新疆洪水災害風險區劃編制實踐與思考

牛芳鵬，張江輝，白云崗，盧震林，曹 彪

(新疆水利水電科學研究院，新疆 烏魯木齊 830049)

0 引言

洪水災害是一種普遍存在且對人民生活、社會經濟影響深遠的自然災害。我國有超過60%的國土面積、90%以上的人口均存在不同程度的洪水威脅，重要城市、基礎設施和糧食主產區主要分布在江河沿岸以及沿海地區，環境復雜多變，洪水威脅度較高[1-2]。為有效預防和控制洪水災害，進行洪水災害風險區劃研究和應用是非常必要的。2020年5月31日，國務院辦公廳印發《國務院辦公廳關于開展第一次全國自然災害綜合風險普查的通知》(國辦發〔2020〕12號)，定于2020—2022年開展第一次全國自然災害綜合風險普查工作，2020年為第一階段，完成前期準備與試點任務。2021至2022年為第二階段，主要任務是完成全國自然災害綜合風險調查和風險評估，匯總普查成果[3-4]。隨著科技的不斷發展和應用，洪水災害的預測、預報、監測技術也隨之不斷提升，為減輕災害損失提供了有力的支撐和保障[5-7]。洪水風險區劃是通過對流域內暴雨特征、洪水淹沒情況分析，以綜合風險度為主要表征，將研究區域內的洪水災害風險劃分為不同的區域，為防洪工作提供科學依據。

我國對于洪水災害風險區劃的研究始于20世紀80年代，當時主要采用統計方法和GIS空間分析方法，通過對洪水歷史資料、水文測站資料和地理信息進行分析，劃分出洪水災害風險區域。隨著技術的進步和數據的積累，我國對洪水災害風險區劃的研究逐漸深化和細化。目前，我國的洪水災害風險區劃研究主要從洪水災害歷史資料的挖掘與整理、水文測站數據的分析和整合、GIS與衛星遙感技術等方面展開。王長燕[8]等通過整理、計算和分析大量歷史資料，對清朝至民國時期蘭州地區洪水災害進行了時間和空間上的特征分析。劉成武[9]等基于近2000年來的歷史資料，對湖北省歷史時期的洪澇和干旱災害進行了統計特征及演變規律的分析。通過對洪水災害發生過程的回顧和分析，對不同洪水災害的特點進行研究，為劃分洪水災害風險區域提供基礎數據。劉亞[10]等建立了一二維耦合數學模型，研究了在1000年一遇的洪水條件下，松滋江堤發生潰決后，長江干流及防洪保護區內的洪水演進過程，將不同水文測站的數據進行整合和分析，形成一定的水文分區，并分別對不同水文分區的洪水災害風險進行評估。王磊[11]等基于Sentinel-1ASAR對鄱陽湖流域開展災前、災后洪澇范圍提取，結果表明，基于SVM方法進行水體提取的總體精度均達到90%以上，Kappa系數均大于0.8，滿足洪水變化監測需求。田豐[12]等利用GIS技術進行空間分析和模擬，將洪水災害歷史數據、水文測站數據和地理信息等多源數據整合起來，形成洪水災害風險區劃的空間分布圖。然而，當前我國洪水災害仍然頻發，且規模和影響范圍越來越大，如何進一步提高洪水災害信息化普查技術并完善技術應用方案，成為值得探討和研究的重要課題[13]。根據水利部《全國洪水風險區劃及防治區劃工作方案(試行)》相關技術要求，新疆自治區洪水風險區劃工作任務為對人類活動有影響的513條主要河流。主要對新疆洪水災害風險區劃成果進行論述，并對洪水災害信息化普查技術應用前景進行探討，以期提高洪水災害預測預報能力。

1 區域概況

新疆位于我國西北部，地處歐亞大陸中心，面積166.49萬km2。地形態勢為南高北低，西高東低，屬典型大陸性干旱氣候，年均溫為8℃，年降水量2871億m3，平均降水深155.1mm。典型地貌為“三山夾兩盆”，北面是阿爾泰山，南面是昆侖山，天山橫亙中部。新疆的河流絕大部分屬于內陸河流域，地表水年總徑流量為879億m3，徑流量季節變化大，年內分配極不均勻。洪水類型主要有暴雨型、季節積雪融水、高山冰雪融水與雨雪混合型洪水等類型，主要分布在4—5月份和7—9月份。

2 洪水風險區劃方法

2.1 三區劃分

洪水災害風險區劃流程主要包括三區劃分、區劃分析方案擬定、模型構建、風險要素分析計算等步驟[14]，技術流程如圖1所示。新疆三區劃分中，根據自然和經濟社會因素，以及歷史洪水發生情況和災害影響范圍，主要江河防洪區劃分以流域和區域防洪規劃為基礎，按照歷史最大洪水淹沒或100年一遇設計洪水進行推演；山地洪水威脅區以區域內所有山丘區河流所對應的流域(面積在50～200km2之間)邊界范圍取外包后進行劃定。局地洪水威脅區人口密度一般小于30人/km2，主要涵蓋了除以上兩個區域外的地區，其中包括草原、沙漠、高原荒漠、戈壁以及高山峽谷等地形，降水量較少，洪水威脅總體不大。

圖1 洪水災害風險區劃流程圖

2.2 區劃分析方案擬定

洪水分析計算方案集合考慮各區劃單元的洪水來源、現狀設防標準、洪水組合以及潰口位置等因素，包括洪源分析、洪水計算頻率選取、洪水組合確定以及潰口(分洪)位置選取等步驟。洪水頻率一般選取為5、10、20、50、100、200年一遇。

2.3 區劃分析模型構建

流域洪水風險精細化分析采用MIKE FLOOD耦合MIKE 11河道模型、MIKE URBAN管網模型和MIKE 21地表模型構建暴雨洪澇模型[10]。MIKE 11模擬一維河道洪水演進，MIKE URBAN模擬一維排水管網水流演進，MIKE 21模擬二維地表漫流淹沒，MIKE 11和MIKE21采用側向連接，MIKE URBAN和MIKE 21采用檢查井連接，MIKE 11和MIKE URBAN采用排水口連接，模型耦合原理如圖2所示。MIKE 11可構建一維河網模型，用于城市河道水量模擬，具有節約人力、計算準確和結果可視化的優點。其計算原理是一維水動力學，包括連續方程和運動方程，采用有限差分法進行離散，差分格式為6點中心Abbott-Ionescu格式，離散方程求解采用追趕法。

圖2 模型耦合方法

根據建立的洪水風險區劃分析模型，計算得到區劃單元的最大淹沒水深、最大行進流速、以及最大淹沒歷時等數值。計算單元的風險等級以“綜合風險度(R)”為指標，按以下規則進行確定：R<0.15為低風險，0.15≤R<0.5為中風險，0.5≤R<1.0為高風險，R≥1.0為極高風險[15]。

3 新疆洪水區劃成果

3.1 三區劃分

新疆地區主要江河防洪區分布在塔里木河流域、伊犁河一干三支、喀什噶爾河流域和田河流域范圍內，面積共計79876.40km2，占比5.22%；山地洪水威脅區主要分布在和田地區南部、克孜勒蘇柯爾克孜自治州、伊犁地區、塔城地區中部河流出山口以上河段，面積共計80895.00km2，占比5.29%；新疆大部分區域為局地洪水威脅區，面積共計1353322.54km2，占比88.45%。

3.2 洪水風險區劃

由表1可知，新疆洪水災害極高風險區域面積5414.99km2，占比0.35%；高風險區域面積3463.81km2，占比0.23%；中風險區域面積8753.72km2，占比0.57%；低風險區域1496461.42km2，占比97.81%。其中：主要江河防洪區極高風險區面積4755.32km2，高風險區面積3507.19km2，中風險區面積5027.87km2，低風險區面積66586.01km2；山地洪水威脅區極高風險區面積336.15km2，高風險區面積431.47km2，中風險區面積3345.04km2，低風險區面積76782.33km2；局地洪水威脅區極高風險區面積6.82km2，高風險區面積5.92km2，中風險區面積20.00km2，低風險區面積1353289.81km2。從分布情況來看極高風險區主要集中在塔里木河流域中葉爾羌河范圍內和喀什噶爾河流域范圍內；高風險區主要集中在河流出山口等區域。

3.3 洪水防治區劃

由表2可知，新疆主要江河防洪區一級重點防治區面積2194.07km2，主要位于金溝河、孔雀河與依格孜亞河等流域；主要江河防洪區二級重點防治區面積5203.82km2，主要位于葉爾羌河、提孜那甫河、克孜河與黑孜泉河等流域；主要江河防洪區中等防治區面積6507.46km2，主要位于伊犁河、克孜河、臺蘭河與庫山河等流域；主要江河防洪區一般防治區面積61991.81km2，主要分布在喀拉米蘭河、葉爾羌河、若羌河等流域；洪泛區一般防治區面積3954.25km2，主要分布在布谷孜河、鐵列克河、烏魯阿特河、蘇古魯克河等流域；蓄滯洪區中等防治區面積24.99km2，分布在昌吉州三屯河下游；山地洪水重點防治區面積13650.93km2，主要位于康蘇河、恰克馬克河、蘇滾厄肯河等流域；山地洪水中等防治區面積11251.63km2，主要位于且木干河、故鄉河、布谷孜河等流域；山地洪水一般防治區面積55992.44km2，主要分布在喀拉喀什河、精河、巴什雀甫河、尼雅河等流域。

表2 新疆洪水防治區劃面積統計 單位：km2

4 結論與展望

以新疆地區為對象研究洪水風險區劃方法的適用性，進行區劃單元劃分、模擬模型構建及區劃分析方案制定等工作，對新疆洪水災害防御具有一定參考價值。新疆洪水災害極高、高、中風險區域面積分別為5414.99、3463.81、8753.72km2，分別占新疆區域面積的0.35%、0.23%、0.57%，主要位于巴州、阿克蘇、和田、阿勒泰、喀什等地，分布在孔雀河、阿克蘇河、和田河、葉爾羌河、額爾齊斯河、喀什噶爾河等流域；基本反映了新疆地區洪水風險程度情況及其空間分布特征。新疆地區主要防洪保護區總面積79876.40km2，一級重點、二級重點、中等防洪保護區面積分別占比2.75%、6.51%、8.18%；山地洪水威脅區面積80895.00km2，重點、中等防治區面積分別占比16.87%、13.91%。從防治區劃成果來看，新疆地區中小河流河道行洪能力、水利工程設施、風險管理等方面仍然存在薄弱環節，需要進一步提升“四預能力”、完善防洪工程體系建設。

劃分洪水災害風險區是一個復雜而綜合性強的工作，需要在評估模型、劃分方式、技術體系等方面進一步完善。大部分河流風險評估僅基于歷史洪水數據，缺乏綜合考慮人口數量、區域防洪需求和地形環境等多方面因素；其次，劃分方式不夠科學合理。部分地區僅依據流域范圍和平均降雨量等因素，易忽視了流域內復雜的地形地貌和土地利用類型等因素，導致劃分的區域過于簡單；此外，洪水風險區劃技術體系需進一步完善，基于洪水危險性評估的基礎上考慮孕災環境脆弱性與承載體易損性。