實時、動態(tài)的佛山城市洪水淹浸風險圖的制作,防洪工程論文

實時、動態(tài)的佛山城市洪水淹浸風險圖的制作,防洪工程論文0、引言洪水風險圖是對可能發(fā)生的超標準洪水的洪水演進道路、到達時間、淹沒水深、淹沒范圍及流速大小等經(jīng)過特征進行預測，以標示洪泛區(qū)內(nèi)各處受洪水災禍的危險程度的一種重要的防洪非工程措施，簡單來講，洪水風險圖是反映洪水風險大小和城區(qū)分布的地圖，是防洪非工程措施中一種重要的方式方法。根據(jù)洪水風險圖并結(jié)合洪泛區(qū)內(nèi)社會經(jīng)濟的發(fā)展狀況，能夠做到：1〕合理制定洪泛區(qū)的土地利用規(guī)劃，避免在風險大的區(qū)域出現(xiàn)人口與資產(chǎn)過度集中；2〕合理制定防洪指揮方案，避免臨危出亂；3〕合理確定需要避災的對象，避災的目的地及道路；4〕合理評價各項防洪措施的經(jīng)濟效益；5〕合理確定不同風險區(qū)域的不同防護標準；6〕合理估計洪災損失，為防洪保險提供根據(jù)。城市是人口、資產(chǎn)高度集中的地區(qū)，一旦發(fā)生洪澇災禍，經(jīng)濟損失嚴重，政治影響大。因而，綜合利用各種措施，減輕城市洪澇災禍損失對中國的經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定具有特別重要的現(xiàn)實意義。當前我們國家重要城市均逐步開展洪水風險圖的制作與應用，所制作的洪水風險圖基本屬于靜態(tài)的，即在特定頻率洪水發(fā)生時的淹沒范圍、受淹區(qū)域內(nèi)的最大水深和淹沒歷時等信息，但這些洪水風險圖在使用經(jīng)過中存在信息量少、更新難度大、難以分享等缺點。為此以廣東省fo山城區(qū)為例，介紹根據(jù)當下預測的城區(qū)降雨和外江洪水發(fā)展情況，制作實時、動態(tài)的城市洪水淹浸風險圖，以愈加方便、精到準確地指導搶險救災進行決策。1、fo山城區(qū)大概情況fo山地處廣東省中南部珠江三角洲腹地，人口密集，經(jīng)濟發(fā)達，地處北回歸線以南，屬南亞熱帶和亞熱帶季風氣候區(qū)，又受海洋氣候調(diào)節(jié)，春季潮濕多雨，夏季較熱，雨量充沛；降雨在面上分布不均，降雨年際變化大，豐水年是枯水年的1.9倍。降雨年內(nèi)分配也不均勻，雨量多集中在每年49月，約占全年降雨量的80%。fo山城區(qū)是指禪城區(qū)的中心城區(qū)，不包含南莊部分，面積約77km2。城區(qū)內(nèi)河涌水系發(fā)達，華而不實主干河涌15條，長度為49.2km；支干河涌7條，長度為16.5km；支涌33條，長度為31.3km。各河涌近年均經(jīng)過清淤整治，1997年以前，各河涌出口水閘大部分為自流式，內(nèi)河涌需引水時，水流在潮汐作用下經(jīng)水閘自然注入，排水時經(jīng)水閘自然流出到外江。自1994年以來，外江河床逐年下切，各水閘自然注入、流出狀態(tài)遭到影響，不能知足城市防洪排澇的需求，各水閘均陸續(xù)改造為泵站，具有雙向抽排水功能，總排水能力為832.8m3/s，比改造前抽排水能力提升約86%。當前城區(qū)排澇標準均為10年一遇24h設計，暴雨24h排完且不致災。防洪堤圍主要為fo山大堤，長度為19.92km，防洪標準為百年一遇，其它堤段防洪標準為五十年一遇。fo山城區(qū)暴雨積水在2005年前不太突出，只是個別低洼地帶遇大暴雨時略有積水。2005年6月5日fo山市3h暴雨約150mm，造成fo山城區(qū)各大道路均有30～40cm的水浸現(xiàn)象，直接經(jīng)濟損踐約1.78億元。最近幾年，經(jīng)過城區(qū)排水管網(wǎng)和內(nèi)河涌改造，以及修訂施行城區(qū)防暴雨預案等措施，頻繁的短歷時強降雨在城區(qū)水浸黑點雖有時仍有30～50cm水浸現(xiàn)象發(fā)生，但經(jīng)濟損失已大幅下降。fo山城區(qū)內(nèi)澇受降雨強度、地形分布、河網(wǎng)水位、排澇泵站和排水管網(wǎng)能力等綜合因素的影響，具有典型的珠三角城市內(nèi)澇特點。在繪制fo山城區(qū)洪水風險圖時應考慮降雨、外江洪水、風暴潮、堤防潰決洪水、水閘泵站及以上各種組合影響，城市洪水風險成因組合示意圖如此圖1所示。為知足城區(qū)內(nèi)水雨情的監(jiān)測要求，及監(jiān)測系統(tǒng)適用性的檢驗，fo山城區(qū)已建成水位、雨量監(jiān)測點13個，華而不實3個陸地監(jiān)測水位站點，8個內(nèi)河涌水位監(jiān)測站點，2個雨量站點，另外外江還有3個水位、雨量監(jiān)測站點。2、fo山城區(qū)洪水風險圖應用2.1動態(tài)洪水風險圖的繪制動態(tài)洪水風險圖繪制的基礎是fo山城區(qū)暴雨內(nèi)澇模擬模型，以fo山城區(qū)為研究范圍，將預測的將來短時降雨情況作為輸入條件之一，結(jié)合城區(qū)高精度數(shù)字地圖、地下排水管網(wǎng)資料、內(nèi)河涌及外江水位、泵站調(diào)度等信息，運用二維非恒定流水動力學模型模擬城區(qū)受暴雨〔主要因素〕、外洪等影響情況，將模型計算通過轉(zhuǎn)換，構(gòu)成系統(tǒng)中專用的模型數(shù)據(jù)后存儲于數(shù)據(jù)庫中，然后利用等值線〔面〕技術(shù)自動生成模塊，構(gòu)成各網(wǎng)格最大淹沒水深等值線〔面〕圖層，最終，系統(tǒng)將最大淹沒水深等值線〔面〕圖層與基本行政區(qū)劃圖、河流、最大淹沒范圍圖、防洪工程分布圖等基本信息圖層相融合，并添加指北箭頭、比例尺、圖例和方案講明等輔助信息構(gòu)成特定方案的洪水風險圖。通過水情信息的實時監(jiān)測與管理、暴雨淹浸模擬、洪水預警、實時動態(tài)的洪水風險圖制作及GIS應用等技術(shù)手段，可為fo山城區(qū)的防汛、內(nèi)澇預警和應急調(diào)度提供決策根據(jù)和技術(shù)支持。2.2動態(tài)洪水風險圖繪制的關(guān)鍵信息動態(tài)洪水風險圖中使用的信息主要有實時的降雨、內(nèi)河涌水位、水閘泵站運行情況，以及高精度GIS地形數(shù)據(jù)和地下排水管網(wǎng)資料，關(guān)鍵信息是較為準確的將來1～3h降水和外江洪水預報結(jié)果。使用的詳細信息能夠歸納為下面3類：1〕基礎信息。主要是城區(qū)高精度的GIS地形數(shù)據(jù)和地下排水管網(wǎng)資料，這是模型網(wǎng)格劃分、水流及泄水能力計算和洪水風險圖繪制的基礎信息。2〕實時信息。包括實時的陸地及內(nèi)河涌的雨情和水情、氣象〔包括雷達回波圖和衛(wèi)星云圖〕，以及內(nèi)河涌出入口的水閘、泵站的水位和開關(guān)情況等信息，主要反映研究范圍內(nèi)的氣象、水情、雨情和工程運行情況，是系統(tǒng)運行和洪水風險圖繪制的重要信息。3〕預測信息。主要是區(qū)域范圍內(nèi)將來降雨和外江洪水的預測，是動態(tài)洪水風險圖繪制的關(guān)鍵信息。洪水預測按常規(guī)水文預報作業(yè)進行；降雨預測主要有使用雷達測雨預報和氣象部門專業(yè)的精細化降雨預報2種，兩者都是對fo山市按1km1km的格網(wǎng)預報當下之后的第1，2和3h降雨分布，更新時間均為6min，即每隔6min產(chǎn)生1組新的城區(qū)預報格網(wǎng)的將來3h的預報降雨量。根據(jù)基礎、重要、關(guān)鍵信息模擬模型運行的框圖如此圖2所示。2.3動態(tài)洪水風險圖繪制的應用根據(jù)城區(qū)暴雨特點對內(nèi)澇預警系統(tǒng)進行設置，按模型計算方式和所采用的降雨數(shù)據(jù)的不同，將生成的風險圖應用分為自動預警、實時預報、歷史查詢和方案設計，以及根據(jù)生成的風險圖及預警信息發(fā)布，指導城市防汛決策應用，詳細情況如下：1〕自動預警。根據(jù)雨量站實測的降雨數(shù)據(jù)和預測的雨量數(shù)據(jù)綜合判定，根據(jù)設定的閾值系統(tǒng)自動運行，判定條件可分為2種，當所有雨量站過去3h且預測區(qū)域?qū)?h內(nèi)降雨均為0mm時，模型不運行；當任一雨量站過去3h或者預測區(qū)域內(nèi)任一點將來3h內(nèi)降雨到達某一閾值時，模型開場自動運行，且閾值不同，系統(tǒng)運行間隔可以不同，可根據(jù)服務器每次運行、各種信息收集的時間綜合考慮，一般設定為6min的倍數(shù)，使用較多的間隔為0.5和1.0h。2〕實時預報。通過系統(tǒng)設定的實測降雨和預測降雨閾值，以及預報的基準時間、預熱期和預見期等，自動開展作業(yè)預報，繪制相應的洪水風險圖，并發(fā)出預警信息。3〕歷史查詢。能夠?qū)θ我鈿v史時段的暴雨經(jīng)過的洪水風險圖及相關(guān)資料進行查詢，該內(nèi)容以圖片和Word文檔形式存放在系統(tǒng)指定的文件庫中。4〕方案設計。能夠?qū)⑷我辉O計暴雨經(jīng)過作為降雨計算輸入條件，繪制生成洪水風險圖，以實現(xiàn)對將來特定洪水風險的防治預案及措施等。5〕城市防汛決策指導。預警生成的洪水風險圖成果可分為城區(qū)網(wǎng)格最大積水深度分布圖、重要單位積水信息圖和主要道路最大積水深度分布圖。圖3是城區(qū)網(wǎng)格最大積水深度分布圖，展示城區(qū)各網(wǎng)格上可能出現(xiàn)的淹沒最大水深，可在圖中右側(cè)列表中查看具體的網(wǎng)格編號、最大水深、最大水深出現(xiàn)時間及淹沒歷時等信息。圖4是城區(qū)重要單位積水信息圖，展示城區(qū)重要單位附近可能出現(xiàn)的淹沒最大水深，可在圖中右側(cè)列表中查看具體的單位名稱、積水深度、淹沒歷時及所在網(wǎng)格等信息。圖5是城區(qū)主要道路最大積水深度分布圖，展示城區(qū)主要道路上可能出現(xiàn)的淹沒最大水深，可在圖中右側(cè)列表中查看具體的道路編號、最高水位時刻、最大水深及淹沒歷時等信息。預警系統(tǒng)可與短信平臺相連，將預警的有關(guān)信息以短信的方式，發(fā)送到值班人員、相關(guān)領(lǐng)導及估計淹沒水深較大的重要單位與區(qū)域的防汛責任人的手機上，利于及時了解、把握雨水情信息，以方便防汛指揮決策，有針對性地采取相應的措施與預案，最大可能地減少暴雨洪水對城區(qū)的影響。3、動態(tài)洪水風險圖應用效果fo山城區(qū)內(nèi)澇預警系統(tǒng)自2020年5月在fo山試運行以來，2年間先后應用于數(shù)場較大降雨的城市動態(tài)洪水風險預警分析，大部分積水點的計算精度能夠知足預警要求，在幾場暴雨計算結(jié)果與實際調(diào)查比照中，模型計算誤差均不超過0.04m，精度級別屬于良好，并能將預警重點單位、路段積水信息提早0.5h發(fā)送到相關(guān)責任人手機上，指導內(nèi)河涌提早預排，降低水位，對預警嚴重區(qū)域布置人員采取疏浚下水管道及入口等應急措施，對城市的防災減災具有一定的指導作用。4、結(jié)束語利用動態(tài)洪水風險圖在fo山城區(qū)降雨期間的應用，對重要區(qū)域、單位和路段的淹浸情況分別進行預警，將預測的降雨與城市防汛搶險預案聯(lián)絡起來，為防汛部門實現(xiàn)分時、分區(qū)甚至分級預警提供了根據(jù)。但在今后的使用中還要注意下面幾點：1〕要提高預測數(shù)據(jù)的準確性和及時性，并更新基礎數(shù)據(jù)，十分是城市改造后的微地形與排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)更新，確保動態(tài)洪水風險圖的準確；2〕進一步完善內(nèi)澇預警系統(tǒng)的功能，使生成的風險圖愈加細化、詳細、可靠，并自動將信息傳送給指定人員；3〕加強應用城市動態(tài)洪水風險圖的執(zhí)行力度，作為一項非常有效的洪水管理非工程措施，應確保預警信息、防汛減災預案與防汛責任人之間的聯(lián)絡與落實，最大程度地減少暴雨對城市的影響與損失。以下為參考文獻：[1]李娜，程曉陶，邱紹偉.上海市城區(qū)洪水風險圖制作[J].中國防汛抗旱，2018(6):38-41.[2]張旭，姚文廣，譚徐明.(洪水風險圖編制導則〕編訂經(jīng)過及主要內(nèi)容講明[J].中國水利，2005(17):36-37.[3](fo山年鑒〕編纂委員會.2020