新疆和田地區洪水災害風險區劃分初步研究

肖 俊

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 概 況

1.1 工作任務

基于2013—2015年洪水風險圖項目中已完成的重點防洪區洪水風險圖，水利部組織開展公里網尺度的重點防洪區風險評估與制圖；針對我區重要河流且兩岸有人居住或農田等防洪保護對象的河段，開展區內重要河流及中小河流(流域50 km2以上)洪水淹沒圖編工作。

根據暴雨、洪水、地形、河流水系等自然特征，以及洪水的威脅程度和洪災頻次等，將流域或區域等風險區劃對象劃分為主要江河防洪區、山地洪水威脅區和局地洪水威脅區三種類型，采用水力學和水文學相結合的方法，將區劃對象劃分低、中、高、極高四類風險級別，并繪制洪水風險區劃[1-3]。

1.2 工作范圍

本次和田地區開展的洪水災害風險評估區劃工作的河流共計40條，根據和田地區洪水淹沒范圍圖編制河流名錄(由和田地區水旱災害防御中心與自治區水利廳水旱災害防御中心共同確定)，按照要求精細化處理的河流19條，簡化處理的河流21條。本次工作范圍內40條河流均按照精細化處理，其中，流域面積1000 km2以上的河流18條，流域面積1000 km2以下的河流22條。

計算區域起點：以中小河流干流所在源頭向下，至集水面積200 km2的河段位置，作為計算區域的起點。如果起點以上附近有特別重要的沿河防洪保護目標，應當將其納入計算范圍。

計算區域終點：沿干流向河流下游推進，至集水面積最大3000 km2為止的河段位置，作為計算區域的終點。

計算范圍：在起點和終點之間，將面積<200 km2的主要流域作為計算范圍的支流處理；基于起點和終點，并考慮支流情況，確定計算流域，選擇所在河道為計算范圍。

2 三區劃分

2.1 三區劃分原則

根據《洪水風險區劃及防治區劃編制技術要求》中劃分原則及暴雨、洪水、地形、河流水系等自然因素和人口分布、GDP等經濟社會因素，以及歷史洪水發生情況及其災害影響范圍與程度，對不同地區受洪水威脅及其形成災害的程度進行區劃，劃分為主要江河防洪區、山地洪水威脅區和局地洪水威脅區三種類型[1]。

山地洪水威脅區：依據和田地區的整體地形情況，自上而下，南部一山連丘陵，和田地區南部昆侖山主要山體為生態涵養帶，大致在出山口以上，有可能受到山洪、泥石流等災害威脅的影響，是受山洪引起的泥石流、滑坡災害威脅的區域，以空間規劃中的水源涵養區結合流域邊界線作為和田地區的山地洪水威脅區。

主要江河防洪區：和田地區中部兩大河帶諸小河為主要江河防洪區，依托天然水系，以玉龍喀什水利樞紐工程、烏魯瓦提水庫、吉音水庫、阿克肖水庫、奴爾水庫等大中型水庫及引水樞紐工程為節點，以玉龍喀什河和喀拉喀什河河湖治理工程、險工險段堤防工程、北水南調工程、和田河生態保護與修復治理工程、灌區骨干引輸水工程、河湖庫水系連通工程等工程為線，結合和田地區40條河淹沒范圍的初步計算成果，以及洪水泛濫可能集中連片淹沒的范圍進行估算，兼顧高質量發展要求和生態水利工程理念，將和田地區中部兩大河帶諸小河防洪保護區以及生態廊道劃分為和田地區主要江河防洪區。

局地洪水威脅區：除山地洪水威脅區和主要江河防洪區外，和田地區的中部部分徑流散失區及下游沙漠地區均劃分為局地洪水威脅區。這部分區域大多為沙漠、戈壁等人煙稀少地區，人口密度均<30人/km2。這些區域大多屬干旱和半干旱地區，大部分范圍降水稀少，年最大24 h點降雨量均值在50 mm以下，除偶有局地短歷時強暴雨外，一般不會發生歷史長、范圍較大的洪水，即使局部地區發生洪水也由于人煙稀少而不致成災，洪水威脅總體不大。所以將這部分區域劃分為局地洪水威脅區。

2.2 三區劃分成果

根據劃分原則，結合和田地區水生態空間總體布局、和田地區水利基礎設施空間總體布局，并與其相協調，和田地區三區劃分的情況如下：

將和田地區40個流域的三區分布范圍及邊界成果進行合并，并檢查梳理其拓撲結構和銜接關系，最終得到和田地區主要江河防洪區、山地洪水威脅區、局地洪水威脅區邊界及范圍，其面積占比分別為17.25%、15.12%、67.63%。

3 綜合風險度計算

3.1 計算原則

對于風險要素值為最大淹沒水深、最大行進流速、最大淹沒歷時等三個風險要素指標或僅為最大淹沒水深的區劃單元，各計算單元的“綜合風險度(R)”值[2]。如式(1)所示。

(1)

式中：pi為某一洪水淹沒頻率，10年一遇時，取0.1；Hi為該計算單元對應pi的“當量水深(H)”值，dm。

利用公式(1)計算期望值時，計算單元的洪水淹沒指標值Hi在起淹洪水頻率處存在跳躍，故假定在計算時p0始終為起淹洪水頻率的下一級洪水頻率(如：計算單元a的起淹洪水頻率為10年一遇，則p0=0.2，即對應5年一遇洪水頻率)，且對應的H0=0 dm；而p1、pn則分別為該計算單元的起淹洪水頻率和最高洪水計算頻率。

對于風險要素值為不同頻率下年最大24 h點雨量、產流系數的區劃單元，采用產流系數法計算各計算單元的“綜合風險度(R)”值。如式(2)所示。

(2)

式中：α為修正系數，對于局地洪水威脅區，取0.1，對于山地洪水威脅區，α一般根據區域臨界雨量對應的設計雨量頻率，結合地形坡度、坡地類型(小河溝、積水洼地或坡面)、土壤類型、植被覆蓋和洪水災害易發性等情況，進行綜合取值。取值標準見表1；F為產流系數；pi為5年一遇、10年一遇、20年一遇、50年一遇、100年一遇降水頻率；Pi為該計算單元對應pi降水頻率下的“24 h最大點雨量值”，dm。

表1 山地洪水威脅區α取值標準

3.2 計算方法及成果

本次采用長江空間信息技術工程有限公司編譯的洪水風險區劃數據集成分析與成圖工具軟件制作和田地區40條河流的洪水風險區劃圖。

(1)制作流程。本軟件系統利用1∶10 000、1∶50 000、1∶250 000基礎地理數據和1∶10 000、1∶50 000、1∶250 000水利專題數據，并結合風險區劃統計數據，利用空間疊加風險及綜合計算等空間分析及數學方法，提供包括淹沒范圍、單量(單一風險度)、綜合風險度在內的三種專題風險圖的流程化制圖功能，其提供的風險專題圖制圖流程，如圖1。

圖1 洪水風險區劃圖制作流程

(2)邊界條件。數據導入對應“數據”菜單組，包括入庫導向、基礎數據、水利數據、風險數據等。

數據導入分為兩大模塊，綜合數據入庫和獨立數據入庫。

綜合數據入庫是將每個不同類別的數據統一入到數據庫中，其中，獨立數據的類別包括：基礎地理數據、水利數據、風險區劃數據和制圖輔助數據。

在不同類別的數據模塊下，包括mdb、gdb和shp三種數據類型，其中，風險區劃數據只有shp數據類型。

(3)區劃風險計算過程。區劃風險計算模塊對應“計算”菜單組，包括風險計算引導、淹沒范圍、單一方案分析、綜合方案分析等。

風險區劃計算的原始圖層是同一區域不同年份平次不同計算方法得到的風險區劃網格圖層，包含水深、流速、淹沒歷時三個字段。

綜合風險區劃計算分為三步：①淹沒范圍h計算，對同一年份頻次的風險區劃網格圖層進行空間疊加計算，不同年份各生成一個淹沒范圍圖層，得到不同年份頻次下各個區劃網格的最大水深、最大流速、最大淹沒歷時三個字段。②單量H計算，是對每個年份頻次的淹沒范圍圖層，通過最大水深、最大流速、最大淹沒歷時三個字段計算得到單量圖層，包含其單一風險度字段。③綜合風險R計算，是對不同年份頻次的單一風險度圖層做空間疊加和綜合計算，最終得到一個綜合風險圖層，包含綜合風險度和綜合風險等級兩個必備字段，再對綜合風險圖層進行自動聚類，將風險等級相鄰的網格進行聚類合并成更大的網格，最終得到包含綜合風險等級的自動聚類圖層。

風險計算引導菜單是把綜合風險計算的三個步驟以向導的方式引導用戶完成相應操作。

人工調整菜單，可對自動聚類圖層進行人工編輯，對多個網格做進一步的合并操作。點擊人工調整菜單后，彈出人工合并工具框，工具框要素列表顯示細碎的要素斑塊，通過選擇合并到目標要素選擇目標等級斑塊，并合并、保存。

3.3 計算成果分析

從整個和田地區的洪水風險區劃圖可以看出，皮山縣自西向東的皮山河、夏馬爾瓦合吾斯塘河、桑株河、波斯喀河、杜瓦河5條河，在出山口以下河段不同程度的分布有大面積的農田和村莊及城鎮基礎設施，這些區域發生洪澇災害的風險偏大，其余河流分布有小面積的農田和村莊及鄉鎮基礎設施，這些區域發生洪澇災害的風險較小。

從局部來看和田縣自西向東的喀拉喀什河、玉龍喀什河這兩大河的渠首以下策勒河、恰哈河、奴爾河、卡爾蘇河分布有大面積的農田和村莊以及重要城鎮基礎設施，這些區域發生洪澇災害的風險偏大。于田縣內克里雅河的中部、皮希蓋河下游河段和民豐縣是和田地區最東邊的一個縣域，這些區域發生洪澇災害的風險偏大。其余河流分布有小面積的農田和村莊及鄉鎮基礎設施，這些區域發生洪澇災害的風險較小。

4 結 論

(1)通過對和田地區各地暴雨、洪水、地形、河流水系人口分布、GDP等因素分析，對和田地區進行主要江河防洪區、山地洪水威脅區和局地洪水威脅區劃分，其面積占比分別為17.25%、15.12%、67.63%。

(2)從整個和田地區的洪水風險區劃圖可以看出，皮山縣自西向東的皮山河、夏馬爾瓦合吾斯塘河、桑株河、波斯喀河、杜瓦河等5條河發生洪澇災害的風險偏大，其余河流發生洪澇災害的風險較小。