在河道洪泛区发生100年一遇洪水和在沿海洪泛区发生200年一遇洪水时的淹没范围，绘制时采用水力学模型进行模拟。英国英格兰和威尔士区域内各10km×10km网格的洪泛区分布如图3-4所示。
在已知这些洪泛区淹没水量的情况下，淹没范围和水深采用近似的水量分析方法（Hall J. W., Dawson R. J., Sayers P. B., et al, 2003; Hall J. W., Evans E. P., Penning-Rowsell E. C., et al, 2003），其步骤如下：
（1）先假设平均淹没水深为0.20m，利用一个半圆形或梯形的轮廓来确定对应这一水量的淹没范围，当轮廓线达到洪泛区界限时，水量向上下游蔓延，而不会越过洪泛区边界；
（2）在确定淹没范围之后，真正的淹没水深是利用由Middlesex大学建立的统计模型来确定的，这一模型通过分析70种不同洪水情景得到了典型水深的统计特征值，如图3-5所示。基于这一统计模型，可以确定对应某一频率洪水的平均水深，这一水深是指防洪工程溃决处的水深；
（3）假设在淹没范围外边界处水深为0，且溃决处与外边界之间水深线性变化(Sayers P. et al, 2002)，如图3-6，这样可确定淹没范围内各处的水深。
图3-3 英国某一区域的洪泛区地图
44
图3-4 英国英格兰和威尔士区域内10km×10km网格的洪泛区面积
占网格总面积比例的分布图
图3-5 英国不同频率洪水对应的洪泛区平均水深统计曲线示意图
45
图3-6 英国利用线性插值方法快速确定水深
2004年，英国又利用新的“Flood Zone Prject”（HR Wallingford, 2004）成果对RASP工具中水深计算的方法进行了更新。“Flood Zone Project”的成果与洪泛区地图类似，它表示的是假设防洪工程不存在时，河道发生100年一遇洪水（沿海为200年一遇）和1000年一遇洪水时洪泛区各受影响区域的水位分布（网格尺寸为100m×100m）。其它各频率洪水发生时对应的水位按一定的转换关系进行换算，水深可根据水位和DTM数据相减获得。
国外其它一些国家也开展了气候变化对未来洪水风险的影响研究。如荷兰通过分析未来可能的气候变化情景对目前的水管理政策进行了评价，并提出了应对未来气候变化应加强的工程和非工程措施（Richard S. J. et al, 2003）；欧洲利用气候变化模型和水文模型分析了在未来气候变化影响下洪水发生概率的变化（Kundzewicz Z. W. et al, 2010; Bernhard L. et al, 2006），得出现状为100年一遇的洪水在未来发生的概率会变化；Cunderlik等采用天气发生器模拟生成长系列的基于历史实测数据和全球气候模型输出结果的日降雨数据，并结合水文模型得到长系列的水文变量分布，通过频率分析可以判断区域洪水风险在气候变化影响下的变化幅度（Cunderlik J. M. et al, 2007）。但均未像英国那样综合考虑气候变化与经济社会发展的不同情景，开展未来洪水风险定量变化的研究。
国内在2006年以前尚无任何关于未来洪水预见的研究成果。2006年至2009年底，中国水利水电科学研究院与相关科研院校协作，借鉴英国的最新成果和技术，以太湖流域为试点，开展了“流域洪水风险情景分析技术研究”（流域洪水风险情景分析技术研究项目组，2009）。在借鉴英国的经验时，考虑到两国的国情差别较大，经济社会处于不同的发展阶段，所面临的洪水问题也大不相同，所以在基本概念的定义、模型的建立和分析方法方面，都针对我国试点区域的实际
46
情况探讨了改进的方法。该研究由8个工作单元组成，分别为洪水风险动因和响应的定性分析、气候变化情景研究、水文学模型研制、经济社会情景研究、洪涝灾害损失分析、大尺度水力学模拟、堤防系统可靠性分析和洪水风险分析系统的研发与集成。在8个工作单元研究的基础上，开展了太湖流域未来洪水风险情景分析的研究，分析了在不同经济发展模式下，受气候变化、下垫面条件变化的影响，太湖流域至2050年不同频率洪水水灾损失以及年平均风险的变化，最后基于分析结果，提出了应对措施和评价。
3.3.3 未来洪水预见中的洪水分析方法
未来洪水预见的研究区域在空间尺度上变化很大，小到数十、数千km2的某一城市，大到数万km2、甚至更大范围的流域或区域。建立可以对整个区域未来洪水的水力学特性进行模拟的水力学模型或其它分析方法是未来洪水情景预见中具有承上启下作用的关键环节。目前国内外的相关水力学模型多适用于较小的区域，能良好地模拟区域内各处的水力学特性，但对于未来洪水预见研究中的洪水淹没分析，由于其研究范围尺度的多样性、需要回答的问题不同和已知条件的限制，针对不同尺度的研究区域，显然难以一律建立传统的水力学模型，而需要分析和建立适用的水力学模型或其它的方法，用以分析未来洪水风险的变化。另外，对未来的洪水风险进行分析其最终目标是提出应对这些风险的对策，不同尺度的洪水分析结果在应对风险的对策研究中具有不同意义和作用
（1）对于数十至数千km2的区域，尤其是城市，称之为小尺度，在研究未来洪水风险的变化时，需要回答洪水风险在时空分布上的差异，以及随着下垫面的改变和防洪工程体系的建设而发生的变化，尤其是为该区域在未来应对风险的预案服务，而预案是要指出发生某一概率的事件或情景时，该采取怎样的措施。这就需要明确发生这些事件时，洪水风险在时间和具体的空间位置上的大小与变化过程，以及与现状相比，风险是增大还是减小，变化的量有多大，这些问题只有通过传统的水力学模型才能模拟和回答。
传统的精细水力学模型通过求解一、二维非恒定流方程组来模拟洪水在河道、道路、绿地、低洼地、地下空间等区域内的运动。在未来变化环境下，区域内的气候、经济社会和防洪工程体系都可能发生变化，由于研究区域较小，通过调整模型中相应的参数来反映气候、经济社会和防洪工程体系的变化是可行的。而且，目前国内外已有许多成熟的水力学模型软件，且这些软件都有各自固定的输入文件格式和接口，可以方便快捷地对模拟区域的参数进行调整，从而模拟在未来不同的洪水情景下洪水风险的变化。
47
（2）对于数千至数万平方km的区域，称之为大尺度，这些区域在未来洪水预见时，需要回答的不是具体某一位置，某个区域的淹没水深会增大还是减小，而是未来的综合风险在区域上分布的变化，所以可从洪水风险作为洪灾期望损失的定义出发，通过分析年期望损失的变化，有助于选择合理的防洪标准、防洪投资规模、土地利用方式、国民经济发展布局、以及保险费率等，从而为决策者制定科学合理的长期规划提供参考。此外，年期望损失的计算，涉及到评估不同重现期洪水对损失概率曲线的贡献。回答这些问题则需要建立一定的模型，反映洪水风险在大尺度区域内的空间分布。
对于大尺度区域而言，如下两方面的原因决定了精细水力学模型的不适用性：一是精细的二维水力学模型其网格尺度一般较小，从几十m到几百m，而在大范围内建立此类水力学模型，模型的网格数量将达到数以十万甚至百万计，随之而来的问题是参数的选定、率定和调整耗时费力且模型的运行效率必然降低。加之未来洪水情景分析要反映的是未来50年或更长时段洪水风险的变化，要确定如此长预见期内和如此大范围内各精细网格的相关参数如何变化是非常困难的；二是在未来洪水情景分析中关注的并非场次洪水过程中计算域内任一点水位及流量随时间的变化过程，而是整个流域范围内不同频率洪水年平均风险分布特性的重要变化，精细水力学模型占用大部分计算时间模拟出的洪水淹没过程数据既在精度上难以保证，也非必需的洪水风险信息。在借鉴英国的经验开展太湖流域未来洪水情景预见研究时，英国专家建议采用ISIS软件，在河网内用一维水力学模型模拟，河网外用DEM数据建立水位~蓄水量关系，即河网外多边形中水位随蓄水量变化，且各处水位相等，水深随地面高程的不同而不同（王腊春等，2000）。在每个计算时段内，根据水文产汇流模型、排涝能力及河网内洪水出槽情况综合确定时段末河网外多边形中的洪涝水量，根据水位~蓄水量关系可求得水位值，进而可推求水深分布。此类模型对河网外多边形的形状和面积要求很低，面积可大至几十甚至几百km2。这种方法对于概化河网外的水位~蓄水量关系为单调递增的情况较适用，当河网外分布有圩区等防洪排涝工程时，如太湖，流域圩区总面积达14541km2，占流域平原陆域面积的60%（欧炎伦等，2001；高俊峰等，1999）且一个大尺度的计算单元中可能有若干个圩区。受圩堤保护的区域即使其地面高程较低，也可能不会受淹或晚受淹，即在每个河网外多边形中对应同一淹没水量的水位不应被看作均一值，而必须考虑圩区分布对水位分布差异的影响；另外，该方法在每个计算单元中未区分自然汇流与人工抽排，将二者合并反映到一个参数－抽排能力上，在模型的率定和应用中存在由于物理概念不清，且能反晰而引起的参数取值困难问题。所以，建立网格面积较大（可大至几十甚至几百km2）映区域未来洪水水力学特性变化，而又能避免精细水力学模型的不适用性的大尺度洪水分析模型
48
洪水灾害预警与未来预见-IWHR - 图文
