在县功镇汇流后，流域下段降雨量和集水面积减少，对洪峰流量增加有限，加之流域为窄长型，河道有一定槽蓄作用，存在降低洪峰流量的可能。因此，金陵河流域的洪水主要来源于上游。

对于洪水遭遇分析：支流金陵河入渭口段洪水遭遇按以金陵河支流为主(遭遇渭河干流洪水)和以渭河干流洪水(遭遇金陵河支流洪水)两种情況考虑，按实际发生洪水分析洪水遭遇问题，通过调查金陵河近80年6场调查洪水最大洪峰(其中1988年洪水为最大调查洪水，重现期定义为80年)和渭河干流林家村站相应的年最大洪峰进行分析得出：金陵河入渭口段支流金陵河200 a一遇洪水遭遇渭河干流20 a一遇洪水，支流金陵河100 a一遇洪水遭遇渭河干流10 a一遇洪水，支流金陵河50 a一遇洪水遭遇渭河干流5 a一遇洪水。

3洪水风险图编制总体构思

洪水风险图编制需要经历以下几个步骤：区域调查与风险概况分析、风险因子辨识、基础资料的收集与处理、洪水风险分析、风险制图等。同时还形成了一套完整的洪水风险信息管理系统，可进行风险信息查询、损失评估、抢险与避险转移方案设计等，以服务于防洪减灾决策需要。

(2)制定计算方案，根据流域特点和已有成果，进行洪水来源分析和设计洪水计算，结合洪水量级设定计算方案。

(3)洪水分析计算，采用水力学方法进行洪水分析，并对模型进行率定和验证。

(4)根据洪水分析结果，进行洪水影响与损失估算分析。

(5)避险转移分析，根据洪水影响分析结果和当地防汛预案，制定避洪转移方案，确定避险转移人员、安置场所和转移线路。

(6)按照《洪水风险图编制导则》、《洪水风险图编制技术细则》要求，绘制洪水风险图，提交编制成果。

4模型构建

4.1模型构建方法

对于金陵河重点治理河段洪水风险图分析，河道采用一维水力学模型，保护区采用二维水力学模型。二维水力学模型均采用中国水利水电科学研究院研发的洪水分析系列软件。其基本原理为：

连续方程：

“收藏历史记忆，传承红色文化。”李建明和他的老伴，每天在这里打理。门票5元一张，学生票1元。70岁以上老人及复转军人、残疾人免费。李建明已在大泉山村买下了房子，他的后半生，要与大泉山东方红展览馆连在一起了。

动量方程：

q为单位面积的源汇强度；H为水深；Z为水位；u和v分别为垂向平均流速在x与y方向的分量；n为糙率；g为重力加速度；vT为水流湍动扩散系数；f0=2ω0sinψ为科氏力系数，ω0为地球自转角速度，ψ为计算区域的地理纬度；ρ为水流密度；u0、v0分别为水深平均源汇速度在x、y方向的分量；τsx和τsy分别表示x、y方向的水面风应力。计算过程中根据实际情况可以对数学模型进行适当简化忽略风应力、地球科氏力的影响。

4.2边界条件的确定与基础数据处理

4.2.1溃口设置及流量过程

溃口设置：主要考虑河道险工险段、砂基砂堤、穿堤建筑物、堤防溃决后洪灾损失较大等情况。根据“最可能”、“最不利”和“代表性”三个原则。“最可能”溃口选取以临水堤防的险工险段主，由于这些位置的堤防比较薄弱，最有可能在洪水的作用下，造成工程失事而形成溃口；“最不利”溃口选取重要的城镇、工商业所处位置的堤防段，可以由此预估出最严重的灾害影响，即影响大；“代表性”溃口可以选取以前发生过溃口的位置，即历史出险位置。最终确定金陵河溃口2处(金陵河渡槽左岸和右岸)。

溃口流量：采用侧堰流量公式计算，采用《水力计算手册》中的侧堰公式进行计算，计算公式如下：

式中：Q为侧堰流量； m为流量系数；v1、h1、H1为侧堰首端河渠断面的平均流速、水深和堰顶水头；α、b为入流角度、堰宽。

河道内洪水位采用一维水力学模型计算，河道外保护区采用二维水力学模型计算，通过溃口处的侧堰流量建立一、二维联系。

4.2.2糙率的确定

河道一维模型糙率根据工程断面河床组成、河段特征，并参考临近流域水文站实测洪水糙率。经综合分析，确定工程上段(县功镇至秦家河大桥段)的河道糙率采用0.035，工程下段(秦家河大桥至入渭口段)的河道糙率采用0.033。

二维水动力模型中糙率，利用地形图，并结合现场查勘情况，考虑区域内地形、地貌、植被状况，根据《洪水风险图编制技术细则》、《水力计算手册》等资料确定县功镇-秦家河桥农防段糙率采用0.05，秦家河桥-入渭口段城区段糙率采用0.06。

4.2.3主要建筑物概化处理

(1)城区建筑物概化：对于城镇建筑物密集林立，较难按实体一一概化，本次根据高精度遥感图片及现场考察，对城镇内建筑物进行分片模拟，即把较密集的建筑物作为一整体考虑，赋以相应的糙率，使其起阻水作用，同时又有较小的流速经过，起到蓄水作用。

(2)道路概化：城区道路为保护区内洪水的主要通道，本次将城市主干道、主要交通要道等道路的糙率取值小于保护区糙率对道路进行简单概化处理。其中道路糙率取值0.04，保护区糙率为0.06。

(3)桥梁概化：本次金陵河风险图涉及县功镇至入渭口段共有桥梁26座，其中漫水桥3座。按照上下游河段特性，上段流速大、主槽窄深，下游河道主槽宽浅，流速相对较小，将河段分为上、中、下段。按桥梁类型区分，漫水桥阻水面积大，对河道壅水偏高，普通公路板桥，河道内桥柱有一定阻水作用，对河道壅水偏低。按上述原则结合以往桥梁壅水计算成果对金陵河风险图涉及范围内桥梁壅水计算概化处理。经概化后，一般桥梁上段壅水高度取0.20～0.60 m，中段壅水高度取0.15～0.40 m，下段壅水高度取0.10～0.30 m。漫水桥壅水高度较一般桥梁有所增加。

5计算成果及风险要素分析

5.1计算方案与结果

5.1.1计算方案

根据金陵河的洪水来源、洪水量级分析、洪水组合方式、溃口设置、洪水频率等情况，结合河道实际情况，本次共设置计算方案9个，详见表1。

表1　金陵河洪水计算方案设置表

5.1.2计算结果

根据金陵河各方案洪水分析计算成果，比较分析不同计算方案的洪水风险信息。金陵河不同洪水量级淹没面积统计见表2。

表2　金陵河防洪保护区淹没面积汇总表

由表2可知，当金陵河发生5 a、10 a、20 a、50 a、100 a一遇洪水时，淹没面积分别为0.45、0.6、0.76、4.62、5.66 km2，淹没水深分别为1.06、1.17、1.31、1.44、1.57 m，其中5 a、10 a、20 a一遇洪水基本不出槽，淹没面积主要为河道行洪面积，50 a、100 a一遇洪水会出现漫溢，一维计算淹没两岸保护区面积分别为1.02、1.25 km2，其中上河西村和玉池村地势较低，是遭受洪水淹没风险较高的区域； 100 a一遇洪水发生溃口时，渡槽左岸影响范围比右岸大，再者，根据实测地形图可以看出，金陵河渡槽下游左岸地势低，右岸地势高，二维计算结果符合实际情况，计算结果比较合理。由此可见，随着洪水量级的增大，金陵河洪水淹没范围增大，淹没水深也增大，洪水演进距离更远，地势较低的保护区遭受洪水淹没风险更高。

5.2风险要素分析

根据淹没范围及淹没水深分析结果，可以得出以下结论：

(1)金陵河上游农防段防洪体系不完善，防洪标准为10 a和20 a洪水，当发生超标准洪水时，洪水在部分堤防段将漫堤，淹没两岸耕地及少数居民地，地方防汛部门应重点加强超标准洪水时的防汛措施。

(2)金陵河下游宝鸡市城区段防洪工程防洪标准为100 a一遇洪水，但部分堤防为多次加高培厚建成，加之桥面雍水的影响，部分堤防可能发生溃口，宝鸡市城区位于金陵河两岸，一旦发生溃口，洪水会很快淹没部分城市区域，造成巨大的危险及损失，建议加强堤防险工险点的防守，并对堤防薄弱地带进行除险加固治理。