一、中小河流洪水风险区划工作流程

中小河流洪水风险区划工作流程(图7.8)。

二、中小河流洪水风险区划服务应用案例

以湖北漳河为例详细介绍中小河流洪水风险区划

1、资料

资料包含1:250000地理信息数据、漳河流域矢量边界数据、漳河流域逐日水文雨量站数据(1969年5月1日-2011年3月1日)、漳河水库历史逐日水位、历史洪水径流、水库抗洪能力数据、钟祥历史暴雨洪涝灾情数据、常规站、自动站建站以来历史降水数据、行政区矢量边界数据。

2、方法

由漳河水库抗洪能力等相关数据确定漳河流域致洪临界水位，利用漳河流域20个水文雨量站降水数据、漳河水库观音寺水文站相应的日水位资料制作实际雨洪曲线(理论雨洪关系曲线由水库历史洪水径流、抗洪能力相关数据确定)，从而得到不同水位下的流域暴雨洪涝临界面雨量。计算流域面雨量重现期，运用基于GIS的暴雨洪涝淹没模型计算不同水位下重现期降水的淹没范围、水深；运用灾害风险原理，制作风险区划图。

图7.8 漳河流域洪水风险区划图制作流程

3、结果分析

① 漳河流域致洪临界水位

从表7.3可知，漳河水库设计汛限水位为122m(观音寺水文站水位)、洪水位为125m，校核洪水位为127.5m。通过调查水库周边高程可知，122m为水库周边平均海拔高度。如果以水库自然调蓄能力为限(超过该水位，需要人工抽排)，汛限水位既是漳河流域临界水位。

②流域致洪临界面雨量

图7.9 漳河流域及水文雨量站分布图

利用漳河流域20个水文雨量站1969年5月1日-2010年12月31日逐日降水量资料，求取漳河流域逐日面雨量数据。如图7.9所示，水文雨量站点均匀分布：

(7.8)

式中，R-流域日面雨量(mm)，-水文雨量站点日雨量()(mm)，n-站点数。

利用观音寺站历史逐日水位和流域面雨量数据，选定汛限水位及前一日对应的水位、雨量，建立汛限水位与面雨量关系曲线图7.10(a)。同时用漳河水库水位-库容关系、常年降水径流系数(漳河水库调度运用手册)等相关数据得到漳河水库汛限水位-面雨量理论关系曲线(图7.10(b))，图7.10中的R2为拟合优度判定系数。

图7.10(a)漳河水库汛限水位-面雨量、(b)漳河水库汛限水位-面雨量理论关系曲线

对比图7.10(a)与(b)，随着水位的增加，(a)与(b)的斜率绝对值均有随水位增加而逐渐变小的趋势，(a)在汛限水位处，斜率为零。在水位119.46m以上，理论曲线与实际曲线值较接近。水位Y到达汛限所需要的面雨量X为流域致洪临界雨量，可见，在不同的水位下，流域致洪临界面雨量不同。如果面雨量大于当前水位到达汛限的临界面雨量，流域就可能发生洪涝灾害。

③ 漳河流域洪水风险区划

历史洪涝灾害风险：

图7.11 漳河流域洪涝灾害风险定性评估图

由于面雨量大于致洪临界雨量就可能发生洪涝灾害，运用水位、面雨量资料，挑选过程面雨量(3d)超过临界面雨量的个例，做汽泡图(图7.11)，水位为横坐标，面雨量为纵坐标，超过临界雨量的数值为汽泡。汽泡越大，表示超过临界值的雨量越大，即洪涝灾害发生风险越大。结果如图7.11所示，出现洪涝灾害风险的水位段主要在120.5～122m之间，120.5m以下出险的概率很小，而119.5m以下，无出险个例。(如连续几天出现风险，取第一天作为风险事件)。

不同重现期面雨量：

利用漳河流域面雨量序列资料，运用耿贝尔极值Ⅰ型分布法原理，求取重现期：

极值Ⅰ型分布函数为：

(7.9)

其超过保证率函数，即Gumbel概率分布函数是：

(7.10)

重现期为概率的倒数，a及u是极大值分布参数，计算公式为：

(7.11)

(7.12)

式中，、分别为样本序列的数学期望和均方差，、可根据不同的样本数通过查表得到。

不同重现期的面雨量可通过下式求得：

(7.13)

式中，p为概率，即重现期的倒数，得表7.15。

表7.15 不同基准水位达到漫坝洪水位(127.75m)所需面雨量

不同重现期降水淹没风险：

暴雨洪涝淹没模型是基于GIS栅格数据的水动力学暴雨洪涝演进模型，运用D8(deterministic eight node，最大坡降算法)及曼宁公式来计算水流方向及流量。

由于不同水位下，临界面雨量不同，运用历史洪涝灾害风险的分析，将120.5～122m之间水位分成三段(120.5～121.0m、121.0～121.5m、121.5～122.0m)，分别取其中值代表该段水位，按照20a、50a不同重现期的面雨量计算漳河流域淹没范围和淹没水深。

(7.14)

式中，为实际用于计算流域淹没面积的面雨量，为重现期面雨量，j为重现期，X为相应水位下的临界面雨量。

计算时间步长为24h(降水随时间无变化)，同时，将计算得到的水深数据作归一化处理，并按分位数法(Quantile)分成5级，得到图7.12。图7.12中，(a)为20年一遇暴雨洪涝淹没区(120.75m基础水位，下同)，(b)为50年一遇暴雨洪涝淹没区(120.75m)，(c)为20年一遇暴雨洪涝淹没区(121.75m)，(d)为50年一遇暴雨洪涝淹没区(121.75m)。

图7.12 漳河流域暴雨洪涝淹没风险图

下面以漳河流域水稻为例，分析一下在20年一遇重现期下，受洪水影响的承灾体受损情况。叠加遥感提取的湖北省水稻种植分布，根据不同生育期水稻的耐淹指标，20年一遇的强降水造成漳河流域不同生育期的水稻淹没面积为返青期1.58千公顷、分蘖期1.54千公顷、拔节期0.91千公顷、孕穗期0.62千公顷、成熟期0.29千公顷(表7.16、图7.13)。

表7.16 不同水位下20年一遇情况下漳河流域水稻不同生育期受淹面积

图7.13 20年一遇降水漳河流域水稻受淹分布图(基础水位120.75m)