鄉(xiāng)寧縣山洪災害防治非工程措施雨量預警指標的確定

王云峰

(山西省臨汾市水文水資源勘測分局，山西臨汾041000)

鄉(xiāng)寧縣山洪災害防治非工程措施雨量預警指標的確定

王云峰

(山西省臨汾市水文水資源勘測分局，山西臨汾041000)

山洪災害來勢兇猛、預見期短、破壞性大，如何獲得較長的預見期，最大程度減小洪災損失十分重要。雨量預警指標也可叫臨界雨量(強)就是解決山洪災害預報、增加洪災預見期的基礎指標。通過對鄉(xiāng)寧縣地質、地貌、歷史洪災、暴雨等資料的分析整理，采用水利部規(guī)定的計算方法，結合鄉(xiāng)寧縣現狀實際，確定了全縣21處小流域山洪災害防治雨量預警指標，為今后山洪災害防治群策群防提供科學決策依據。

鄉(xiāng)寧縣;山洪災害防治;雨量預警指標

鄉(xiāng)寧縣位于黃河中游東岸，山西省臨汾市西隅，屬華北暖溫帶大陸性季風型氣候區(qū)，暴雨頻發(fā)，地質地貌復雜，以及人類活動的影響，山洪災害發(fā)生頻繁，已經成為全縣當前防災減災中的突出問題。引發(fā)山洪災害外動力因素是降雨，而降雨要達到一定量級或強度時才能發(fā)生山洪災害。臨界雨量是指一個流域或區(qū)域某一時間段內降水量達到或超過某一量級(強度)時，該流域或區(qū)域發(fā)生溪河洪水、泥石流、滑坡等山洪災害，把這時的降雨量或降雨強度稱為該流域或區(qū)域的臨界雨量(強)。臨界雨量(強)是山洪災害預測預報的重要基礎，因山洪溝坡度陡、流域面積小，從降雨發(fā)生后到災害出現往往只有短短的十幾分鐘到1h，長的也只有數小時，災害來勢兇猛，預見期非常短。為了獲得較長的預見期，只要預報出山洪災害流域或區(qū)域降雨量達到或超過其臨界雨量，就可做出山洪災害預報，并據其發(fā)布警報。因此山洪災害臨界雨量的分析計算與確定對山洪災害防治有著重要的意義。

臨界雨量是進行降雨區(qū)劃時需考慮的一項主要的技術指標，是山洪災害預報預警的重要基礎。但由于暴雨資料及災害調查資料有限、規(guī)劃區(qū)雨量站點稀少，造成臨界雨量分析計算難度很大。因此，在計算臨界雨量時，首先確定典型區(qū)域，以水文部門現有雨量站網的雨量資料為基礎，以氣象站資料作為補充，在分析計算典型區(qū)域內單站臨界雨量的基礎上，進一步來分析典型區(qū)域山洪災害的臨界雨量。對于無資料或資料比較缺乏，無條件做單站臨界雨量分析的地區(qū)，臨界雨量的分析方法分別采用內插法或比擬法。

1 典型區(qū)確定

1.1 考慮的主要因素

(1)區(qū)域內現有雨量站點必須達到一定的數量(平均單站控制面積在200～300 km2以下，資料條件差的地區(qū)可適當放寬)，站點分布比較均勻;有較完整、詳細的山洪災害歷史發(fā)生記錄或調查資料;雨量站點有時間序列較完整的雨量資料;有一定的地質資料、水文資料和氣候資料。

(2)區(qū)域內人口密度較大，且有典型山洪災害地理特征，山洪災害頻繁，受災情況嚴重。

(3)典型區(qū)域是一個流域，也可以是一個區(qū)域，劃分的典型區(qū)域內可包含若干條完整的流域面積不超過200 km2的小流域，盡量避免將小流域分割開，區(qū)域內的地質條件和氣象條件相差不大。

根據鄉(xiāng)寧縣境內山洪災害、雨量站資料實際情況，本次分析確定鄉(xiāng)寧水文站以上鄂河流域為典型區(qū)。

1.2 資料收集

(1)收集水文系統(tǒng)、氣象部門鄉(xiāng)寧站以上控制流域內的自然地理概況、水文氣候特征、流域及河道特征資料;搜集水文系統(tǒng)、氣象部門控制流域范圍內山洪災害多發(fā)期雨量站歷年降雨資料。內容包括山洪災害多發(fā)期逐日降水資料、歷年分時段最大降雨量的特征值(包括 10 min、30 min、1 h、3 h、6 h、12 h、24 h最大降雨系列)及降雨過程，暴雨中心位置及降雨范圍等。

(2)從水文部門搜集鄉(xiāng)寧水文站歷史洪水水位和實測洪峰水位、洪峰流量、發(fā)生時間、山洪災害發(fā)生過程、暴雨開始至災害發(fā)生的時間間隔;收集鄉(xiāng)寧縣地方志中有關山洪災害的描述等。

(3)搜集水文系統(tǒng)、氣象部門歷次山洪災害對應的區(qū)域內降水過程的逐時段降水資料，統(tǒng)計過程總雨量。逐時段降雨(10 min、30 min、1 h、3 h、6 h、12 h、24 h)最大降雨量。

將收集的所有資料分類整理統(tǒng)計，雨量、災害等資料直接用于臨界雨量分析計算，其余資料用來進行災害區(qū)綜合條件的類比，對災害發(fā)生的時間及程度的綜合判斷，對臨界雨量成果進行合理性分析及比擬采用等。

2 臨界雨量分析計算

臨界雨量按災害種類劃分為山溪洪水災害臨界雨量、泥石流災害臨界雨量、滑坡災害臨界雨量，因典型區(qū)域內泥石流、滑坡災害較少且缺乏相關資料，臨界雨量可合并進行分析計算(假定三者臨界雨量相同);按范圍又可以劃分為單站災害臨界雨量和區(qū)域災害臨界雨量。臨界雨量的分析方法有兩種:單站臨界雨量和區(qū)域臨界雨量。

2.1 單站臨界雨量法

2.1.1 單站臨界雨量分析

1)不同站點相同時段的臨界雨量不盡相同，與各站點地質、地形、前期降雨量及氣候條件不同有關。地形陡峭，土壤吸水能力較好，前期降雨量小，年雨量較大的地區(qū)，臨界雨量就較大，相反則臨界雨量就較小。在具體分析時，考慮地形、氣候、前期降雨情況。

2)同一站點不同時段的臨界雨量，反映該站點對于不同時間段最大降雨的敏感程度，因此對各時段的臨界雨量進行綜合分析，并結合山洪災害調查資料，確定影響山洪災害發(fā)生的重要時段。因過程總雨量也有臨界值，所以各時段臨界雨量必須一起綜合使用，并判別山洪災害發(fā)生的可能性，如1 h這個時段出現大于臨界值的降雨時，災害發(fā)生的可能性較小，3 h、6 h也出現大于臨界值的降雨時，災害發(fā)生的可能性較大。但只要有一個時段降雨將超過其臨界值，就有可能發(fā)生山洪災害。

3)將區(qū)域內各站同一時段的臨界雨量進行統(tǒng)計分析，統(tǒng)籌考慮。

2.1.2 臨界雨量計算方法

假設區(qū)域內共有S個雨量站，共發(fā)生山洪災害N次，共統(tǒng)計T個時間段的雨量，Rtij為t時段第i個雨量站第j次山洪災害的最大雨量，則各站每個時間段N次統(tǒng)計值中，最小的一個為臨界雨量初值，即初步認為這個值是臨界雨量，計算公式如下:

1)計算平均值

Rt平均為區(qū)域內大范圍的平均情況，即當面降雨量超過Rt平均時，區(qū)域內有可能發(fā)生山洪災害。

2)統(tǒng)計最小值

Rtmin為區(qū)域內致災降雨強度的必要條件，即只有當區(qū)域內至少有一個站雨強超過Rtmin時，區(qū)域內才有可能發(fā)生山洪災害。

3)統(tǒng)計最大值

Rtmax為區(qū)域內發(fā)生山洪災害的充分條件，即當區(qū)域內每個站點雨強都超過Rtmax時，區(qū)域內將會有大范圍的山洪災害發(fā)生。

2.1.3 資料統(tǒng)計

根據上述臨界雨量的計算方法，列出區(qū)域內歷次山洪災害發(fā)生的時間表，收集區(qū)域及周邊鄰近地區(qū)各雨量站對應的雨量資料(區(qū)域內有的地方可能未發(fā)生山洪，但雨量資料也應一并收集)，以水文部門的雨量資料為主，氣象站網和實地調查雨量資料作為補充。確定對應的降雨過程開始和結束時間。降雨過程的開始時間是以連續(xù)3日每日雨量≤1 mm后出現日雨量＞1 mm的時間;降雨過程的結束時間是山洪災害發(fā)生的時間(這里確定的是降雨過程統(tǒng)計時間，如災害發(fā)生后降雨仍在持續(xù)，災害會加重)。降雨過程時間確定后，在每次過程中依次查找并統(tǒng)計最大10 min、30 min、1 h、3 h、6 h、12 h、24 h雨量，過程總雨量及其每項對應的起止時間。如果過程時間長度小于對應項的時段跨度，則不統(tǒng)計(如降雨過程小于12 h，則不統(tǒng)計12 h、24 h最大雨量及其起止時間)，但過程雨量必須統(tǒng)計。

因影響臨界雨量的因素多，且各種因素的定量關系難以區(qū)分開，各次激發(fā)災害發(fā)生的雨量均不完全相同，因此區(qū)域內各站的臨界雨量也不盡相同。根據分析計算出的區(qū)域內各單站臨界雨量初值，來確定區(qū)域臨界雨量，這種方法稱為單站臨界雨量法。區(qū)域臨界雨量的取值不是一個常數，而是有一個變幅，變幅一般在Rtmin及Rt平均之間，也可適當外延，在該變幅內區(qū)域中達到臨界雨量的站點相對較多，但不是全部。只要降雨量在該變幅內，區(qū)域內就有可能發(fā)生山洪災害。臨界雨量變幅不能過大，否則對山洪災害防治意義不大。

本次分析共篩選出山洪災害過程10次，共收集鄉(xiāng)寧縣境內12個雨量站點1980～2009年的降雨量逐日、摘錄資料，并進行了分析整理，其中人工站雨量資料僅作為參考數據使用，分析成果見表1。

由于資料條件限制，本次典型區(qū)未采用區(qū)域臨界法計算臨界雨量，直接使用單站成果，今后再根據實際情況進行修定完善。

2.2 無資料山洪災害區(qū)域臨界雨量分析方法

對于無資料或資料比較缺乏，無條件作上述單站臨界雨量或區(qū)域臨界雨量分析的地區(qū)，臨界雨量的分析方法主要可采用內插法、比擬法、山洪災害實例調查法、災害與降雨頻率分析法等，以下主要闡述內插法和比擬法。

2.2.1 內插法

適用于在已分析過單站臨界雨量區(qū)域內有一些雨量站空白區(qū)(或有站但無降雨量實測資料)。依據是:降雨量的分布從氣候角度來看是空間連續(xù)的，臨界雨量雖與地質條件及氣象條件有關，但在典型區(qū)選取時，已限定區(qū)域內地質條件及氣象條件相差不大，因此，可以認為臨界雨量在典型區(qū)內也是連續(xù)的，可勾繪等值線。將各單站各時段臨界雨量填在對應的雨量站點位置，通過勾繪等值線圖的方法(每一個時段一張圖)，求出空白處山洪溝的臨界雨量，如果一條山洪溝有幾條等值線穿過，則需據等值線圖求出空白區(qū)平均值來確定臨界雨量。另外，當與選定典型區(qū)相鄰較近(一般區(qū)域間最近點距離不超過50 km)有雨量站(且有降雨實測資料)，繪等值線圖時應參考這些資料。

2.2.2 比擬法(地質、地貌及降水等條件綜合分析法)

適用于典型區(qū)之外確無資料條件作臨界雨量分析的區(qū)域或山洪溝，當這些區(qū)域的其它條件如地質條件(地質構造、地形、地貌、植被情況等)、氣象條件(地理位置、氣候特征、年均雨量等)、水文條件(流域面積、年均流量、河道長度、河道比降等)與典型區(qū)域某一條山洪溝較為相似時，可視為二者的臨界雨量基本相同。

鄉(xiāng)寧縣境內雨量站點稀少，資料系列短，加上山洪災害資料匱乏，山洪災害與暴雨同步資料缺少，內插法勾繪等值線圖有很大的難度。因此，本次分析未采用內插法。對于在典型區(qū)內無雨量站的小流域空白區(qū)，參照典型區(qū)最近雨量站臨界雨量;對于典型區(qū)以外的無資料流域，采用比擬法確定其臨界雨量指標。

3 小流域臨界雨量預警指標的確定

根據鄉(xiāng)寧縣的地理環(huán)境，結合編制方案技術大綱，全縣共確定重點防治小流域21個。對流域內有雨量站資料的采用單站臨界雨量分析成果，無雨量站的流域采用比擬法確定本流域的臨界雨量，各流域臨界雨量成果見表2。

表1 鄉(xiāng)寧縣典型區(qū)單站臨界雨量成果表mm

表2 鄉(xiāng)寧縣小流域臨界雨量成果表 mm

上表中不同時段臨界雨量均有一個變幅，將低值作為雨量準備轉移指標，將高值作為雨量立即轉移指標，在今后實際運用中修訂完善。

［1］全國山洪災害防治規(guī)劃山洪災害臨界雨量分析計算細則(試行).2003－12.

P333.2

B

1004－1184(2012)02－0158－03

2011－12－20

王云峰(1969－)，男，山西鄉(xiāng)寧人，工程師，主要從事水文水資源研究工作。