平原区与山丘区洪水风险图：绘制方法、应用成效与对比研究

平原区与山丘区洪水风险图：绘制方法、应用成效与对比研究一、引言1.1研究背景与意义洪水灾害作为一种极具破坏力的自然灾害，始终对人类社会的安全与发展构成严重威胁。近年来，全球气候变化加剧，极端天气事件频繁发生，致使洪水灾害的发生频率和危害程度呈显著上升趋势。据统计，仅在2023年，全球范围内就有众多地区遭受了洪水灾害的侵袭，造成了大量人员伤亡和难以估量的经济损失。在亚洲，印度和巴基斯坦的洪水灾害导致了数千人受灾，基础设施遭到严重破坏；在欧洲，德国、比利时等国的暴雨引发了洪水，众多城镇被淹没，交通、通信等系统陷入瘫痪。这些触目惊心的灾害事件，不仅严重影响了受灾地区的经济发展，还对生态环境造成了长期的负面影响。在中国，洪水灾害同样是制约经济社会发展的重要因素之一。我国幅员辽阔，地形地貌复杂多样，气候条件差异显著，许多地区都面临着洪水灾害的风险。尤其是长江、黄河、淮河等大江大河的中下游地区，以及东南沿海地区，由于地势低洼、降水集中等原因，洪水灾害频繁发生。例如，2024年入汛以来，我国多地遭遇强降雨袭击，长江流域部分地区水位迅速上涨，鄱阳湖、洞庭湖等湖泊水位超警戒，给当地人民的生命财产安全带来了巨大威胁。据相关部门统计，这些洪水灾害导致了大量农田被淹，房屋倒塌，交通中断，直接经济损失高达数十亿元。面对日益严峻的洪水灾害形势，如何有效地预防和应对洪水灾害，已成为全球范围内亟待解决的重要课题。洪水风险图作为一种直观、有效的防洪减灾工具，能够清晰地展示洪水可能淹没的区域、水深分布、流速大小以及洪水发生的概率等信息，为洪水灾害的预防、预警、应急救援和灾后恢复等提供科学依据。通过洪水风险图，决策者可以直观地了解不同区域的洪水风险程度，从而合理规划城市布局，制定科学的防洪减灾措施；居民可以提前了解自己所在区域的洪水风险，做好防范和转移准备；救援人员可以根据洪水风险图迅速确定救援重点和行动路线，提高救援效率。因此，构建准确、全面的洪水风险图对于提高我国防洪减灾能力，保障人民生命财产安全具有重要的现实意义。我国地形复杂，平原区和山丘区在地形地貌、河流水系、气象条件等方面存在显著差异，这导致两者的洪水特性和风险状况也截然不同。平原区地势平坦，河网密布，洪水传播速度相对较慢，但淹没范围广，持续时间长；山丘区地形起伏大，河流落差大，洪水汇流速度快，突发性强，破坏力大。因此，针对平原区和山丘区的特点，分别开展洪水风险图研究，对于提高我国洪水风险管理的针对性和有效性具有重要意义。1.2国内外研究现状国外在洪水风险图研究领域起步较早，在平原区和山丘区都取得了显著成果。美国地质调查局（USGS）自20世纪90年代起便运用GIS技术构建洪水淹没模型，结合数字高程模型（DEM）、河流水系数据以及洪水水位数据，对不同地形条件下洪水的演进过程进行模拟，精准预测平原区洪水的淹没范围和水深分布，为洪水风险评估提供了关键技术支撑。在山丘区洪水研究方面，国外学者通过建立分布式水文模型，充分考虑地形、土壤、植被等因素对洪水产汇流的影响，提高了山丘区洪水模拟的精度。在欧洲，英国环境署利用GIS技术搭建了全国性的洪水风险评估系统，整合地形、气象、水文等多源数据，实现了对洪水风险的实时监测，并及时为公众发布洪水预警信息。德国则借助GIS技术对易发生洪水的区域，包括平原区和山丘区，展开详细的风险评估，绘制出高精度的洪水风险图。其洪水风险图不仅涵盖洪水淹没范围和水深等基础信息，还充分考虑了洪水对建筑物、基础设施的破坏程度，以及洪水发生后的人员疏散和救援路径等关键因素，为洪水灾害的应对提供了全面、细致的指导。在洪水风险评估模型方面，国外也涌现出多种先进的模型。例如，澳大利亚学者开发的HEC-RAS模型，有机结合了GIS的空间分析功能，能够对河流洪水，无论是平原区还是山丘区的河流，进行精确的模拟和分析。该模型通过考虑河道的几何形状、糙率、水位流量关系等因素，准确预测洪水在河道中的传播速度和水位变化，为洪水风险评估提供了可靠的数据支持。此外，美国陆军工程兵团研发的FloodMap模型，利用GIS技术和遥感数据，实现了对洪水淹没范围的快速绘制和动态监测，极大地提高了洪水风险评估的效率和准确性。国内对于洪水风险图的研究虽然起步相对较晚，但发展迅速。在平原区，学者们针对平原地区地势平坦、河网密布、洪水淹没范围广且持续时间长的特点，开展了大量研究。例如，通过构建水动力模型，对平原河网地区的洪水演进过程进行模拟，分析洪水的传播路径和淹没范围。在长江中下游平原地区，研究人员利用高精度的DEM数据和丰富的水文观测资料，建立了复杂的洪水模型，对不同频率洪水的淹没情况进行了详细模拟，为该地区的防洪减灾决策提供了科学依据。在山丘区，由于地形起伏大、河流落差大、洪水汇流速度快且突发性强的特性，研究重点主要集中在如何准确模拟洪水的快速产汇流过程以及评估洪水的破坏力。一些学者采用分布式水文模型与地理信息系统相结合的方法，考虑山丘区地形地貌、土壤类型、植被覆盖等因素对洪水的影响，取得了较好的模拟效果。在四川、云南等山丘区，研究人员通过实地调查和数据分析，建立了适合当地的洪水风险评估模型，为当地的防洪减灾工作提供了有力支持。尽管国内外在洪水风险图研究方面取得了诸多成果，但仍存在一些不足之处。一方面，部分模型在模拟洪水过程时，对一些复杂因素的考虑还不够全面。例如，在平原区，对于人类活动如城市化进程、水利工程建设对洪水的影响，以及在山丘区，对于地质条件、生态环境变化对洪水的作用，部分模型未能充分考虑，导致模拟结果与实际情况存在一定偏差。另一方面，洪水风险图的更新和动态监测能力有待进一步提高。由于洪水风险受到多种因素的动态影响，如气候变化、土地利用变化等，现有的洪水风险图往往不能及时反映这些变化，从而影响了其在防洪减灾中的应用效果。此外，在洪水风险图的应用方面，虽然已经在防汛调度、灾害预警等领域得到了一定应用，但在公众普及和跨部门协同应用方面还存在不足，需要进一步加强推广和应用。1.3研究目标与内容本研究旨在深入剖析平原区和山丘区的洪水特性，运用先进的技术手段，分别构建适用于这两种不同地形区域的高精度洪水风险图，并通过实际案例验证其有效性和应用价值，为洪水灾害的科学管理和应对提供坚实的技术支撑和决策依据。在研究内容方面，首先是洪水风险图绘制方法研究。针对平原区地势平坦、河网密布，洪水传播速度相对较慢但淹没范围广、持续时间长的特点，选择合适的水动力模型，如MIKEFLOOD模型。该模型能够充分考虑平原河网复杂的水流运动特性，通过对河道糙率、水位流量关系等关键参数的精细率定，准确模拟洪水在平原区的演进过程，预测不同频率洪水的淹没范围和水深分布。在长江中下游平原的某研究区域，利用该模型结合高精度的DEM数据和多年的水文观测资料，成功绘制出了该区域的洪水风险图，清晰展示了洪水的淹没范围和水深变化情况。对于山丘区，因其地形起伏大、河流落差大，洪水汇流速度快、突发性强、破坏力大，采用分布式水文模型与地理信息系统相结合的方法，如SWAT-ArcGIS耦合模型。该模型可以充分考虑山丘区地形地貌、土壤类型、植被覆盖等因素对洪水产汇流的影响，通过对不同下垫面条件下的产汇流参数进行准确模拟，提高洪水模拟的精度。在四川某山丘区，运用该耦合模型，结合实地调查获取的土壤、植被等数据，对该区域的洪水进行了模拟分析，绘制出了反映山丘区洪水特性的风险图。其次是洪水风险图应用案例分析。以具体的平原区和山丘区洪水灾害事件为案例，详细阐述洪水风险图在灾害预警、应急救援、灾后评估等方面的实际应用。在平原区的某次洪水灾害中，相关部门提前根据洪水风险图确定了可能受灾的重点区域，及时发布了精准的灾害预警信息，提前组织居民进行转移安置。在应急救援过程中，救援人员依据洪水风险图规划了最佳的救援路线，快速抵达受灾区域，成功解救了被困群众。灾后，利用洪水风险图对受灾范围和损失程度进行评估，为恢复重建工作提供了科学依据，大大提高了救援效率和减灾效果。在山丘区的一次暴雨引发的山洪灾害中，洪水风险图发挥了重要作用。通过风险图，当地政府提前了解到山洪可能影响的区域和程度，及时启动了应急预案，组织群众撤离。在救援过程中，救援队伍根据风险图确定了安全的救援路径，避免了因盲目行动而导致的危险，有效减少了人员伤亡和财产损失。再者是平原区与山丘区洪水风险图对比研究。从洪水特性、风险要素、绘制方法、应用效果等多个角度，深入对比分析平原区和山丘区洪水风险图的差异。平原区洪水风险图主要关注洪水的淹没范围和水深，绘制方法侧重于水动力模型的应用；而山丘区洪水风险图除了考虑淹没范围和水深外，还需重点关注洪水的流速、流向以及可能引发的山体滑坡、泥石流等次生灾害，绘制方法需要结合分布式水文模型和地理信息系统。通过对比研究，总结出不同地形条件下洪水风险图的特点和适用范围，为今后洪水风险图的编制和应用提供参考。最后是洪水风险图优化建议。结合研究结果和实际应用中发现的问题，从数据采集与处理、模型精度提升、成果更新与动态监测、多部门协同应用等方面，提出针对性的优化建议。在数据采集方面，加强多源数据的融合，包括卫星遥感数据、无人机航拍数据、地面监测数据等，提高数据的准确性和时效性。在模型精度提升方面，不断改进和完善洪水模拟模型，考虑更多的影响因素，如人类活动对洪水的影响等。在成果更新与动态监测方面，建立定期更新机制，利用实时监测数据对洪水风险图进行动态调整，确保其能够及时反映洪水风险的变化。在多部门协同应用方面，加强水利、气象、应急管理等部门之间的合作，实现数据共享和信息互通，提高洪水风险图的应用效率。1.4研究方法与技术路线本研究综合运用多种研究方法，确保研究的科学性、全面性和深入性。在文献研究方面，广泛搜集国内外关于洪水风险图的相关文献资料，涵盖学术期刊论文、研究报告、技术标准等，深入了解平原区和山丘区洪水风险图的研究现状、发展趋势以及现有研究的成果与不足。通过对这些文献的梳理和分析，为本研究提供坚实的理论基础和研究思路。在案例分析上，精心挑选具有代表性的平原区和山丘区洪水灾害案例，如长江中下游平原的某次洪水灾害以及四川某山丘区的山洪灾害事件。深入剖析这些案例中洪水风险图在灾害预警、应急救援、灾后评估等环节的实际应用情况，总结成功经验和存在的问题，为后续研究提供实际应用参考。模型模拟也是本研究的重要方法之一。针对平原区和山丘区不同的地形地貌和洪水特性，分别选用合适的模型进行模拟。在平原区，运用MIKEFLOOD模型，结合高精度的DEM数据和丰富的水文观测资料，对洪水演进过程进行精细模拟，准确预测洪水的淹没范围和水深分布。在山丘区，采用SWAT-ArcGIS耦合模型，充分考虑地形地貌、土壤类型、植被覆盖等因素对洪水产汇流的影响，提高洪水模拟的精度。对比分析方法贯穿于整个研究过程。从洪水特性、风险要素、绘制方法、应用效果等多个维度，对平原区和山丘区洪水风险图进行细致对比。通过对比，清晰地揭示出不同地形条件下洪水风险图的差异和特点，为洪水风险图的编制和应用提供针对性的建议。本研究的技术路线以数据收集与处理为起点，广泛收集地形地貌、气象水文、土地利用、社会经济等多源数据，并对这些数据进行清洗、整理和分析，确保数据的准确性和可靠性。基于收集的数据，针对平原区和山丘区的特点，分别选择合适的模型进行洪水模拟分析。在模拟过程中，对模型参数进行精细率定和验证，以提高模拟结果的精度。根据模拟结果，绘制平原区和山丘区洪水风险图，并对风险图进行可视化处理，使其更加直观易懂。通过实际案例对洪水风险图的应用效果进行评估，根据评估结果提出优化建议，进一步完善洪水风险图，为洪水灾害的科学管理和应对提供有力支持。具体技术路线如图1-1所示。【此处插入图1-1技术路线图】二、平原区洪水风险图研究2.1平原区洪水特征与风险分析平原区由于地势平坦开阔，河网水系纵横交错，使其洪水呈现出一系列独特的特征。与山丘区洪水相比，平原区洪水的流速相对较为缓慢。这是因为平原地形坡度小，水流在行进过程中受到的阻力相对较大，导致其动能损耗较快，传播速度受限。据相关研究表明，在长江中下游平原地区，洪水的流速一般在0.5-1.5米/秒之间，而在山丘区，洪水流速往往能达到3-5米/秒甚至更高。洪水的持续时间长也是平原区洪水的一大显著特点。由于平原区河网调蓄能力较强，洪水在进入平原后，会在河网中缓慢流动和储存，难以迅速排泄，使得洪水过程持续时间较长。以淮河平原为例，在2003年的洪水灾害中，洪水持续时间长达一个多月，给当地的农业生产、居民生活和基础设施都带来了严重的影响。平原区洪水的淹没范围极为广泛。平坦的地形使得洪水在漫溢时几乎不受地形阻挡，能够向四周大面积扩散，淹没大片的农田、城镇和村庄。在1998年长江流域的特大洪水中，长江中下游平原的多个省份，如湖北、湖南、江西等，都有大量的土地被洪水淹没，受灾面积达数百万平方公里，众多城镇和乡村被洪水围困，大量居民被迫转移。平原区洪水风险的形成受到多种因素的综合影响。地形地貌是一个关键因素，地势低洼的区域更容易积水，洪水发生时受淹的风险更高。例如，黄河下游的华北平原，部分地区地势低洼，且地面高程与黄河洪水位相差较小，一旦黄河发生决堤或漫溢，这些地区将迅速被洪水淹没。河流水系的分布和特征也对洪水风险有重要影响。河网密度大、河道弯曲、排水不畅的地区，洪水容易积聚，增加了洪水灾害的风险。如珠江三角洲地区，河网密布，且部分河道因城市化进程导致淤积和变窄，在暴雨期间，洪水排泄困难，经常出现内涝灾害。气象条件是影响洪水风险的重要因素之一。暴雨的强度、持续时间和频率直接决定了洪水的规模和发生概率。在我国东部平原地区，夏季受季风气候影响，降水集中，暴雨频繁，容易引发洪水灾害。如2021年河南郑州的特大暴雨，短时间内降雨量超过常年一个月的降水量，导致城市内涝严重，多条河流出现超警戒水位，造成了巨大的人员伤亡和财产损失。人类活动对平原区洪水风险的影响也不容忽视。城市化进程的加速导致大量的不透水地面增加，如建筑物、道路等，减少了雨水的下渗，使得地表径流迅速增加，加大了城市排水系统的压力，容易引发城市内涝。此外，不合理的水利工程建设，如围湖造田、河道裁弯取直等，破坏了原有的自然调蓄能力，也会增加洪水风险。例如，洞庭湖和鄱阳湖由于长期的围湖造田，湖泊面积不断缩小，调蓄洪水的能力大幅下降，在洪水来临时，加剧了洪水灾害的危害程度。对平原区洪水风险的分析，需要综合考虑多个指标，以全面评估洪水可能带来的危害。洪水淹没范围是一个直观反映洪水影响范围的指标，通过确定洪水可能淹没的区域，可以提前采取相应的防范措施，如转移居民、保护重要设施等。洪水淹没深度与洪水对建筑物、农作物等的破坏程度密切相关，水深越大，破坏作用越强。一般来说，当洪水淹没深度超过1米时，大部分农作物将遭受严重损失，房屋也可能出现倒塌等情况。洪水发生的频率是评估洪水风险的重要指标之一。发生频率越高的地区，未来遭受洪水灾害的可能性就越大，需要更加重视防洪减灾工作。洪水的流速会影响洪水的传播速度和对物体的冲击力，流速越快，对基础设施和建筑物的破坏能力越强。在河流弯道处，洪水流速加快，对河岸的冲刷作用增强，容易导致河岸坍塌。常用的洪水风险分析方法包括水文水力学方法、地理信息系统（GIS）技术和数学模型等。水文水力学方法通过建立洪水演进模型，模拟洪水在河道和流域内的流动过程，计算洪水的水位、流量、流速等参数，从而评估洪水风险。例如，采用一维圣维南方程组来描述河道水流运动，通过求解方程组得到洪水的水位和流量变化过程。GIS技术具有强大的空间分析能力，可以整合地形、水系、土地利用等多源数据，直观地展示洪水风险的空间分布。通过建立数字高程模型（DEM），可以准确地分析地形起伏对洪水淹没范围和深度的影响。利用GIS的缓冲区分析功能，可以确定河流两岸一定范围内的洪水风险区域。数学模型如洪水频率分析模型、洪水风险评估模型等，能够对洪水风险进行量化评估。洪水频率分析模型通过对历史洪水数据的统计分析，确定不同频率洪水的特征值，为防洪工程设计提供依据。洪水风险评估模型则综合考虑洪水的危险性、承灾体的易损性和社会经济因素，计算洪水风险指数，评估不同区域的洪水风险程度。2.2平原区洪水风险图绘制方法平原区洪水风险图的绘制是一项复杂且系统的工作，需要综合运用多种先进技术和方法，以确保风险图能够准确、全面地反映洪水风险状况。其中，地理信息系统（GIS）技术和水文水动力模型在绘制过程中发挥着核心作用。GIS技术作为一种强大的空间分析工具，在平原区洪水风险图绘制中具有不可替代的优势。它能够对海量的地理空间数据进行高效的采集、存储、管理、分析和可视化表达。在数据采集方面，通过与遥感（RS）技术相结合，可获取高分辨率的卫星影像和航空影像，从而快速、准确地获取平原区的地形地貌、水系分布、土地利用等信息。例如，利用卫星遥感影像可以清晰地识别出河流、湖泊、湿地等水体的边界和范围，以及城市、农田、林地等不同土地利用类型的分布情况。在数据管理方面，GIS的空间数据库管理系统能够将各种类型的地理空间数据进行有效的组织和存储，方便数据的查询、更新和维护。通过建立合理的数据结构和索引机制，可以大大提高数据的访问效率，为后续的分析和处理提供有力支持。空间分析是GIS技术的核心功能之一，在洪水风险图绘制中发挥着关键作用。通过叠加分析，可以将地形数据、水系数据、土地利用数据以及洪水模拟结果等多种数据进行叠加，从而综合分析不同因素对洪水风险的影响。例如，将数字高程模型（DEM）与洪水淹没范围数据进行叠加，可以直观地了解洪水在不同地形条件下的淹没深度和范围变化；将土地利用数据与洪水风险评估结果进行叠加，可以分析不同土地利用类型在洪水灾害中的易损性差异。缓冲区分析也是GIS常用的分析方法之一。通过对河流、湖泊等水体建立缓冲区，可以确定洪水可能影响的范围，为防洪减灾规划提供重要参考。例如，在长江中下游平原地区，对长江及其主要支流建立不同宽度的缓冲区，分析缓冲区范围内的人口分布、经济活动等情况，评估洪水对这些区域的潜在威胁。水文水动力模型是模拟洪水在平原区演进过程的重要工具，能够准确预测洪水的水位、流量、流速等关键参数，为洪水风险图的绘制提供科学依据。常用的水文水动力模型包括一维模型、二维模型和一维-二维耦合模型。一维水文水动力模型通常将河道视为一维线性对象，主要用于模拟洪水在河道中的一维流动过程。它通过求解圣维南方程组，考虑河道的糙率、坡度、断面形状等因素，计算洪水在河道中的水位和流量变化。例如，HEC-RAS模型是一种广泛应用的一维水文水动力模型，在黄河下游平原地区的洪水模拟中，利用该模型结合黄河河道的实测数据，对不同洪水工况下的水位和流量进行了准确模拟，为该地区的防洪决策提供了重要支持。二维水文水动力模型则将研究区域视为二维平面，能够更全面地考虑洪水在平面上的扩散和流动过程，适用于模拟平原区洪水的漫溢和淹没情况。它通过求解二维浅水方程，考虑地形起伏、水流阻力、紊动等因素，计算洪水的流速、流向和水深分布。例如，在珠江三角洲平原地区，采用二维MIKE21模型对洪水进行模拟，该模型充分考虑了珠江三角洲复杂的河网地形和水流特性，准确地预测了洪水的淹没范围和水深分布，为该地区的城市防洪和内河整治提供了科学依据。一维-二维耦合模型结合了一维模型和二维模型的优点，既能准确模拟河道内的洪水流动，又能合理描述洪水在漫溢区域的扩散过程。在实际应用中，对于平原区的主要河道采用一维模型进行模拟，对于河道两侧的漫溢区域采用二维模型进行模拟，然后通过耦合算法将两者的计算结果进行连接和协调。例如，在淮河平原地区的洪水模拟中，运用一维-二维耦合的MIKEFLOOD模型，对淮河干流及其周边的漫溢区域进行了综合模拟，取得了良好的模拟效果，为该地区的洪水风险评估和防洪规划提供了可靠的数据支持。在利用水文水动力模型绘制平原区洪水风险图时，模型参数的率定和验证是确保模拟结果准确性的关键环节。模型参数的率定需要根据研究区域的实测水文数据，如水位、流量、流速等，通过优化算法对模型中的参数进行调整和优化，使模型模拟结果与实测数据达到最佳拟合。例如，在对长江中游某平原区的洪水模拟中，利用该地区多个水文站的实测水位和流量数据，对MIKEFLOOD模型的糙率、曼宁系数等参数进行了精细率定，使模型模拟结果与实测数据的误差控制在可接受范围内。模型验证则是运用独立的实测数据对率定后的模型进行检验，评估模型的可靠性和准确性。只有经过验证的模型才能用于洪水风险图的绘制和分析。例如，在上述长江中游平原区的研究中，利用另一组不同时间段的实测水文数据对率定后的MIKEFLOOD模型进行验证，结果表明模型模拟结果与实测数据具有较好的一致性，验证了模型的可靠性。将GIS技术与水文水动力模型相结合，能够实现优势互补，提高平原区洪水风险图的绘制精度和效率。在数据处理方面，GIS技术可以对水文水动力模型所需的地形、水系、土地利用等数据进行预处理和整合，为模型提供准确、完整的数据支持。例如，利用GIS的空间分析功能，从高分辨率的DEM数据中提取河道的中心线、断面信息等，为一维水文水动力模型的构建提供基础数据；将土地利用数据进行分类和编码，转化为适合二维水文水动力模型输入的格式。在模拟结果可视化方面，GIS技术能够将水文水动力模型的模拟结果以直观、形象的地图形式展示出来，方便用户理解和分析。通过将洪水淹没范围、水深分布、流速大小等模拟结果与地形、水系、土地利用等地理空间数据进行叠加，制作出不同类型的洪水风险专题地图。例如，利用GIS的制图功能，制作出以不同颜色表示洪水淹没深度的风险图，以及以等值线表示洪水流速的风险图，使决策者能够一目了然地了解洪水风险的空间分布情况。在洪水风险图的更新和动态监测方面，GIS技术与水文水动力模型的结合也具有重要意义。通过实时获取气象、水文等监测数据，利用水文水动力模型对洪水进行实时模拟，并将模拟结果及时更新到基于GIS的洪水风险图中，实现对洪水风险的动态监测和预警。例如，在嘉兴市的杭嘉湖平原数字孪生水网建设中，通过接入实时的水位、雨量监测数据，利用水文水动力模型进行实时洪水模拟，并将模拟结果在基于GIS的洪水风险图上实时展示，为当地的防汛决策提供了及时、准确的支持。2.3平原区洪水风险图应用案例分析2.3.1荆州地区案例荆州地区位于长江中游，地势低平，水网发达，是典型的平原地区，长期面临着洪水的严重威胁。过境洪水的侵袭与本地暴雨引发的涝灾时常交织发生，给当地的人民生命财产和社会经济发展带来了巨大挑战。为了更科学、有效地评估该地区的洪水风险，相关研究人员在地理信息系统软件ArcGIS8.1的有力支持下，展开了深入的研究与实践。在构建计算模型和评价方法时，研究人员充分考虑了多方面因素。在洪水来源方面，综合考虑了过境洪水与本地涝灾的相互影响。荆州地区紧邻长江，长江的过境洪水是该地区洪水灾害的重要来源之一。当长江水位上涨，洪水漫溢时，会迅速淹没周边的低洼地区。同时，本地暴雨也容易导致内涝，加剧洪水灾害的危害程度。例如，在2020年的洪水灾害中，长江水位持续超警戒，同时荆州地区遭遇了强降雨，本地的排水系统无法及时排除大量积水，导致城市内涝严重，许多街道和居民区被淹没，大量房屋受损，交通瘫痪。研究人员将承灾体的易损性纳入考虑范围，其中包括人口、交通线与经济等关键因素。荆州地区人口密集，是湖北省的重要经济区域之一。一旦发生洪水灾害，大量的人口需要转移安置，如果转移不及时，将面临生命危险。交通线是城市的命脉，洪水对交通线的破坏会严重影响救援物资的运输和人员的疏散。经济方面，洪水会淹没农田、工厂和商业区，导致农业减产、工业停产和商业受损，对当地的经济发展造成巨大冲击。抗灾能力也是评估洪水风险的重要因素。抗灾能力包括防洪工程设施的建设情况、应急救援能力、物资储备等方面。荆州地区虽然建设了一定的防洪工程，如堤防、泵站等，但部分工程存在老化、损坏等问题，防洪能力有待提高。应急救援能力方面，救援队伍的数量、装备水平和响应速度等都会影响洪水灾害的应对效果。研究人员以GRID模块的地图代数作为运算手段，运用层次分析法（AHP法）来确定各个因子的权重。通过这种方式，建立了一套科学、全面的评估平原地区洪灾风险的计算模型和评价方法。运用该模型和评价方法，研究人员对荆州地区的6个县市进行了详细的洪灾风险评估，并绘制出了高精度的洪水风险图。风险图直观地展示了不同区域的洪水风险程度，为当地的防洪减灾工作提供了重要的决策依据。在洪水风险图上，颜色较深的区域表示洪水风险较高，这些区域通常是地势低洼、靠近河道的地区，或者是人口密集、经济发达的区域。颜色较浅的区域则表示洪水风险相对较低。以监利市为例，该市位于长江北岸，地势低洼，河网密布，是洪水风险较高的地区。从洪水风险图上可以清晰地看到，监利市的部分乡镇靠近长江，这些区域在洪水来临时容易受到长江过境洪水的侵袭，洪水淹没的可能性较大，风险等级较高。而一些远离长江、地势相对较高的乡镇，洪水风险相对较低。洪水风险图在荆州地区的防洪减灾工作中发挥了重要作用。在洪水来临前，相关部门可以根据风险图提前确定可能受灾的区域，及时发布预警信息，组织居民转移，做好防洪物资的储备和调配工作。在应急救援过程中，救援人员可以依据风险图快速确定救援重点区域和最佳救援路线，提高救援效率，减少人员伤亡和财产损失。2.3.2嘉兴市案例嘉兴市地处杭嘉湖平原，河网密布，是典型的平原水网地区，极易受到洪水灾害的影响。近年来，随着城市化进程的加速和气候变化的影响，嘉兴市面临的洪水风险日益增大。为了提升水灾害防御能力，嘉兴市积极探索数字化转型，持续迭代杭嘉湖平原数字孪生水网，将洪水风险图与数字孪生技术深度融合，取得了显著成效。嘉兴市大力完善水网感知体系，为洪水风险图的绘制和应用提供了坚实的数据基础。该市将杭嘉湖区域5350公里河道、102个圩外湖泊、1632片大小圩区、259座水闸、260座泵站等信息全面纳入杭嘉湖平原数字孪生水网。通过先进的传感器技术和物联网技术，实时采集水位、雨量、流量等水文数据，并将这些数据与地理信息系统相结合，实现了对物理水网的“空、天、地、水”多维在线监测。利用高精度的DEM数据和卫星遥感影像，嘉兴市能够精准获取地形地貌信息，为洪水模拟提供准确的基础数据。通过对历史洪水事件的分析和研究，建立了洪水水位与淹没范围的关系模型，从而能够根据实时水位数据准确预测洪水的淹没范围和深度。在历史反演和风险识别方面，嘉兴市配套开发了洪水预报模型、水文水动力模型等，接入网格化降雨预报成果，辅助历史典型降雨复盘分析，创新开展洪水演进分析，精准识别防汛排涝薄弱环节。以“烟花”台风降雨实况为例，嘉兴市基于高精度数字孪生底板，在现状条件下进行历史洪水反演，生成了详细的洪水风险图和风险识别表。通过洪水演进分析，嘉兴市准确确定了洪水可能淹没的区域和重点风险部位。针对这些区域，制定了详细的处置对策单，明确了相应的应对措施和责任主体。在2023年的防汛工作中，嘉兴市累计出动检查人员2537人次，根据洪水风险图排查出水利隐患36处，并及时完成整改29处，加紧落实度汛措施7处，有效降低了洪水灾害的风险。在系统模拟和调度方案优化方面，嘉兴市依托数字化映射建立数字流场，实况模拟城防工程、南排工程等在多种组合运用下行洪骨干河道洪峰出现时间、水位变化、圩区淹没等情况。多部门联合开展闸站群优化调度，结合调度方案比选、历史方案比较、专家经验研判等手段，形成工程调度最终预案。在2023年汛期，嘉兴市的数字孪生水网系统访问量近8万次，发布调令81次。在防御第11号台风“轩岚诺”期间，“嘉兴市水灾害防御决策调度一体化平台”投入实战，发挥了重要作用。平台通过实时监测和模拟分析，每6小时开展水位滚动预报，预测在多种工程不同组合调度下，可能会出现水位超警的站点及存在风险的圩区、堤防等。根据预测结果，平台及时发布风险预警信息，为防汛决策提供了科学依据。通过模拟不同的调度方案，嘉兴市能够提前评估各种方案的效果，选择最优的调度方案，最大限度地发挥水利工程的防洪作用。在应对“轩岚诺”台风时，平台成功预测到平湖站水位将超警，并通过预演预案功能，模拟独山枢纽开闸放水降低平湖水位的过程，推荐的调度方案被采纳，有效降低了洪水风险，保障了当地人民的生命财产安全。2.4平原区洪水风险图应用效果评估平原区洪水风险图在辅助决策、减少灾害损失等方面发挥着不可替代的重要作用，其应用效果显著，为防洪减灾工作提供了强有力的支持。在辅助决策方面，洪水风险图为政府部门制定科学合理的防洪减灾政策提供了关键依据。以荆州地区为例，通过对洪水风险图的分析，政府能够清晰地了解不同区域的洪水风险程度，从而在城市规划和建设中，合理布局重要基础设施和居民区。对于洪水风险较高的区域，如靠近河道的低洼地带，严格限制大规模开发建设，避免在这些区域建设重要的工业设施和人口密集的住宅小区。在长江沿岸的某些乡镇，由于洪水风险较高，政府在进行土地利用规划时，将这些区域划定为生态保护区或蓄滞洪区，减少人类活动对自然生态的破坏，同时也降低了洪水灾害对人类社会的潜在威胁。在制定防洪工程规划时，洪水风险图也具有重要的指导意义。通过风险图，决策者可以直观地看到洪水的淹没范围和深度，以及洪水对不同区域的影响程度。这有助于确定防洪工程的建设位置、规模和标准。在荆州地区，根据洪水风险图的分析结果，政府加大了对长江堤防的加固力度，提高了堤防的防洪标准，有效抵御了洪水的侵袭。同时，在洪水风险较高的区域，建设了更多的排涝泵站和排水管网，提高了区域的排水能力，减少了内涝灾害的发生。在洪水灾害发生时，洪水风险图为应急指挥和调度提供了实时的信息支持。应急指挥中心可以根据风险图快速了解洪水的演进趋势和可能影响的区域，及时下达救援指令，合理调配救援力量。在2020年荆州地区的洪水灾害中，应急指挥中心通过洪水风险图，准确掌握了洪水的淹没范围和受灾群众的分布情况，迅速组织救援队伍前往受灾严重的区域，及时解救了被困群众，大大提高了救援效率。在减少灾害损失方面，洪水风险图在灾害预警和人员转移方面发挥了关键作用。通过洪水风险图，气象部门和水利部门能够更加准确地发布洪水预警信息，提前告知居民可能面临的洪水风险，为居民的转移和避险争取宝贵的时间。在嘉兴市，当洪水预警发布后，相关部门根据洪水风险图，迅速确定了需要转移的居民区域和人数，组织居民有序转移。在“烟花”台风期间，嘉兴市利用洪水风险图，提前转移了大量居民，有效避免了人员伤亡。洪水风险图还为保险理赔提供了重要依据。在洪水灾害发生后，保险公司可以根据风险图确定受灾区域和损失程度，快速进行理赔，帮助受灾群众尽快恢复生产生活。在一些洪水灾害频发的平原地区，保险公司将洪水风险图作为评估保险风险和制定保险费率的重要参考依据，合理调整保险费率，确保保险业务的可持续发展。平原区洪水风险图的应用，显著提高了防洪减灾工作的科学性和有效性，为保障人民生命财产安全和社会经济的稳定发展做出了重要贡献。然而，洪水风险图的应用仍存在一些不足之处，如部分地区风险图的更新不及时，导致信息与实际情况存在偏差；不同部门之间对风险图的应用和理解存在差异，影响了协同工作的效率等。未来，需要进一步加强洪水风险图的更新和维护，提高其时效性和准确性；加强部门之间的沟通与协作，提高风险图的应用水平，充分发挥其在防洪减灾中的作用。三、山丘区洪水风险图研究3.1山丘区洪水特征与风险分析山丘区洪水具有一系列与平原区洪水截然不同的显著特征。山丘区地形起伏大，河流落差明显，水流在重力作用下迅速汇集，导致洪水汇流速度极快。当暴雨发生时，短时间内大量雨水迅速转化为地表径流，沿着陡峭的山坡和狭窄的河谷奔腾而下，使得洪峰流量迅速增大。据统计，在四川雅安的部分山丘区，当遭遇强降雨时，洪水的汇流速度可达每小时数公里，洪峰流量在短短数小时内即可达到峰值。山丘区洪水的历时相对较短，这主要是因为山丘区地形坡度大，水流不易停滞，洪水能够快速通过流域，难以长时间积聚。例如，在湖南张家界的山丘区，一场暴雨引发的洪水过程通常在1-2天内就会结束，与平原区洪水持续数天甚至数周的情况形成鲜明对比。洪水的陡涨陡落也是山丘区洪水的典型特点。由于汇流速度快，洪水在短时间内迅速上涨，形成高耸的洪峰；而当降雨停止后，洪水又会迅速消退，水位急剧下降。这种快速的水位变化对河道两岸的基础设施和生态环境造成了极大的冲击。在2020年贵州遵义的山丘区洪水灾害中，某条河流的水位在短短3小时内就上涨了5米多，随后又在几小时内迅速回落，导致河岸上的许多房屋和农田被冲毁。山丘区洪水的冲击力巨大，破坏力极强。快速流动的洪水携带大量泥沙、石块等物质，形成强大的冲击力，对沿途的建筑物、桥梁、道路等基础设施造成严重破坏。洪水还可能引发山体滑坡、泥石流等次生地质灾害，进一步加剧灾害的危害程度。在2017年四川九寨沟的地震后，由于山体松动，强降雨引发了大规模的泥石流灾害，泥石流裹挟着大量的石块和泥土，冲毁了道路、桥梁和房屋，造成了重大人员伤亡和财产损失。山丘区洪水风险的形成是多种因素共同作用的结果。地形地貌是影响山丘区洪水风险的关键因素之一。地势陡峭、河谷狭窄的地区，洪水汇流速度快，水位上涨迅速，容易引发洪水灾害。山区的地形复杂，局部地形变化大，使得洪水的流动路径和淹没范围难以准确预测。在重庆的一些山区，由于地形起伏大，山谷纵横，洪水在流动过程中容易受到地形的阻挡和约束，形成局部的壅水和漫溢，增加了洪水灾害的风险。气象条件对山丘区洪水风险也有着重要影响。暴雨是引发山丘区洪水的主要原因，暴雨的强度、持续时间和空间分布直接决定了洪水的规模和危害程度。短时间内的高强度降雨，如小时降雨量超过50毫米甚至更高，容易导致山洪暴发。降雨的空间分布不均匀，局部地区集中降雨，也会使该地区面临更大的洪水风险。在2021年河南郑州的“7・20”特大暴雨中，郑州西部地区的山丘区降雨量极为集中，短时间内降雨量超过了当地的排水能力，引发了严重的山洪灾害。地质条件同样对山丘区洪水风险产生重要影响。岩石破碎、土壤疏松的地区，在洪水的冲刷下容易发生山体滑坡和泥石流等次生灾害。地震、采矿等活动导致的地质结构破坏，也会增加山丘区洪水的风险。在一些曾经发生过地震的山区，由于山体岩石破碎，土壤稳定性差，在洪水来临时，山体滑坡和泥石流的发生概率大大增加。人类活动对山丘区洪水风险的影响日益显著。不合理的土地开发，如在山坡上过度开垦、修建房屋等，破坏了地表植被，降低了土壤的抗侵蚀能力，增加了水土流失，从而加剧了洪水灾害的危害程度。在山区的一些地方，为了获取更多的耕地，人们砍伐森林，开垦山坡，导致植被覆盖率下降，一旦遭遇暴雨，地表径流迅速增加，洪水的破坏力增强。在山丘区洪水风险分析中，需要综合考虑多个因素。洪水淹没范围和水深是评估洪水风险的重要指标，它们直接关系到洪水对人类生命财产和生态环境的影响程度。在一些山丘区，当洪水发生时，由于地形复杂，淹没范围和水深的变化较大，需要通过详细的地形分析和洪水模拟来准确确定。洪水的流速和流量也是关键因素，它们决定了洪水的冲击力和破坏力。流速越快、流量越大，洪水对建筑物和基础设施的破坏能力就越强。在河流的弯道和狭窄地段，洪水流速会显著增加，对河岸的冲刷作用加剧，容易导致河岸坍塌。山体滑坡、泥石流等次生灾害的风险也是山丘区洪水风险分析中不可忽视的部分。这些次生灾害往往与洪水相互作用，形成连锁反应，进一步扩大灾害的范围和损失。在进行洪水风险分析时，需要对山体的稳定性、土壤的物理性质等进行评估，预测次生灾害发生的可能性和影响范围。常用的山丘区洪水风险分析方法包括水文模型法、地理信息系统（GIS）技术与数学模型相结合的方法等。水文模型法通过建立水文模型，如分布式水文模型，考虑地形、土壤、植被等因素对洪水产汇流的影响，模拟洪水的发生发展过程。在某山丘区的洪水风险分析中，采用SWAT分布式水文模型，结合该地区的地形、土壤和植被数据，对不同降雨条件下的洪水过程进行了模拟，准确预测了洪水的流量和水位变化。GIS技术与数学模型相结合的方法则利用GIS强大的空间分析能力，将地形、水系、土地利用等地理空间数据与洪水风险评估模型相结合，直观地展示洪水风险的空间分布。通过建立数字高程模型（DEM），可以准确分析地形对洪水的影响；利用GIS的空间分析功能，如缓冲区分析、叠加分析等，可以确定洪水可能影响的区域和风险程度。3.2山丘区洪水风险图绘制方法山丘区地形复杂，洪水特性独特，其洪水风险图的绘制方法需要充分考虑这些特点，以确保风险图能够准确反映洪水风险状况。目前，山丘区洪水风险图的绘制主要采用水文学法、水力学法以及结合地理信息系统（GIS）技术和相关模型的综合方法。水文学法是山丘区洪水风险图绘制的常用方法之一，主要基于流域的降雨、径流等水文数据进行分析计算。该方法通过建立流域水文模型，模拟降雨产生径流的过程，进而推算洪水的洪峰流量、洪水总量等关键参数。在山丘区，由于地形起伏大，降雨分布不均匀，常用的分布式水文模型能够较好地考虑这些因素，提高洪水模拟的精度。例如，SWAT（SoilandWaterAssessmentTool）模型是一种广泛应用的分布式水文模型，它能够综合考虑地形、土壤、植被、土地利用等因素对水文过程的影响。在某山丘区的洪水风险图绘制中，运用SWAT模型，结合该地区的数字高程模型（DEM）数据，准确地划分了不同的子流域和水文响应单元，模拟了不同降雨条件下各子流域的产流和汇流过程，得到了较为准确的洪水流量过程线。利用水文学法绘制洪水风险图时，需要收集大量的历史水文数据，包括降雨、径流、水位等，以便对模型进行参数率定和验证。通过对历史洪水事件的分析，确定不同频率洪水的设计参数，如设计洪峰流量、设计洪水总量等。根据这些设计参数，结合地形数据，推算出洪水可能淹没的范围和水深。在实际应用中，水文学法适用于资料相对缺乏、地形复杂的山丘区，能够快速估算洪水风险，但对于洪水的详细演进过程和局部地区的洪水特性模拟能力相对较弱。水力学法从水流运动的基本原理出发，通过求解水流运动方程，模拟洪水在河道和流域内的流动过程，能够更准确地描述洪水的流速、流向、水位变化等信息。在山丘区，由于河道形态复杂，水流受地形影响较大，常用的二维水动力模型能够较好地模拟这种复杂的水流运动。例如，基于有限体积法的二维浅水方程模型，能够考虑河道的糙率、坡度、弯道等因素对水流的影响，通过对二维平面上的网格进行离散化处理，求解水流运动方程，得到洪水在平面上的流速和水位分布。在绘制山丘区洪水风险图时，运用水力学法首先需要对研究区域进行地形数字化处理，建立高精度的DEM模型，准确获取地形的高程信息。根据河道的实测数据，确定河道的糙率、断面形状等参数。将这些地形和河道参数输入到水动力模型中，设置合适的边界条件和初始条件，进行洪水模拟计算。通过模拟，可以得到不同时刻洪水在山丘区的流速、流向和水位变化情况，进而确定洪水的淹没范围和水深分布。水力学法的优点是能够详细模拟洪水的演进过程，准确反映洪水的流速、流向等信息，对于评估洪水对建筑物、基础设施的破坏作用具有重要意义。但该方法对数据的要求较高，计算过程复杂，计算量较大，需要具备较强的计算能力和专业知识。地理信息系统（GIS）技术在山丘区洪水风险图绘制中发挥着重要的支持作用。GIS具有强大的空间分析能力和数据管理能力，能够将地形、水系、土地利用等多种地理空间数据进行整合和分析。在洪水风险图绘制过程中，利用GIS技术可以从DEM数据中提取流域的地形特征，如坡度、坡向、流域边界等，这些地形特征对于洪水的产汇流和演进具有重要影响。通过对水系数据的分析，可以确定河道的位置、走向和水系网络结构，为洪水模拟提供基础数据。结合GIS技术和相关模型，可以实现山丘区洪水风险图的可视化表达和分析。将洪水模拟结果，如淹没范围、水深、流速等数据，与地形、水系、土地利用等地理空间数据进行叠加分析，能够直观地展示洪水风险的空间分布情况。利用GIS的制图功能，可以制作出不同类型的洪水风险专题地图，如洪水淹没范围图、洪水水深分布图、洪水流速分布图等，使决策者和公众能够更加直观地了解洪水风险状况。在实际绘制山丘区洪水风险图时，通常将水文学法、水力学法和GIS技术相结合，充分发挥各自的优势。首先利用水文学法估算洪水的洪峰流量和洪水总量等参数，为水力学模型提供初始条件和边界条件。然后运用水力学法对洪水在山丘区的演进过程进行详细模拟，得到准确的洪水流速、流向和水位分布。最后，利用GIS技术对模拟结果进行可视化处理和分析，绘制出高精度的洪水风险图。以某山丘区的实际案例为例，研究人员首先收集了该地区的历史水文数据、地形数据、水系数据和土地利用数据等。运用SWAT模型进行水文分析，得到不同频率洪水的设计流量过程线。然后，将这些设计流量作为边界条件，输入到基于有限体积法的二维浅水方程模型中，对洪水在山丘区的演进过程进行模拟。通过模拟，得到了洪水在不同时刻的流速、流向和水位分布情况。最后，利用GIS技术，将模拟结果与地形、水系、土地利用等数据进行叠加分析，绘制出了该山丘区的洪水风险图，清晰地展示了洪水可能淹没的范围、水深分布以及不同区域的洪水风险程度。3.3山丘区洪水风险图应用案例分析3.3.1广东省案例广东省地形复杂，山丘区分布广泛，中小河流众多，洪水灾害频发。为了有效应对洪水灾害，提升防洪减灾能力，广东省积极开展山丘区中小河流洪水淹没图编制工作，并在实际应用中取得了显著成效。广东省水利水电科学研究院承担了全省山丘区中小河流洪水淹没图编制任务。在编制过程中，课题组全面系统地收集、梳理基础资料，补测缺漏的河道地形数据，累计补测约3350千米的河道地形，为准确模拟洪水淹没范围提供了关键的数据支持。通过开展全流域中小河流洪痕调查，调查并测量了700余个河道历史洪痕点，这些洪痕点的数据对于确定洪水的水位和淹没范围具有重要的参考价值。课题组因地制宜地建立了一维、二维水动力数学模型开展洪水分析。对于河道较为规则、水流相对简单的河段，采用一维水动力模型进行模拟，能够快速准确地计算洪水在河道内的水位和流量变化。而对于河道弯曲、地形复杂的区域，以及洪水漫溢的区域，则采用二维水动力模型，充分考虑地形、水流阻力等因素，精确模拟洪水的平面扩散和淹没过程。在对潖二河的洪水淹没模拟中，课题组利用ArcGIS将实测河道嵌入研究区域数字高程模型（DEM），有效解决了地形失真问题，提高了模拟的精度。通过ArcGIS快速提取河道断面，为Mike11模型提供准确的输入数据，采用Mike11计算出设计洪水水面线。基于设计洪水水面线数据，运用ArcGIS构建洪水水面高程模型，最终与研究区域地面高程模型通过栅格计算得到淹没范围和水深。该方法具有效率高、精度可控等特点，为全省山丘区中小河流洪水淹没图编制提供了参考。通过一系列的工作，课题组绘制了大量的洪水淹没图，形成相关成果报告7套，附图册6册，包括洪水淹没图近250幅，淹没水深图近1200幅。这些成果已汇集至广东省水旱灾害风险普查成果可视化管理平台，可供省级及所涉19个地市开展中小河流洪水防御工作查阅使用。广东省山丘区中小河流洪水淹没图编制成果在实际应用中发挥了重要作用。在今年水利防汛防台风应急响应（“泰利”“杜苏芮”“苏拉”“海葵”）中，该成果广泛应用于中小河流洪水淹没风险研判。在“杜苏芮”台风影响期间，相关部门根据洪水淹没图，提前确定了可能受灾的区域，及时发布预警信息，组织群众转移，有效减少了人员伤亡和财产损失。洪水淹没图为洪水防御关口前移和水利防洪决策提供了重要技术支撑，助力相关部门提前做出防御部署，科学调度水利工程，合理安排人员转移，提高了防洪减灾的效率和效果。该成果还为中小河流“四预”（预报、预警、预演、预案）和数字孪生流域建设提供了有力支持。在防御洪水方案预案编制、防洪演练等工作中，洪水淹没图为相关部门提供了准确的洪水风险信息，帮助其制定更加科学合理的方案和预案。在数字孪生流域建设方面，洪水淹没图形成的河道地形相关数据、数学模型、承灾体统计等成果，为构建数字孪生流域提供了重要的数据基础和模型支撑，有助于实现中小河流洪水的智能化防御。3.3.2枣庄市案例枣庄市地处山东省南部，位于山丘区，地形复杂，中小河流众多。近年来，受气候变化等因素影响，该地区洪水灾害频繁发生，给当地人民生命财产安全带来了严重威胁。为了深入了解枣庄市山丘区中小河流的洪水淹没情况及风险程度，相关研究人员采用先进的技术手段，对该地区中小河流的洪水淹没情况进行模拟，并对其风险进行分析。研究人员以枣庄市山丘区为研究对象，选取具有代表性的中小河流作为研究样本。在研究方法上，综合运用遥感技术、GIS分析、水文模型等多种技术手段，并结合历史洪水数据和气象数据，全面深入地开展研究。在洪水淹没模拟方面，研究人员根据枣庄市山丘区的地形、地貌、水文等特征，建立了中小河流洪水淹没模型。该模型充分考虑了河流的水位、流速、流量等关键参数，以及地形、植被、土壤等影响因素。通过对不同等级洪水的模拟，得出了不同等级洪水情况下枣庄市山丘区中小河流的洪水淹没范围、水深等信息。模拟结果表明，随着洪水等级的升高，淹没范围和水深逐渐增大。在一次模拟百年一遇洪水的情景中，洪水淹没范围较常遇洪水扩大了数倍，水深也明显增加，部分低洼地区的水深超过了3米。在风险分析方面，研究人员根据模拟结果和历史洪水数据，对枣庄市山丘区中小河流的洪水风险进行评估。评估指标涵盖洪水频率、淹没深度、淹没范围、受灾人口等多个方面。结果显示，该地区中小河流的洪水风险较高，特别是部分山区和低洼地带。山区由于地形陡峭，洪水汇流速度快，一旦发生洪水，冲击力巨大，容易对山体和河岸造成破坏，引发山体滑坡等次生灾害。低洼地带则容易积水，洪水淹没时间长，对农作物和房屋的破坏严重。研究人员通过对影响洪水风险的因素进行分析，发现地形、气候、土地利用类型等因素对洪水风险具有重要影响。地形是影响洪水风险的主要因素，山区河流的洪水风险相对较高。山区地势起伏大，河流落差明显，水流速度快，洪水在短时间内就能形成较大的洪峰，对下游地区造成威胁。气候因素如降雨强度、持续时间等也会对洪水风险产生影响。短时间内的高强度降雨，如小时降雨量超过50毫米，容易引发山洪暴发。土地利用类型则会影响地表的渗透性和径流速度等。例如，城市化进程导致大量的不透水地面增加，减少了雨水的下渗，使得地表径流迅速增加，加大了城市排水系统的压力，容易引发城市内涝。针对枣庄市山丘区中小河流的洪水风险，研究人员提出了一系列应对措施与建议。在监测预警系统建设方面，加强洪水监测预警系统的建设，及时掌握洪水情况，为防洪减灾提供支持。通过建立多个雨量站和水位站，实时监测降雨和水位变化，利用先进的通信技术，及时将洪水预警信息传递给相关部门和居民。在防洪工程建设方面，对易受洪水威胁的地区进行加固改造，提高防洪能力。对河道进行清淤疏浚，拓宽河道断面，提高河道的行洪能力；加固河岸堤防，提高堤防的防洪标准。在应急救援能力建设方面，建立健全的应急救援体系，提高救援效率和能力。组建专业的救援队伍，配备先进的救援设备，定期进行救援演练，提高应对洪水灾害的能力。在宣传教育方面，加强公众对洪水的认识和防范意识，通过开展宣传活动、发放宣传资料等方式，向公众普及洪水灾害的危害和防范知识，提高公众的自我保护能力。3.4山丘区洪水风险图应用效果评估山丘区洪水风险图在防灾减灾和支撑数字孪生流域建设等方面发挥着重要作用，其应用效果显著，为保障山丘区人民生命财产安全和推动流域可持续发展提供了有力支持。在防灾减灾方面，山丘区洪水风险图为灾害预警和应急响应提供了关键依据。以广东省在应对“杜苏芮”台风期间的实践为例，通过洪水风险图，相关部门能够提前精准确定中小河流洪水可能淹没的区域和风险程度，及时发布预警信息，组织群众转移。在“杜苏芮”台风影响期间，广东省依据洪水风险图，提前对可能受灾的区域发布了预警，及时组织了大量群众转移，有效避免了人员伤亡。洪水风险图还为救援行动提供了重要指导，救援人员可以根据风险图规划最佳救援路线，快速抵达受灾区域，提高救援效率，减少灾害损失。在防洪工程规划与建设中，洪水风险图具有重要的指导意义。通过对风险图的分析，能够明确山丘区不同区域的洪水风险程度，从而合理确定防洪工程的布局和建设标准。对于洪水风险较高的区域，如河道狭窄、地势低洼且人口密集的地段，加大防洪工程的建设力度，提高堤防的高度和坚固程度，增设排涝设施，增强区域的防洪能力。在枣庄市山丘区，根据洪水风险图的分析结果，对部分易受洪水威胁的中小河流进行了河道拓宽和堤防加固工程，有效提高了这些河流的防洪标准，降低了洪水灾害的风险。在支撑数字孪生流域建设方面，山丘区洪水风险图为数字孪生流域提供了重要的数据基础和模型支撑。广东省在数字孪生流域建设中，充分利用洪水风险图形成的河道地形相关数据、数学模型、承灾体统计等成果，构建了高精度的数字孪生模型，实现了对中小河流洪水的实时监测、模拟和分析。通过数字孪生模型，能够直观地展示洪水在山丘区的演进过程，预测洪水的发展趋势，为流域的防洪决策提供更加科学、准确的依据。洪水风险图还为流域的水资源管理和生态保护提供了决策支持。通过对洪水风险的分析，合理规划流域的土地利用，避免在高风险区域进行过度开发，保护流域的生态环境。在一些山丘区，根据洪水风险图，将部分高风险区域划定为生态保护区，限制人类活动，减少对自然生态的破坏，同时也降低了洪水灾害的风险。然而，山丘区洪水风险图的应用仍面临一些挑战。数据的时效性和准确性有待进一步提高，部分地区的数据更新不及时，导致风险图与实际情况存在偏差。模型的精度和可靠性也需要不断提升，以更好地适应山丘区复杂的地形和洪水特性。此外，洪水风险图在不同部门之间的共享和协同应用还存在不足，需要加强部门之间的沟通与协作，提高风险图的应用效率。未来，应加强相关技术研究和应用，不断完善山丘区洪水风险图，充分发挥其在防灾减灾和数字孪生流域建设中的作用。四、平原区与山丘区洪水风险图对比研究4.1绘制方法对比平原区与山丘区由于地形地貌、水文条件等存在显著差异，其洪水风险图的绘制方法也各有特点。在平原区，地理信息系统（GIS）技术与水文水动力模型的结合是绘制洪水风险图的常用且有效的方法。以长江中下游平原地区为例，该地区地势平坦，河网密布，水流相对平缓。在绘制洪水风险图时，利用GIS强大的数据管理和空间分析能力，整合高精度的数字高程模型（DEM）数据、河流水系数据以及土地利用数据等多源信息。通过对这些数据的叠加分析，能够清晰地展现平原区的地形特征、水系分布以及不同土地利用类型与洪水风险的关系。在鄱阳湖周边的平原区域，借助GIS技术，将DEM数据与洪水淹没范围数据进行叠加，直观地呈现出洪水在不同地形条件下的淹没范围和深度变化，为洪水风险评估提供了直观依据。水文水动力模型在平原区洪水风险图绘制中起着核心作用，常用的模型如MIKEFLOOD模型，它能够充分考虑平原河网复杂的水流运动特性。该模型基于水动力学原理，通过求解圣维南方程组，对河道糙率、水位流量关系等关键参数进行精细率定，从而准确模拟洪水在平原区的演进过程。在淮河平原地区，利用MIKEFLOOD模型，结合该地区多年的水文观测资料和地形数据，对不同频率洪水的淹没情况进行了模拟，准确预测了洪水的淹没范围和水深分布，为该地区的防洪减灾决策提供了科学依据。山丘区洪水风险图的绘制方法则与平原区有所不同。山丘区地形起伏大，河流落差明显，洪水汇流速度快，且容易引发山体滑坡、泥石流等次生灾害，因此需要采用更能适应复杂地形和快速洪水过程的方法。水文学法是山丘区常用的绘制方法之一，分布式水文模型如SWAT模型在其中发挥着重要作用。该模型能够综合考虑山丘区地形、土壤、植被、土地利用等多种因素对水文过程的影响，通过对降雨产流和汇流过程的模拟，推算洪水的洪峰流量、洪水总量等关键参数。在四川某山丘区，运用SWAT模型，结合该地区的DEM数据和土地利用数据，对不同降雨条件下的洪水过程进行了模拟，准确预测了洪水的流量变化，为洪水风险图的绘制提供了基础数据。水力学法在山丘区洪水风险图绘制中也具有重要地位，二维水动力模型常用于模拟山丘区洪水的演进过程。基于有限体积法的二维浅水方程模型，能够充分考虑河道的糙率、坡度、弯道等复杂地形因素对水流的影响。通过对二维平面上的网格进行离散化处理，求解水流运动方程，得到洪水在平面上的流速和水位分布。在云南某山丘区，运用二维浅水方程模型对一场暴雨引发的洪水进行模拟，准确地展示了洪水在复杂地形条件下的流速、流向和水位变化情况，为评估洪水对该地区的影响提供了详细信息。平原区洪水风险图绘制方法更侧重于对大面积、缓流洪水的模拟和分析，强调对洪水淹没范围和水深的准确预测，以应对平原区洪水淹没范围广、持续时间长的特点；而山丘区洪水风险图绘制方法则更注重对复杂地形条件下快速洪水过程的模拟，以及对次生灾害风险的评估，以适应山丘区洪水陡涨陡落、破坏力大的特性。两种地形区域的绘制方法各有其适用条件，在实际应用中，应根据具体的地形地貌、水文条件和数据资料情况，选择合适的绘制方法，以确保洪水风险图能够准确反映不同区域的洪水风险状况。4.2应用场景对比平原区和山丘区的洪水风险图在应用场景上存在明显差异，这主要是由两者不同的地形地貌、洪水特性以及社会经济状况所决定的。在平原区，洪水风险图在城市规划与防洪工程建设方面具有重要应用。平原区地势平坦，人口密集，城市和工业布局集中。洪水风险图能够为城市规划提供关键的参考依据，帮助决策者合理布局城市功能区，避免在洪水高风险区域建设重要基础设施和人口密集的居民区。在长江中下游平原的一些城市，通过洪水风险图的分析，将一些对洪水较为敏感的区域，如医院、学校、政府机关等，规划在地势较高、洪水风险较低的地段，提高了城市在洪水灾害中的安全性。在防洪工程建设方面，洪水风险图可以指导防洪工程的规划和设计。通过风险图，能够清晰地了解洪水的淹没范围、水深和流速等信息，从而确定防洪堤的高度、加固位置以及排涝设施的布局。在淮河平原地区，根据洪水风险图的分析结果，对部分防洪堤进行了加高加固，增设了排涝泵站，有效提高了该地区的防洪能力。洪水风险图在平原区的灾害预警与应急救援中也发挥着关键作用。平原区河网密布，洪水传播速度相对较慢，这使得洪水预警有一定的提前量。洪水风险图能够帮助气象和水利部门更准确地发布洪水预警信息，明确可能受灾的区域和程度，为居民的转移和避险争取更多时间。在嘉兴市的洪水灾害应对中，相关部门依据洪水风险图，提前确定了需要转移的居民区域和人数，组织居民有序转移，有效避免了人员伤亡。在应急救援过程中，洪水风险图为救援队伍提供了详细的信息，帮助他们规划最佳救援路线，快速抵达受灾区域，提高救援效率。救援人员可以根据风险图了解洪水的深度和流速，选择合适的救援工具和方式，确保救援行动的安全和有效。对于山丘区而言，洪水风险图在山洪灾害防御和山区基础设施建设方面具有重要意义。山丘区地形复杂，山洪灾害具有突发性强、破坏力大的特点，对人民生命财产安全构成巨大威胁。洪水风险图能够直观地展示山洪可能发生的区域、淹没范围和风险程度，为山洪灾害的预警和防范提供科学依据。在广东省的山丘区，通过洪水风险图，相关部门能够提前向可能受灾的区域发布预警信息，组织群众转移，有效减少了山洪灾害造成的人员伤亡和财产损失。在山区基础设施建设中，洪水风险图可以帮助规划者合理选择道路、桥梁、电力、通信等基础设施的建设位置，避开洪水高风险区域，提高基础设施的抗灾能力。在四川某山丘区，在修建一条山区公路时，根据洪水风险图的分析结果，对公路的路线进行了调整，避开了容易发生山洪和泥石流的地段，保障了公路的安全和畅通。在生态环境保护方面，山丘区洪水风险图也能发挥作用。山丘区生态环境脆弱，洪水灾害容易对生态系统造成破坏。通过洪水风险图，能够了解洪水对森林、植被、河流等生态要素的影响，从而制定合理的生态保护措施，减少洪水对生态环境的破坏。在云南某山丘区，根据洪水风险图，划定了生态保护红线，限制在洪水高风险区域的人类活动，保护了当地的生态环境。平原区洪水风险图更侧重于城市规划、防洪工程建设以及灾害预警与应急救援等方面，以应对平原区洪水淹没范围广、持续时间长的特点；而山丘区洪水风险图主要应用于山洪灾害防御、山区基础设施建设和生态环境保护等领域，以适应山丘区洪水突发性强、破坏力大的特性。根据不同地形区域的特点和需求，充分发挥洪水风险图的作用，对于提高防洪减灾能力、保障人民生命财产安全和促进区域可持续发展具有重要意义。4.3应用效果对比平原区和山丘区洪水风险图在防洪减灾中均发挥了重要作用，但由于两者地形地貌、洪水特性以及社会经济状况的差异，其应用效果也存在一定的不同，且受到多种因素的综合影响。在平原区，以荆州地区和嘉兴市为例，洪水风险图在辅助决策和减少灾害损失方面成效显著。在荆州地区，洪水风险图为政府的城市规划和防洪工程建设提供了科学依据，使得政府能够合理布局城市功能区，加强防洪工程建设，有效抵御洪水侵袭。在2020年的洪水灾害中，洪水风险图帮助应急指挥中心准确掌握洪水淹没范围和受灾群众分布，及时组织救援，大大提高了救援效率，减少了人员伤亡和财产损失。嘉兴市通过迭代杭嘉湖平原数字孪生水网，将洪水风险图与数字孪生技术深度融合，实现了对水网的多维在线监测和洪水演进的精准模拟。在应对“烟花”“轩岚诺”等台风期间，洪水风险图为防汛决策提供了实时准确的信息支持，通过提前预测洪水淹没范围和水位变化，及时发布预警信息，组织居民转移，有效避免了人员伤亡。同时，利用洪水风险图进行水利工程调度方案的优化，最大限度地发挥了水利工程的防洪作用。山丘区的洪水风险图在防灾减灾方面同样发挥了关键作用。以广东省和枣庄市为例，广东省在山丘区中小河流洪水淹没图编制工作中，通过全面收集基础资料，建立高精度的水动力数学模型，绘制了大量准确的洪水淹没图。在今年应对“泰利”“杜苏芮”“苏拉”“海葵”等台风期间，洪水淹没图为中小河流洪水淹没风险研判提供了重要依据，帮助相关部门提前做出防御部署，科学调度水利工程，合理安排人员转移，有效减少了灾害损失。枣庄市通过对山丘区中小河流洪水淹没情况的模拟和风险分析，明确了洪水风险较高的区域和影响因素，为防洪减灾提供了针对性的建议。通过加强监测预警系统建设、防洪工程建设、应急救援能力建设以及公众宣传教育等措施，提高了山丘区应对洪水灾害的能力。影响平原区和山丘区洪水风险图应用效果的因素众多。数据的准确性和时效性是关键因素之一。准确的地形、水文、气象等数据是绘制高精度洪水风险图的基础，而及时更新的数据能够使风险图更好地反映实际情况。若数据存在误差或更新不及时，将导致风险图的精度下降，影响其在防洪减灾中的应用效果。模型的精度和适用性也对应用效果产生重要影响。不同的地形条件和洪水特性需要选择合适的模型进行模拟分析。平原区适合采用水动力模型模拟洪水演进，山丘区则需要结合分布式水文模型和二维水动力模型来考虑复杂的地形和洪水特性。如果模型选择不当或精度不足，将无法准确预测洪水的淹没范围、水深、流速等信息，从而降低风险图的应用价值。公众的认知和参与程度也会影响洪水风险图的应用效果。即使有准确的洪水风险图，如果公众对其认知不足，不了解洪水风险和应对措施，也难以在洪水灾害发生时采取有效的防范和避险行动。因此，加强公众对洪水风险图的宣传教育，提高公众的风险意识和应对能力，对于充分发挥洪水风险图的作用至关重要。政府部门之间的协同合作也是影响应用效果的重要因素。洪水灾害的应对涉及多个部门，如水利、气象、应急管理、交通等，各部门之间需要密切配合，共享信息，协同作战。若部门之间沟通不畅、协作不力，将导致洪水风险图在应用过程中出现信息传递不及时、决策不一致等问题，影响防洪减灾工作的效率和效果。五、洪水风险图应用的挑战与优化建议5.1数据获取与质量问题在洪水风险图的绘制和应用过程中，数据获取与质量问题是面临的首要挑战，对洪水风险图的精度和可靠性有着关键影响。洪水风险图的绘制依赖于多源数据，包括地形地貌数据、气象水文数据、土地利用数据、社会经济数据等。获取这些数据的过程存在诸多困难。地形地貌数据的获取需要高精度的测量技术和设备，如航空摄影测量、卫星遥感测量以及地面测量等。在一些山区或偏远地区，由于地形复杂、交通不便，进行高精度的地形测量难度较大，获取的数据可能存在一定的误差。获取最新的卫星遥感影像数据时，可能受到云层遮挡、卫星过境时间等因素的限制，导致数据更新不及时，无法准确反映地形地貌的最新变化。气象水文数据的获取同样面临挑战。气象数据需要通过气象监测站网络进行采集，然而在一些地区，气象监测站的分布密度不足，导致数据代表性不够，无法准确反映区域内的气象变化。在一些山区，由于地形复杂，局部气象条件差异较大，有限的气象监测站难以全面捕捉这些变化，使得洪水风险图绘制中所使用的气象数据存在偏差。水文数据的获取也存在问题，部分河流的水文监测站点老化，设备精度下降，数据传输不畅，导致水文数据的准确性和时效性受到影响。一些中小河流缺乏长期连续的水文观测资料，这给洪水风险图的绘制和分析带来了很大困难。土地利用数据和社会经济数据的获取也存在一定难度。土地利用数据需要通过土地调查、卫星遥感解译等方式获取，但由于土地利用变化频繁，数据更新周期较长，可能无法及时反映最新的土地利用情况。在一些快速城市化的地区，新的建筑、道路等不断涌现，而土地利用数据未能及时更新，导致在洪水风险图绘制中对土地利用情况的分析不准确。社会经济数据涉及人口分布、经济活动等多个方面，数据来源分散，统计标准不统一，获取准确、全面的社会经济数据较为困难。在一些贫困地区或农村地区，社会经济数据的统计和收集工作相对薄弱，数据的准确性和完整性难以保证。数据质量问题对洪水风险图的绘制和应用产生了严重影响。不准确的地形地貌数据会导致洪水淹没范围和水深的模拟误差增大。若数字高程模型（DEM）数据存在误差，可能会使模拟的洪水淹没范围与实际情况出现较大偏差，影响对洪水风险的准确评估。在某山区的洪水风险图绘制中，由于DEM数据的精度不足，导致模拟的洪水淹没范围比实际范围扩大了20%，给当地的防洪减灾决策带来了误导。气象水文数据的不准确会影响洪水模拟的精度。气象数据中的降雨强度、持续时间等参数的误差，会导致洪水模拟中洪峰流量、洪水总量等关键参数的计算偏差，从而影响洪水风险图的准确性。水文数据中的水位、流量测量误差，也会使洪水模拟结果与实际情况不符，降低洪水风险图的可靠性。在一次洪水灾害模拟中，由于降雨数据的误差，导致模拟的洪峰流量比实际洪峰流量低了30%，使得洪水风险图未能准确反映洪水的实际危害程度。土地利用数据和社会经济数据的质量问题会影响洪水风险评估的全面性和准确性。不准确的土地利用数据会导致对不同土地利用类型的洪水易损性分析出现偏差，从而影响对洪水风险的评估。社会经济数据的不准确会导致对受灾人口、经济损失等的评估出现误差，影响防洪减灾决策的科学性。在某城市的洪水风险评估中，由于土地利用数据的更新不及时，未能准确反映城市中新建的防洪设施和排水系统，导致对该城市的洪水风险评估结果偏高，造成了不必要的资源浪费。5.2模型精度与可靠性问题模型精度与可靠性问题是洪水风险图研究与应用中不容忽视的关键环节，直接关系到洪水风险评估的准确性以及防洪减灾决策的科学性。在平原区和山丘区的洪水风险图绘制过程中，所运用的水文水动力模型和分布式水文模型等，虽然在模拟洪水演进和产汇流过程中发挥了重要作用，但仍存在一些影响模型精度与可靠性的因素。在平原区，水动力模型如MIKEFLOOD模型在模拟洪水演进时，虽然能够较好地考虑平原河网复杂的水流运动特性，但模型中一些关键参数的不确定性对模拟结果影响较大。河道糙率是影响洪水模拟精度的重要参数之一，它反映了河道边界对水流的阻力大小。然而，河道糙率受到多种因素的影响，如河道的植被覆盖、河床的粗糙度、河道的弯曲程度等，这些因素在不同的时间和空间条件下都可能发生变化，导致河道糙率难以准确确定。在长江中下游平原的一些河道中，由于季节性的植被生长和枯萎，河道糙率在不同季节会有明显变