（一）洪水风险图的概念

美国是世界上最早开始研究和推广洪水风险图的国家，从20世纪60年代后期在全国范围内编制洪水风险图，主要用于洪水保险。澳大利亚、加拿大、英国和德国等欧洲国家以及日本也分别于70年代和80年代初开始了洪水风险图的编制。我国的洪水风险图编制的尝试和研究始于80年代中期，但由于当时的基础数据、经济水平、技术成熟度等条件的限制，80年代中期以后的10年中，洪水风险图一直处于在个别流域或地区的研究和试验阶段。1997年，在国家防总的主持下，正式提出了编制中国洪水风险图的计划，并发布了《洪水风险图编制纲要》。2004年，国家防总组织完成了《洪水风险图编制导则》。2005年7月，按照导则的要求，开始了全国范围内的洪水风险图编制试点工作。“十一五”期间，全国洪水风险图编制进入全面推广和应用阶段。2005年6月15日中国海河、淮河、黄河、长江、松辽等七大流域防洪规划全面成形。目前浙江等省已绘制了全省洪水风险图。

洪水风险图（Flood Risk Map）又称洪水危险区图。洪水风险图是通过历史调查、水文分析及洪水模拟计算，将指定频率或历史典型洪水在某一区域内引起洪水灾害时的淹没范围、水深、历时、流速和洪灾损失以及防洪工程和防汛物资分布、洪水避难通道和地点等信息以通俗易懂的形式展示出来的一种专用地图。国家防总发布的《洪水风险图编制导则》中标明“洪水风险图是指直观反映某一区域遭遇洪水时的风险信息的专题地图”。并进一步对洪水风险信息进行了说明：“洪水风险信息主要是指不同洪水（暴雨）频率—淹没范围，特征点的淹没水深、历时、流速等”。

洪水风险图对洪涝灾害实行有效的风险管理，是非工程处理技术的重要手段之一，它在合理布置防洪工程、确定防洪标准、洪水保险收费标准、堤防保护范围、科学管理洪泛区、指导防汛抢险等工作中可以发挥十分重要的作用，同时在制定各地的土地开发利用规划、提高国民的防洪减灾意识等方面也具有非常重要的意义。

（二）洪水风险图编制必备的基础资料

洪水风险图编制需要如下基础数据。

（1）水文资料。主要包括研究对象河道断面的水位和流量资料。如果考虑内水和外洪的相互影响，还需要收集研究对象的降雨资料。流量资料被用于分析洪水洪峰和洪量的频率，降雨资料被用来确定内水的规模。

（2）河道纵、横断面实测数据。河道纵、横断面数据通过测量得到，并需要通过定期测量进行更新，以反映纵、横断面形状随时间的变化。纵、横断面数据主要在河道一维水力学模型和河道断面水位流量关系计算中使用。

（3）堤防资料。堤顶高程、堤防横断面、材料、基础等资料用于确定溃堤口形态及尺寸、溃堤或堤防漫顶流量等。

（4）闸、泵、涵管等排水设施。洪水泛滥后，通常需要通过排水设施将洪水排入河道，因此需要知道在不同内水位和外水位条件下的排水设施的排水能力和位置等。

（5）流域高程及土地利用数据。为了把握洪水泛滥后在洪泛区内的演进过程及淹没范围、水深和流速等，需要已知流域高程或DEM（Digital Elevation Mode1）数据。另外，需要使用土地利用数据间接了解经济社会数据的空间分布。

（6）流域内公路、铁路、建筑物等阻水设施的高程及位置分布。流域内的各类阻水设施对洪水泛滥的状况会产生影响，因此需要获得这些设施的高程、形状、位置分布等资料。

（7）经济社会数据。经济社会数据主要是指人口和资产。洪水风险图编制需要对资产进行统一分类，应尽可能采用国家统计局权威性的统计资料。对每一类资产，采用统一的方法进行空间展布。

而如何获得这些必要的数据，保证数据的可获得性和准确性以及数据分析和数据获取方法的选择等都非常重要，特别是水文信息和地理信息对洪水风险图的制作以及使用价值具有关键性影响如果基础数据不足，数据不一致（包括不同地区、不同时段、不同流域之间以及数据类型的一致性等），或者数据错误，不但会给模型计算和洪水风险图制作造成困难，而且还势必会给规划和防汛抢险救灾造成不良影响。虽然我国很多流域和地区都存有多年的水文资料数据，但是对于制作高标准、高精度的洪水风险图的要求来讲还存在很多挑战和困难，主要包括以下几个方面：

（1）水文资料不足。从地域上讲，我国水文测报站点总体密度不高，而且分布不均，很多地区，特别是西部地区、东北地区等，水文、气象观测站点明显不足；在时间序列方面，一些水文测站观测资料系列不长，也有一些地区水文资料不连续，难以应用。

（2）资料格式不统一。有很多历史资料没有电子文档，有些有电子文档但是格式各式各样，较少有成型的、满足地理信息系统需求的、可以直接应用的资料。

（3）流域特征资料缺乏。土壤特性、城市化的影响、种植结构的变化、各类工程的建设以及土地利用的调整等多个方面的资料都比较缺乏。

（4）各种资料之间缺乏内在关联。有些资料分属于不同的管理部门，在资料的来源方面比较纷杂，资料的精确度和准确性不够。

基于以上原因，要尽快建立全国洪水风险图编制基础数据库，统一数据格式，加强数据的采集、积累、更新和管理。例如，在美国和日本可以免费得到本国任意地区和范围内的不同网格大小（1000m，500m，250m，100m，50m，10m等）的DEM数据。另外，在日本，政府每隔4年进行国力调查（即家庭人口、住房面积、工作单位和性质、农作物的产量、农林渔业单位的数量等项目的调查）和工商业资产统计，日本国土地理院将这些调查和统计的数据按统一的格式输入到相应的1000m网格中。利用这些资产数量和日本政府每年公布的资产单价，可以计算出任何洪泛区内的资产。这种统一的数据格式和高度的数据分享水平，为推动这些国家的全国洪水风险图编制奠定了坚实的基础。

另外迫切需要采用先进的技术手段获得和处理数据。激光航测LIDAR技术在国外洪水风险图制作过程中得到了广泛应用，是当今最为成熟有效的数据收集和处理技术，很值得借鉴。

（三）洪水泛滥模拟模型

《洪水风险图编制导则》中推荐使用3种方法进行洪水风险分析，即水文学法、水力学法和历史水灾法。

相对而言，水文学法和历史水灾法是两种简化方法，当河道横断面、流域DEM数据、水文资料等不完整或缺乏时，可以使用以上两种方法。在资料齐全的情况下，采用水力学法通常能够更客观地反映实际情况，更精确地模拟洪水在河道以及泛滥后在洪泛区内的演进过程。

1.水文学模型

我国已经建立了包括新安江模型、马斯京根连续演算模型、简易破堤溢流计算法、非均匀流模型、蓄水函数模型等很多不同类型的水文学模型。由于绘制洪水风险图需要连续的水文资料系列并与地理信息系统和当地社会以及自然经济条件等相关联，加之不同流域、不同地区的气候以及下垫面条件不同。特别是对于一些水文站点较少、水文资料缺乏或者没有水文资料数据的地区来讲，需要建立适合本地区特点的降雨径流模型，借鉴或引用其他流域资料或者通过其他水文学方法确定本地降雨径流模型，建立模型库和优选策略。

2.水力学模型

绘制洪水风险图最常用的水力学模型是非恒定流模型。非恒定流数值模拟方法由描述洪水系统实际水流的非恒定流基本方程及有关定界条件而构成的数学模型。其做法是：将模型所概化的实际洪水系统的地形、河道、阻水建筑物等自然地理信息以及洪水信息，按程序规则输入计算机，求解基本模型，得出水流非恒定流方程，具有精度高、信息量全面、运算灵活和费用低等特点，近年来得到了广泛应用和发展。

（1）非恒定流数值模拟绘制洪水风险图的原理和方法。洪水进入蓄滞洪区后，由于受地理条件的控制，其水流的演进与河道相比，具有两个明显特点。第一，洪泛区的糙率较河道大得多。天然河道的来水来沙在年际和年内间尽管存在着丰、平、枯的变化，但因为形成年代久远，其形态是水流与河床长期相互作用的产物，水流所受阻力不是很大。而洪泛区则不然，区内都有人类活动，存在着大量的道路、村庄、庄稼、树木等，分蓄洪后，水流在演进过程中，必然要受到较大的阻力，因此糙率要比天然河道大得多。资料表明，洪泛区糙率一般达0.5～0.10，而河道仅为0.01～0.04。第二，洪泛区水面的长宽比远远小于河道。天然河道从整体上看，皆成狭长形，长宽比很大，而洪泛区水面宽广，长宽比要小得多。

洪泛区地理条件上的两个特点，也使得洪泛区水流不同于河道水流：①由于长宽比小，在研究洪泛区水流演进时，采用二维恒定流基本方程来描述较适宜；②由于洪泛区水面宽广，糙率较大，流速相对较小。因此在二维非恒定流中其对流项所占的比例不大，可忽略它们从而使模型的求解大为简化。

（2）洪泛区洪水演进的数学模型。洪水演进计算采用二维非恒定流离散方程。计算主要参数有计算柱体的平均水深、平均流速、单宽流量、水面高程、床面切应力和动水总压力等。当确定了初始条件、水文条件和边界条件时，就可由上述公式反复循环一直递推到计算所需时刻。

定界条件：此方程是描述洪泛区二维非恒定流的普遍式，只有当它们与特定洪泛区的定界条件结合起来，才能构成描述该特定洪泛区水流演进的数学模型。通过数值模拟，可以确定泛滥水流的特征值。一般而言，定界条件包括如下4项：①初始条件。即迭代计算开始时刻洪泛区各点的流速（u，v）和水深（h）的分布，对洪泛区取初值为零。②水文条件。系指入流条件和出流条件。入流条件即洪水进入洪泛区的进口水流条件，由入流水位（或流量）过程线体现。当洪泛区有多个水源时，要考虑水源之间的洪水遭遇问题；若洪泛区有多个进口时，除分别考虑它们各自的入流过程外，还应注意各自的水流流路及注泄去向。③出流条件。即洪泛区洪水退水口处的水流条件，由该处的水位流量关系来体现。④边界条件。包括洪泛区网格、地形及周边界。应用二维差分格式进行洪泛区洪流演进计算，先将计算区域分成网格。网格的大小适中取值；一般应使得计算域中的村庄、重要设施能够辨认为宜，同时兼顾到计算精度、计算费用及稳定性。

地形是指计算域内各处的地面高程，村庄的位置和面积，公路、铁路等，这些数据最好由1/1000地形图确定。周边界即计算域堤岸边位置、高程，必要时还应考虑堤身质量。(www.daowen.com)

糙率率定：糙率直接影响着计算成果的正确与否。而糙率本身又十分复杂，与多种因素有关，如洪泛区地形地貌、植被、土壤、水位高低、阻水建筑物的密度与走向，甚至因季节不同，作物长年的差异，都会造成糙率的不同。同时，一般洪泛区也缺乏本区域实测糙率资料，因此目前多通过上机率定来解决。其做法是：首先根据计算域内的地形地貌、植被、阻水建筑物分布、洪水泛滥季节等情况，参照以往工程实例或有关手册，初定糙率值，然后用数学模型对历史洪水入流资料进行洪水演进模拟，进而将计算结果与历史洪水泛滥资料对照分析，若其误差在允许范围之内，就取设定值，否则调整糙率值重新演算，直至满足要求为止。此项率定工作十分重要，它直接关系着成果的可信度。对河床糙率的取值，可采用经验估值，即居民区n=0.04，稻田和农田n=0.025，森林n=0.06。

3.历史水灾法

实测资料分析调查即洪泛区实地调查的方法，它是以历史洪水痕迹、一些特定位置点的观测记录、文献记载，以及在大洪水时的航测照片等为基础，确定洪水水面线和淹没范围。它不需要详细的地形资料，可以较快地绘出以应付急用。但是，因历史洪水一般距现在较远，地形地貌均有较大差异，其次从洪痕上也难以得到一场洪水的全过程，航测照片往往因天气条件恶劣，清晰度较差，也难以记录下洪水全貌，至于洪水演进的流速、水深等特征值也只能估算得出。故本方法所得成果比较粗糙，多用于对特大洪水灾害的宏观认识和上述两种方法所得成果的定性检验。

以上洪水风险分析的3种方法可根据实际情况和客观条件，采用一种或多种方法来完成风险图的绘制，如可以运用历史水灾法绘制洪水风险范围，然后考虑历史资料的年限和区域现状地形等下垫面变化的影响，再运用水文、水力学方法对淹没区域范围进行修正；也可以利用场次洪水或水灾调查资料，进行洪水水文分析，建立适合当前实际状况的不同洪水频率的流量—水位关系曲线，利用水文—水力学法获取风险参数，从而完成洪水风险图绘制，运用水文—水力学方法进行分析。其成果也需要历史水灾调查或实际情况来对其进行校验，以保证成果的合理性。

（四）洪灾损失模型

编制洪水风险图不仅需要知道淹没范围、水深、历时和流速等，而且需要了解洪灾损失。利用洪水泛滥模拟计算结果和资产信息，通过洪灾损失模型可以计算洪灾损失。洪灾模型中需要解决的两个关键问题是资产展布和资产损失率。

1.资产展布

在我国还没有建立统一的洪水风险图基础资料标准数据库之前，现阶段用于洪水风险图的经济社会数据多来自于中央和地方政府公布的统计数据。这些统计数据往往是以行政区域为单元。例如，农村的最小行政单元为乡镇，城市的最小行政单元为街道。但计算洪灾损失需要知道每个网格内的资产和淹没水深、历时及流速等。因此，需要将行政单元的统计数据展布到每一个网格。一种简化的方法是通过土地利用数据进行展布。这种方法把农作物以外的资产定义为一般资产，假想一般资产与建筑物面积成比例。首先求出某一网格内建筑物面积与最小行政单元内总建筑物面积的比率，然后将该最小行政单元内的一般资产与这一比率相乘，得到该网格内的一般资产。同样通过求出网格内农作物面积的比率，可以得到任何一个网格内的农作物资产。

2.资产损失率

资产损失率指的是资产损失程度与淹没水深、历时和流速的关系。一些发达国家在这方面已有较为成熟的经验，可以借鉴。例如，日本政府根据全国洪灾损失调查统计结果公布了资产损失率与洪水淹没水深的关系；美国联邦应急管理局（FEMA）公布了资产损失率与洪水淹没水、历时、流速的关系等。如果知道每个网格内的资产，然后通过洪水泛滥模拟模型计算出每个网格的淹没水深、历时和流速等，那么，利用资产损失率就可以很容易得到每个网格内的洪灾损失，从而可以估算出相应于不同淹没情况下的整个计算区域内的洪灾损失空间分布和总的洪灾损失。

我国需要确定一个统一的资产损失率评价标准，否则，不同机构或个人使用不同的损失率评价标准，会导致对于同一问题计算出的洪灾损失截然不同，这样会失去方案的可比性。因此有必要对全国范围内的每一个具体流域或地区，确定和公布一个统一的资产损失率评价标准，并随着资料的积累和增加，及时进行调整和修正，使其更加符合实际和能反映最新的洪灾损失特性。

（五）洪水风险图的表现内容

1.洪水风险图的表现内容包括必备信息和选择信息

（1）必备信息指的是洪水风险图编制部门和年、月、日、流域经济社会状况和分布、计算对象洪水的频率、计算对象洪水泛滥时引起的淹没范围、水深、历时和流速、洪灾损失及其分布。

（2）选择信息由洪水风险图编制目的和服务对象决定。编制目的主要包括防洪规划和防汛管理、洪水避难和防汛抢险、土地利用管理、洪水保险、防洪减灾知识和政策宣传等。

如果编制目的是为了防洪规划和防汛管理，其服务对象是防洪和防汛部门的管理人员，洪水风险图的表现内容除了必备信息外，还包括防洪工程的规模和分布、防汛物资的分布、防汛机构的所在地和紧急联络方式等选择信息；如果编制目的是为了洪水避难和防汛抢险，其服务对象是防汛管理人员和一般居民，选择信息包括避难场所的名称和位置、地下空间的分布、避难时的心理准备和必备物品、防汛机构和医疗机构，以及生命线管理机构的所在地点和联络方式等；如果编制目的是为了土地利用管理，其服务对象是国土资源和城市建设部门的管理人员，选择信息包括土地利用分布、禁止或限制开发和居住的区域等；如果编制目的是为了洪水保险，其服务对象是保险机构和加入保险的居民，选择信息包括保险费率区划等；如果编制目的是为了防洪减灾知识和政策宣传，其服务对象是一般居民和水利部门以外的管理人员，选择信息包括防洪工程的基本特性和功能、防洪减灾基础知识、防洪规划概要等。

对于洪水风险图的表现内容，必须规定统一的格式，否则会出现多种表现方式各异的洪水风险图，其后果是主管部门无法对全国风险图进行集成管理，同时会给洪水风险图用户带来使用上的不方便、误解或混淆。可以参照国际上的经验，并结合我国的国情，制定洪水风险图的统一格式。例如，对于必备信息中的淹没水深，可以分为5个档次，即h（淹没水深）＜50cm，50cm≤h＜1m，1m≤h＜2m，2m≤h≤5m，h＞5m。通过不同的颜色表示不同档次的淹没水深，管理人员和居民可以直观地了解所关心地点的洪水风险程度。对于选择信息中的避难信息，可以用醒目的点和线以及文字和数字表示避难地点、避难路径、避难时间、洪水到达所关心地点的最短时间等。

2.制作洪水风险图需要开发和应用的软件的分类

（1）通用软件和系统软件：包括计算机操作系统、数据库系统、地理信息系统、计算机程序开发和语言软件等。

（2）工具软件：包括水文信息处理软件、预报模型软件、模拟仿真、数值计算软件、模型分析软件等。

（3）专用软件：是根据不同地区特点、不同目的和需求、不同用途而专门开发的软件，包括数据转换与处理软件、专用通信软件等。在洪水风险图软件方面我国与发达国家相比存在很大差距。

3.现有的软件存在的主要问题

（1）兼容性差，虽然开发了很多不同方面的软件，但是各类软件之间缺乏有机联系，相互之间不能兼容，存在“障碍”。

（2）很多软件实用性差，虽然表面上功能多样，但是在实际应用中要么是缺乏数据支持，要么是模型不健全，难于实际应用。

（3）精确性不足，一些软件和模型在开发过程中应用了很多假设，采取了简化手段，虽然能够得出结论，但误差大，难以满足洪水风险图的要求。

（4）表现力不够、不直观。

4.洪水风险图制作的软件开发策略的选择

（1）国外软件本地化。在洪水风险图制作方面，丹麦、美国、日本、英国、澳大利亚等国家都已经开发出较为成形的通用软件系统，其中最为著名的是丹麦DHI公司的MIKE11系列软件包，其已包含专门洪水风险图制作集成工具，该软件包根据洪水风险分析以及洪水风险图制作的要求，融合GIS、GPS、HDAR等多种技术手段，以基于GIS平台开发的二维、三维洪水演进模型、预报模型和降雨径流模型等为基础开发而成，已经在美国、英国、欧盟国家等应用，并已有中文版本，其优势是功能强大、兼容性好、技术完备。

（2）自主开发。自主开发绝不能是“八仙过海，各显神通”，那样势必造成不必要的浪费，应该组织有关科研单位和具有资质的软件公司，充分利用这些单位已有的研究成果，结合国家防汛抗旱指挥系统项目建设，进行“攻关式”联合开发，充分考虑系统的先进性以及未来应用的需求，做到实用性和先进性的紧密结合，形成我国具有独立知识产权的洪水风险图软件产品，在全国范围内应用。

虽然我国的相关研究机构开展洪水风险图编制的研究和试验工作已有近20年的历史，但在全国范围内开展洪水风险图编制工作还处在刚刚起步和试验阶段，存在不少急需解决的问题，如尚未形成洪水风险图制作的管理制度，风险图制作的计划和经费尚不落实，洪水风险图制作的一些基础条件还有待完善等，其中最关键的问题之一是全国各地的研究机构和设计部门对洪水风险图编制技术的理解和掌握程度高低不同，我国还没有建立一套洪水风险图编制技术标准来指导技术人员。我国幅员辽阔，流域特征和洪水特性千差万别，不同地区的洪水风险图应该反映这些特性和特征，但不管在那一个国家或地区，无论是什么样的流域和洪水，洪水风险图编制的基本技术和方法应该是一致的。目前，国内许多单位通过开发、引进、合作等多种途径或多或少地掌握了洪水分析技术并拥有一些模型，各具一定的优势，但风险图是为政府决策和管理服务的，风险图产品必须由官方制定论证审查程序，推进洪水风险分析技术（模型）的标准化、规范化，以保证风险图产品的可靠性、一致性、可比性和可延伸性。在美国、日本及欧洲等国家，都有洪水风险图编制主管部门审查和批准使用的标准洪水泛滥模拟模型、洪灾损失评估模型及其使用手册。我国也应尽快开发或通过专家鉴定从已有的模型中挑选出这样的标准化模型和方法，编写其使用指南，将其在全国范围内推广应用，并根据实际需要、经济条件和技术发展情况，对这些模型和方法不断进行更新和改进。