近年来,由于气候变化异常导致洪水灾害频繁发生,给人类社会带来了严重的经济损失和人员伤亡。我国洪水灾害频发,治理洪涝、防洪减灾历来被列为各级政府的重要工作事项。由于我国中小河流存在着防洪标准低、行洪能力差、堤防质量参差不齐等问题,在汛期时经常出现河道洪水泛滥,往往会对沿岸的生产生活造成威胁,造成严重的淹没损失。通过对流域洪水风险开展系统研究,可以使决策者对研究区域洪水灾害的时空变化和风险程度有全面的了解,在洪水来临时科学快速地制定防洪减灾策略,最大程度地减小洪水灾害造成的不良影响。现阶段对流域洪水风险的研究可以从两方面展开:一是洪水数值模拟研究,二是洪水风险区划研究。洪水数值模拟主要通过数值分析来模拟洪灾发生的过程及发展趋势,随着计算机技术的快速发展,洪水数值模拟的模型越来越多样化。现有的洪水数值模拟研究主要以圣维南方程组和动量方程为基础,对数据精度和完整度要求较高,并且建模复杂,求解过程耗时较长,其实用性有待考究。洪水风险区划根据洪灾的危害程度大小将研究区标定为不同的风险等级,宏观定量地描述洪水风险,可以直观地显示洪水风险的空间分布。在以往的洪水风险区划研究中,洪水风险评价指标的选取相对单一,并且区划过程受限于决策者的经验和认知水平,造成指标权重计算具有不确定性,对区划结果产生影响。本文针对小流域山洪河道的洪水灾害问题,以泗河书院站控制流域为研究区,构建流域降雨径流元胞自动机(CA)模型,着重对模型中的产汇流规则进行了创新和拓展,利用书院站实测水位数据对模型参数进行率定和校核,用优化后的模型对典型历史洪水的演进过程进行模拟和分析,并运用ArcGIS对模拟结果可视化处理,最后运用成因分析法和蒙特卡罗辅助层次分析法建立洪水灾害风险区划模型,结合洪水模拟的结果,根据洪水危害程度对研究区进行等级划分。主要研究内容和研究成果如下:(1)基于元胞自动机的流域降雨径流模型构建。本文系统阐述了元胞自动机的原理、组成以及在洪涝模拟上的适用性,结合水文水力学方法建立了降雨径流CA模型,重点分析了流域产汇流计算的过程,在元胞转换规则上进行创新和拓展,包括坡面汇流与河道汇流的流向分析、流速计算以及水量分配等方法的详细探讨,并在MATLAB软件上实现对该模型的编程和研发。(2)研究区降雨径流模拟。将1995年和2001年的两场洪水事件分别用作率定和校核,结合泗河书院站实测水位数据对模型中的曼宁系数、下渗率等关键参数进行率定和校准,用洪峰相对误差、确定性系数和纳什效率系数来衡量拟合效果,得到一组最优参数组合。利用优化后的模型模拟2007年的一场典型历史洪水,在GIS上对模拟结果可视化处理,得到洪水的淹没过程图以及最大淹没水深、最大洪水流速分布情况。(3)小流域洪水灾害风险区划研究。在得到流域降雨径流CA模型模拟结果的基础上,充分考虑研究区的洪水淹没水深、洪水流速、地形地貌、水系、土地利用类型、社会经济、人口分布、基础交通等洪水评价指标,建立洪水灾害风险区划模型,用蒙特卡罗法辅助层次分析法来推求评价指标权重值,在GIS平台上对各个评价指标归一化处理,得到泗河书院站控制流域的洪水灾害风险区划图,根据洪水危害的大小用自然断点分级法将研究区划分为若干个风险等级,并对区划结果进行了分析。研究成果对泗河流域的防洪决策工作具有重要的参考价值。