我國山洪災害防治技術研究綜述

王文川，和 吉，邱 林

（華北水利水電學院水利學院，450011，鄭州）

一、山洪災害成因分析

我國地貌類型復雜多樣，廣大山區山高溝深，河谷縱橫，地勢起伏大，谷坡穩定性差，地表風化物和松散堆積物厚，由于地處東亞季風區，降雨時段集中，加之人類活動劇烈，導致我國山洪災害頻發。任洪玉等從自然因素和社會因素兩個方面入手，將山洪災害成因歸納為降雨、地形地質和人類活動等3個因素，并對每個因素中影響山洪災害發生的因子進行了具體分析，其結果表明降雨特別是強降雨和長歷時降雨是山洪災害形成的激發因素和主導因素，地形地質條件是山洪災害形成的基礎，不合理的人類活動則加速加劇了山洪災害的形成及災害程度。丁春梅等指出由于浙江省在梅汛期和臺汛期容易遭受暴雨襲擊，加上人類活動和河道行洪能力的日益萎縮是引發山洪災害的主要成因。鄒翔等人的研究結果表明陜西省的降雨分布、地質地形及不合理的人類活動是導致陜西省山洪災害的主要成因。周村旭等指出對河南省而言，暴雨是造成山洪災害的根源，特殊的地理環境和不合理的人為活動等因素加劇了山洪災害的形成與發展。方云祥等指出安徽省內的山洪災害主要是受氣候、地形地質條件及人類活動對生態環境的影響。李景保等從誘發山洪災害的水動力環境條件、坡度勢能環境條件和固體物質環境條件對湖南省的山洪災害成因進行了詳細分析。陽岳龍等認為特殊的氣候水文條件、復雜的地貌、不利的地層巖性以及不合理的人類活動是造成郴州市山洪災害頻繁發生的主要因素。馬秀芳通過對涇河流域源頭段的山洪災害研究認為：降水是引發山洪災害的最直接原因，地形是導致山洪災害的基礎因素，復雜的地層巖性是加劇山洪災害的內部因素，人類活動破壞植被加劇了山洪災害。

由此可見，山洪災害的成因主要是氣候、地貌、地層巖性和不合理的人類活動對植被的破壞等造成的。

二、山洪災害預測預報技術

山洪災害預測預報技術是山洪災害防治區非工程措施體系建設的一項重要工作，通過提前判斷山洪發生的時間、地點、規模、危害范圍以及可能造成的損失，使防治區的居民及時得到信息，提前采取措施，達到保證生命財產安全、減輕災害的目的。王禮先等嘗試以前期實際15d雨量和發生災害當日雨量為輸入值，構建了山洪泥石流BP神經網絡預報模型。周金星在分析北京山區山洪及泥石流災害發生成因及特點的基礎上，建立了北京山洪及泥石流災害空間預報信息系統，并對北京山區山洪及泥石流災害空間分布進行了預報。劉蘇峽針對“5·12”汶川特大地震造成的災區地表松動，使處于雨季的災區面臨山洪災害的的嚴峻挑戰，提出了汶川特大地震災后山洪災害預估與應對措施。李俊等探討集合預報技術在山洪預報領域的應用，分析了集合預報與單一確定性預報相比在對引發山洪災害的強降水天氣預報方面的優勢。白寧等應用單位的卷積方程和水量平衡方程，推導出區間各子流域河流出口最大洪峰流量與已知的區間出口最大流量的關系式，以解決區間內無流量資料河流出口的最大洪峰流量預報問題。謝會云等以流量信息為基礎，研究了基于GIS等流時線法山洪匯流。王鑫等基于淺水動力學方程，考慮降雨和下滲，建立了暴雨山洪的水動力學數值模型，并以此為基礎提出確定山洪災害臨界雨量新方法，應用于典型山洪易發區的暴雨山洪預報，取得較好效果。鄭國強等用影響山洪泥石流發生的前15 d的實效雨量和當日雨量作為預報模型因子，建立了基于Bayes判別分析法的密云縣山洪泥石流預報模型。劉陽等通過建立山洪形成過程的數學模型，實現了對山洪預測的數值模擬。管珉等以推理公式為基礎，介紹了一種適用于江西偏遠小流域的山洪災害指標的計算模型。

對山洪預測預報的研究，取得了一些較好的成果，主要表現在應用現在一些新的科學技術和手段，如神經網絡、集合預報和數值模擬等。這些技術的應用和推廣必將推動山洪災害防治區的非工程措施體系建設。

三、山洪災害預警技術

山洪災害預警技術是為各級政府防汛抗旱指揮部門提供科學決策的依據，是做好人員轉移、防范山洪災害、保證人民生命安全的有效途徑。國內對有關山洪災害的預警研究主要集中在臨界雨量的計算方法上。國家防辦建議采用 “統計歸納法”分析區域臨界雨量。陸桂亞等提出了有資料區域臨界雨量分析法，同時也提出了內插法和比擬法、災害實例調查法、災害與降雨頻率分析法等無資料區域臨界雨量的估算方法。張玉龍等用克里金空間插值分析法、反距離加權插值法、徑向基函數插值法對云南省山洪災害典型區的臨界雨量進行研究，并繪制相應等值線圖。張世才采用災害實例調查法、頻率分析法和產流分析法對比確定祁連山區山洪災害臨界雨量。段生榮采用了實測雨量分析法、降雨災害頻率分析法和產匯流分析法對比確定了黃河流域大通河支流的山洪災害臨界雨量。葉勇等以“水位反推法”來確定浙江省小流域的臨界雨量。王仁喬等采用類比法、排除法、災害氣候頻率法等一系列方法，對湖北省山洪災害臨界雨量進行訂正，結果比較符合實際。江錦紅等從河道安全泄洪流量出發，以最小臨界雨量和臨界雨力的新概念和計算方法為基礎，構建了暴雨臨界曲線作為山洪災害預警標準。劉志雨等提出以分布水文模型為基礎，以動態雨量為指標的山洪預警預報方法，為山洪災害預警提供了新的思路。

我國山洪災害預警技術還是主要依據臨界雨量單項指標，所不同的只是在確定時根據具體情況采用不同的計算方法。

四、山洪災害監測預警系統建設

山洪災害監測預警系統建設是山洪災害防治非工程措施的重要平臺。從2006年國務院批復全國山洪災害防治規劃，啟動實施了山洪災害防治試點建設之后取得了許多成果。胡維忠等提出了山洪災害監測預警系統的總體結構及設計原則，詳細闡明了組成監測預警系統的監測子系統、信息匯集及信息查詢子系統、信息匯集與預警平臺、預警子系統和預報決策子系統的設計要求。李良等從數據庫設計、圖形管理、數據采集與輸入、系統組成和系統管理五個方面詳細探討基于GIS的山洪災害預警系統的設計與實現。費建英等介紹了利用CDMA/GPRS通信產品完成山洪預警系統中監測采集站網的汛情信息傳輸及預警信息的傳送，為指揮調度工作提供暢通、快速、可靠穩定的通道。張李蓀以GIS技術、空間數據庫技術和計算機網絡技術為依托，建立了基于WebGIS的山洪災害預警信息系統設計。

五、山洪災情風險評估技術

山洪災情評估工作是開展災前預防、災后恢復重建、救援物資發放的重要參考依據。我國開展山洪災情評估方面的研究起步較晚，20世紀80年代中期我國開始有山洪災前危險度評估方面的研究報道，山洪災前易損度和風險度評估方面的研究成果從1998年才開始有文獻報道，且針對山洪災后損失評估的研究成果到1999年才有文獻。2004年何易平對山洪災情風險評估技術的相關研究進展進行了詳細的述評。同年程衛帥等對山洪災害風險度評價技術進行了綜述。近年的研究成果主要有：趙紅莉等采用指標模型法，基于GIS技術對桂東縣寨前流域內山洪及其誘發災害的風險進行了分析，得出災害高風險區的分布。劉蘭芳引入綜合災情指數對湖南省衡陽市山洪災害進行綜合災情損失評估。謝圣等對小流域風險圖的編制作了有益的探討。朱靜以云南省文山縣城為例，介紹了城市山洪災害風險評價方法。唐川等提出了一套基于GIS的從數據采集→空間屬性數據庫建立→評價指標體系選擇→預測評價分析→山洪災害危險性評價與風險區劃的技術路線和方法體系。聶娟等研究了山洪災害雷達遙感災情評估技術。

從我國災情評估的發展來看，主要是從早期的定性描述和統計分析逐步發展同經濟社會條件相結合的評估方法。近年，隨著計算機技術和地理信息技術的發展，RS和GIS技術越來越多地被應用于災前風險和災后災情評估工作中。

六、山洪災害形成機理

對山洪災害形成機理的研究和其影響因素的量化分析，對開展山洪災害預報、預警、制定防治對策等至關重要。我國在這方面也取得了一些成果。曹叔尤等對堰塞湖山洪形成機理進行了初步探索。王中等分析了觸發重慶山洪災害的典型環流和主要的影響系統。高煜中等從氣候與環境兩個方面對山洪暴發及等級劃分的影響進行了探討。

七、山洪災害防治區劃及防治對策

水利部會同有關部委共同編制了 《全國山洪災害防治規劃》，2006年10月國務院正式批復該規劃。張平倉等綜合分析了我國不同區域山洪災害形成的暴雨、地質地形條件、區域經濟社會發展、山洪災害類型、數量與防治類型，有針對性地提出了我國各區山洪災害的防治對策。張瑞軍等采用基于構件的柔性軟件工程的思想，開發了全國山洪災害防治規劃信息系統。張力等利用先進的地理信息系統技術和網絡數據庫技術，建立了山洪災害防治規劃數據庫，為我國山洪災害防治規劃系統設計提供了規范和總控依據。馬建華等根據部門區劃疊加原理，將中國山洪災害防治區劃分成一級重點防治區、二級重點防治區和一般防治區等三個類型區。石林等分析了山洪災害易發程度與地貌、地層巖性、地質構造等地形地質條件的相互關系，提出了我國山洪災害防治地形地質區劃的基本方法、步驟及相關技術。張玻華等在我國山洪災害防治區經濟社會發展情況研究的基礎上，對山洪災害防治經濟社會區劃進行了研究。

八、存在的不足與今后研究的方向

縱觀山洪災害防治技術的研究史，可以看出我國山洪災害防治技術研究起步較晚。盡管目前有許多很好的成果，但結合我國山洪災害的特點和目前的防治現狀，仍存在一些不足和需要努力的方向。

一是對山洪災害的成災機理研究較為薄弱。山洪災害是致災因子、孕災環境和承載體三種因素影響下共同作用形成的，需要加強山洪災害的主要致災因子和孕災環境的探詢，為山洪災害的預測預報、預警指標的確立、災前風險分析、災后風險評估等提供物理層面的分析。

二是預警指標單一。目前僅靠臨界雨量單項指標作為山洪預警指標，而誘發山洪災害的機理較復雜，影響因素也較多，各種因素的定量關系難以區分、確定。僅雨量因素來說，前期降雨和后期降雨強度共同影響山洪流量，即相同的降雨強度由于前期影響雨量不同會有不同的產流結果。應針對不同區域、不同的氣候和環境條件，增加其他預警指標的分析論證工作。

三是災情評估以定性和半定量為主，評估效果的應用性差，在減災防災決策中的作用不明顯。雖然GIS技術已用于災前風險評估和災后災情評估工作，但多是二維的，需加強三維技術的引進，提高山洪災情評估的精度和效率。

四是山洪災害防治區的非工程措施體系建設生產的投入已比較明確，但對山洪防治關鍵技術的投入較少。需要加強各種技術的研究投入，提高山洪災害防治區的非工程措施體系建設的科技含量，研究更準確、更經濟、更快速、更高效、更適合我國山區情況的監測預警系統。

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