2 洪水风险图的编制、维护与更新
美国的洪水风险图的编制由联邦政府主导,具体由联邦紧急事务管理署负责。有关技术工作实际上由FEMA所指定的几家顾问公司执行。地方政府(州、县、市、镇、村等)可以自己编制风险图,但均需FEMA的认定。一旦认定,其解释权是在FEMA,而非当地政府。若有人对某一风险图有异议,其必须通过FEMA更改,当地政府无权更改风险图。
2.1 洪水风险图的编制
技术上,风险图的编制有如下几个主要步骤:
(1)数据采集(主要是地形资料、水工建筑物、水文资料、地质资料、土壤资料、水文地质资料、历史淹没记录等)。
(2)数学模型的选取。
(3)数学模型的建立。
(4)数学模型的验证。
(5)100年一遇洪水演进的模拟计算及其他设计条件的模拟。
(6)100年一遇洪水风险图初稿的编制。
(7)听证会(公示)。
(8)100年一遇洪水风险图终稿的确认与发布。
2.1.1 数据采集
数据采集对于洪水风险图编制至关重要。好的风险图来自于全面可靠的原始数据。数据采集也是风险图编制过程中成本最高的一项工作。
(1)地形资料。地形资料的采集主要依赖于LiDAR(Light Detection And Ranging) 法收集。LiDAR的优点在于其可以直接形成地理信息数据库(GIS)。LiDAR技术发展很快,最新的LiDAR技术可以采集22点/m2。除了水上地形数据外,现代的LiDAR技术可同时采集水下地形数据,从而大大降低了洪水风险图的编制成本(在LiDAR之前,河床断面资料都要靠现场测量,成本很高)。LiDAR的成本大约在350美元/km2。
(2)航测图。航测图在洪水风险图制作中的用处主要在于:校核土地利用资料;校核数学模型结果;建立初始条件;校核风险图等。航测图一般每年更新一次。
(3)水工建筑物资料。各类闸、坝、偃、孔、桥、涵洞、管、槽、泵站等的详细设计及运行数据。
(4)水文资料。包括降雨(雷达雨量观测数据),水位、流量观测资料。
(5)地质、土壤资料。包括渗透参数、植被情况。
(6)水文地质资料。包括地下水位、不透水层等。
(7)历史淹没资料。主要通过与当地居民交谈来收集、估算历史上出现过的最高淹没深度。这个数据很重要,用来校核数学模型结果。
以上数据都要录入数据库,数学模型可以直接读取。
2.1.2 数学模型的选取
在美国,洪水风险图的编制由联邦政府和地方政府合作进行。一般来讲,先由地方政府提供数学模型结果和草图,由联邦政府最后审定。地方政府在进行数学模型计算时,必须使用联邦政府认可的数学模型。目前联邦政府认可的水文数学模型有:HEC-1、HEC-HMS、SWMM5、MIKE11、TR-20、TR-55、GSSHA、PRMS、HSPF、XP-SWMM等。联邦政府认可的一维水力学模型有:SWMM5、HEC-2、HEC-RAS、MIKE11、WSPRO、QUICK-2、HY8、RASPLOT、UNET 4.0、FLDWAV、FLO-2D、XP-SWMM 等。联邦政府认可的二维水力学模型有:FESWMS 2DH、FLO-2D、MIKE Flood HD、TABS RMA2、XPSWMM 2D等。
2.1.3 数学模型的建立
收集到所需原始数据,选定了数学模型之后,下一步就是建模。模型的建立要根据所选模型的要求进行。对于一维模型,最重要的是地形概划(Basin Delineation),即对流域的细分。细分的程度要根据规范要求和所需经费进行。不够细的划分将影响计算结果的精度;而太细的划分将可能超出了预算成本,并有可能拖延课题的进度,以至于不可能在规定的时间和经费内完成任务。规范的要求因地而异,在美国佛罗里达,小区域的划分根据低洼地的尺度进行,如果低洼地大于或等于1英亩[2],并且其深度大于或等于2英尺[3],那么这个低洼地必须划为一个小流域(sub-basin 或 catchment)。图1是某流域的地形概划图。
图1 某流域地形概划图
2.1.4 数学模型的验证
数学模型至少要用一组实测资料率定(Calibration),并用两组实测资料验证(Verification)。验证包括流量和水位(水深)。水位验证的精度一般要求为3英寸[4]。流量验证的精度要求低一些。
2.1.5 设计条件的数学模型模拟
除了100年的设计条件外,一般还要进行其他设计条件的模拟。这些条件有:多年平均情况、5年一遇、10年一遇、25年一遇、50年一遇(服务于桥梁与高速公路设计)、500年一遇等。其中,小于50年一遇的计算主要服务于城乡市政规划与管理。模拟500年一遇的目的是为了高速公路的修建提供参考数据。
2.1.6 洪水风险图初稿编制
洪水风险图是由水文/水力学数学模型结果和地形资料确定的。在美国,把风险图划分为A、AE(A1-A99)、AO、AR、V、VE、X和行洪道(Floodway)等区。现分述如下:
(1)A区。位于100年一遇淹没区内。由于没有详细的数学模型资料,不能确定其淹没水位。
(2)AE(A1-A99)区。位于100年一遇淹没区内,并有数学模型模拟的淹没水位。
(3)AH区。比较浅的静水区(水深小于1m)。
(4)AO区。位于100年一遇的过流区,但不是行洪道,且水深较浅(30cm左右)。
(5)AR区。该区历史上曾受水工建筑物(坝、提、闸、偃、泵等)保护,但水工建筑物已被破坏。处于这类区的房产主,在水工建筑物修复之前必须购买洪水保险。
(6)A99区。位于100年一遇淹没区。政府或私人地产主正在修建防洪工程,竣工后,该区将不属100年一遇淹没区。处于该区的房产主,防洪工程建成前必须购买洪水保险。
(7)V区。沿海有波浪影响的地区。没有淹没水位。
(8)VE 区。沿海有波浪影响的地区。有淹没水位。
(9)B、C、X区。一般情况下,不在100年一遇的淹没区内,但其前提条件是当地的排水条件维护良好,局部的排水设施的失效有可能造成淹没。位于该区的房产主可以自愿购买洪水保险。
(10)D区。还没有进行水文/水力学模拟的区域。位于该类区的房产主可以自愿购买洪水保险。
(11)行洪道(Floodway)。洪水行进的主要通道,一般流速较大。与其他各区不同,行洪道的宽度不是由FEMA确定的,而是由各社区确定的。行洪道的宽度的确定方法如下:先用数学模型计算出洪泛区(Floodplain),即100年一遇洪水淹没范围,然后从两岸逐渐缩窄河流断面。每缩窄一步,就要重新计算水面线。将缩窄后的水面线与最初的水面线比较,如果水位增高值小于或等于政府容许的增高值,这个宽度就是行洪道的宽度,政府容许的水位增高值由当地政府决定,FEMA推荐的最大容许值为1英尺。很多地区的容许值为0,也就是说所有在洪泛区内的房地产都同时位于行洪道。容许值越小,对洪水的管理越严格。图2是行洪道的示意图,其中假定水位的最大增高值为30cm(FEMA推荐值)。
2.1.7 洪水风险图公示
洪水风险图初稿要交给选民审查(公示)。公示期一般为3~9个月。公示的形式有:听证会、书面通知、报纸公布、电台、电视台宣传等。其中,听证会为必须。工程师要出席听证会并解答有关问题。为了使每个居民都要机会参加至少一次听证会,听证会的规模不能太大,要分批、分地区地举行。而且听证会的地点、时间的选取都要有利于居民参加会议。在公示期间,如果房产主、地产主认为洪水风险图划分不合理,他可以要求改错。在公示期的改错不收费。所以,房地产主须要认真对待,不能错过机会。公示期过后,房地产主如果要求改错,视具体情况要收取一定费用。
图2 行洪道示意图
2.1.8 洪水风险图终稿的发布
公示期过后,如果没有异议,洪水风险图的终稿就形成了。风险图是以幅(Panel)的形式存放的。每幅图的比例是1:200。每幅图都有自己的统一编号。户主根据他的地址可以很容易地找到房产所在的图的编号。FEMA负责全国洪水风险图以及与洪水风险图有关的水文学、水力学数学模型、研究报告等的管理、解释、维护等。居民可以通过FFMA的网站下载有关风险图,也可以打电话、写信要求有关数学模型和研究报告。图3是一幅官方正式发布的洪水风险图示例。
2.2 洪水风险图的管理、维护、更新
FEMA负责全国洪水风险图的管理、维护与更新工作。美国国会要求洪水风险图每五年更新一次。但由于其巨大的工作量,高昂的成本(联邦政府与社区分担成本),一般社区(县、市、镇等)根本做不到这一点。很多地区能做到每十年更新一次。在全面更新之前,房地产主可以要求局部改错、更新、变更。
2.2.1 LOMA (Letter of Map Amendment)
如果房地产主认为他的房地产很明显不应该在洪泛区内,并有足够的科学证据给予证明,那么他可以通过LOMA要求改错。通常这类错误包括错误的地形图或地形数据、错误的地址、绘图错误等。对于错误的地形图或地形数据,房地产主只要雇有测绘许可证的测绘专家对其房地产进行测量,并把测量结果提供给FEMA就行了。所有过程都可以通过网络,也可以书面形式。LOMA是免费的。
图3 正式发布的洪水风险图示例
2.2.2 LOMR(Letter of Map Revision)
如果房地产主认为他的房地产被划在洪泛区内是因错误的数学模型结果造成的,那么他可以通过当地政府用LOMR要求改错。与LOMA不同,LOMR的申请者一般要雇佣有条件、有资格的公司或工程师修改或重新建立水文/水力学数学模型,并提交FEMA审核。FEMA的审核工作一般是由FEMA指定的工程顾问公司进行。LOMR费用很高。
2.2.3 LOMR-F(Letter of Map Revision Based on Fill)
如果一处房产的地形,在洪水风险图发布之后改变了(加高了),新的地形高于100年一遇洪水淹没水位,那么房产主可以用LOMR-F去要求改变,即把他房地产移出洪泛区范围。注意LOMA和LOMR-F的重要区别是:LOMA是改错,LOMR-F是改条件。
2.2.4 CLOMR (Condition Letter of Map Revision)
开发商在开发一块土地时,往往会改变其水文及水力学特性,从而改变了其在洪水风险图中的属性。因此,开发商在开发土地之前要通过当地政府用CLOMR去FEMA申批他的开发计划。与LOMR相类似,开发商一般要雇佣有资格的公司或工程师进行数学模型的建立、验证和计算,并最终形成土地开发后的洪泛区和行洪道泛区(Proposed Floodplain and Floodway Delineation),并送给FEMA审批。如果这块土地的开发最终会改变这块地四周土地的水文/水力学的特性,从而改变了其在洪水风险图中的属性,政府还要召开居民听证会(Public Meeting),以得到当地居民的认可。CLOMR 一般比较费钱、费时。一旦FEMA及当地政府批准了开发商的开发计划,开发商就可以施工了。完工后,开发商及相关部门要一起验收,并形成竣工蓝图(As-built Plan)。竣工蓝图要送到当地政府和FEMA存档。FEMA需据此修正洪水风险图。
2.2.5 PMR (Physical Map Revision)
如果LOMR或LOMR-F涉及的风险图变更的范围多于一幅图,那就要用PMR去更正。PMR的程序与重新作图的程序是基本一样的。其唯一区别在于重新作图是全社区(县、市、镇、村等)的事情,而PMR是局部的事情。PMR与LOMR、CLOMR、LOMR-F的区别在于PMR是由当地政府主导的,经费由政府承担,是当地政府与FEMA之间的事情;而LOMR、CLOMR、LOMR-F是房地产主通过当地政府与FEMA之间的事情,所有经费由房地产主承担。