山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)要點(diǎn)及流程

主講人：李昌志

一 山洪災(zāi)害防御基本情況

山洪災(zāi)害點(diǎn)多面廣、發(fā)生頻繁，每年都造成重大人員傷亡和基礎(chǔ)設(shè)施、生態(tài)環(huán)境的毀滅性破壞，是世界各國山丘區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展都面臨的實(shí)際問題，加快山洪災(zāi)害防御、減少人員傷亡已成為山丘區(qū)防災(zāi)減災(zāi)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的迫切需求。為此，許多國家都針對(duì)山洪展開了大量防御工作。對(duì)于山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)，很多國家雖然沒有明確提出系統(tǒng)概念和項(xiàng)目，但也開展了大量實(shí)質(zhì)性工作。例如，美國研發(fā)了極具代表性的山洪預(yù)警指標(biāo)確定方法及平臺(tái)，在歐美國家和地區(qū)廣泛應(yīng)用，在東南亞和南美等地區(qū)也逐漸推廣；日本提出土壤雨量指數(shù)法、實(shí)效雨量法、匯流時(shí)間與降雨強(qiáng)度法、多重判別分析統(tǒng)計(jì)法等方法，確定滑坡及泥石流的臨界雨量；澳大利亞也在充分調(diào)研世界各國山洪預(yù)警成果，準(zhǔn)備建立自己的預(yù)警平臺(tái)；基于對(duì)山丘區(qū)山洪與泥石流危險(xiǎn)性等級(jí)的分析評(píng)價(jià)，奧地利將山丘區(qū)劃分為紅色、黃色、藍(lán)色、棕色和紫色5種區(qū)域，對(duì)土地利用進(jìn)行限制。

我國在山洪災(zāi)害防治方面開展了大量工作，2006年制定了《全國山洪災(zāi)害防治規(guī)劃》，2007—2009年開展了全國103個(gè)縣非工程措施建設(shè)試點(diǎn)工作，在此基礎(chǔ)上，2010—2012年開展了3年非工程措施建設(shè)，明確提出了系統(tǒng)開展山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)工作，2013—2015年編制了 《山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)技術(shù)要求》（下稱《技術(shù)要求》）和《山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)方法指南》（下稱《方法指南》），并在工作中實(shí)施。事實(shí)上，此前國內(nèi)也對(duì)山洪災(zāi)害進(jìn)行了一些研究，如在全國洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制試點(diǎn)項(xiàng)目中，以湖南涔水南支、湖北咸寧廈鋪河為例，對(duì)山丘區(qū)重點(diǎn)城集鎮(zhèn)山洪危險(xiǎn)區(qū)等級(jí)劃分和防洪能力進(jìn)行了探討；對(duì)山洪預(yù)警指標(biāo)確定方法進(jìn)行了更多探索，如實(shí)測(cè)雨量統(tǒng)計(jì)法、水位/流量反推法、暴雨臨界曲線法、水動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法等；采用降雨驅(qū)動(dòng)指標(biāo)值建立泥石流發(fā)生可能性的降雨警戒模式，將降雨警戒圖劃分為低可能發(fā)生、中可能發(fā)生以及高可能發(fā)生3個(gè)區(qū)域進(jìn)行預(yù)警；為了適用于多個(gè)小流域，目前亦有將分布式水文模型應(yīng)用于臨界雨量的研究。但在實(shí)際應(yīng)用層面，各地常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)方法確定山洪災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)，使得指標(biāo)的準(zhǔn)確性和預(yù)警效果存在很大的不確定性。

目前我國正在緊張地開展全國性的山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)，擬通過此項(xiàng)工作，摸清全國山洪災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)分布、各級(jí)危險(xiǎn)區(qū)人口與房屋分布、沿河村落（城集鎮(zhèn)）的現(xiàn)狀防洪能力、山洪災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)等關(guān)鍵信息，切實(shí)為下一步山洪災(zāi)害防治和山丘區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供支撐。鑒于此，以湖南省瀏陽市為例，簡(jiǎn)單介紹目前山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)的要點(diǎn)與流程以及相應(yīng)的內(nèi)容與成果。

二 山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)基本思路

本次山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)主要針對(duì)面積在200 km2范圍內(nèi)的山丘區(qū)小流域溪河洪水進(jìn)行，小流域暴雨洪水分析計(jì)算是分析評(píng)價(jià)的學(xué)科基礎(chǔ)。山洪因強(qiáng)降雨形成，具有短歷時(shí)、強(qiáng)降雨、大比降、小面積等特點(diǎn)，涉及降雨、產(chǎn)流、匯流以及洪水演進(jìn)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，在分析評(píng)價(jià)中應(yīng)當(dāng)注意小流域暴雨洪水分析計(jì)算在這些環(huán)節(jié)中應(yīng)關(guān)注的問題及其主要解決思路。具體而言，針對(duì)山丘區(qū)暴雨山洪的特點(diǎn)，對(duì)暴雨洪水計(jì)算中的蒸散發(fā)、洼蓄、基流等因素，應(yīng)進(jìn)行簡(jiǎn)化甚至省略，但對(duì)設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算中流域土壤含水量、前期降雨、土壤下滲動(dòng)態(tài)變化等通常被簡(jiǎn)化的因素，又應(yīng)進(jìn)行細(xì)化或者較為詳細(xì)的考慮。山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)對(duì)于暴雨洪水的主要考慮，總體上介于傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算與水文洪水預(yù)報(bào)之間。

山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)主要基于山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、工作底圖以及各地山洪災(zāi)害調(diào)查成果等3個(gè)主要方面的資料開展，分析評(píng)價(jià)的關(guān)鍵是沿河村落控制斷面水位—流量關(guān)系和高程—人口對(duì)應(yīng)關(guān)系的確定，評(píng)價(jià)要點(diǎn)包括小流域暴雨洪水特性分析、沿河村落（城集鎮(zhèn)）現(xiàn)狀防洪能力確定、危險(xiǎn)區(qū)等級(jí)劃分以及山洪災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)分析4項(xiàng)，按工作準(zhǔn)備、暴雨洪水計(jì)算、分析評(píng)價(jià)、成果整理4個(gè)階段進(jìn)行。其中，工作準(zhǔn)備主要包括分析評(píng)價(jià)名錄編制、資料評(píng)估與方法選擇、設(shè)計(jì)暴雨洪水試算、流域匯流時(shí)間分析等；設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算主要工作包括設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算、設(shè)計(jì)洪水計(jì)算、水位流量關(guān)系分析以及成果合理性分析等；分析評(píng)價(jià)基于小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算成果進(jìn)行，主要包括防災(zāi)對(duì)象的現(xiàn)狀防洪能力評(píng)價(jià)、危險(xiǎn)區(qū)等級(jí)劃分、預(yù)警指標(biāo)分析等；成果整理階段主要包括匯總整理分析計(jì)算成果、編制成果表、繪制成果圖、撰寫分析評(píng)價(jià)成果報(bào)告等。

三 分析評(píng)價(jià)具體流程（以瀏陽市為案例）

瀏陽市是湖南省直轄、長(zhǎng)沙市代管縣級(jí)市，土地總面積5 007 km2，轄4個(gè)街道、26個(gè)鎮(zhèn)、7個(gè)鄉(xiāng)；地處幕阜—羅霄山系北段，屬幕阜連云山丘區(qū)，由大圍山、連云山和九嶺山脈組成，另有丘陵、崗地和部分平原，山地占土地面積52.6%，丘陵占25.1%，崗地占7.9%，平原僅占13.1%，水面約占1%；瀏陽河、撈刀河、南川河3條主要河流發(fā)源并貫穿全市，有支流139條；屬近海內(nèi)陸地區(qū)，亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，春夏潮濕多雨，秋冬寒冷干爽，夏季多為東南風(fēng)，冬季轉(zhuǎn)偏北風(fēng)，熱量充足，雨量充沛，年降水量1457～2247mm，降雨量多集中在東北部山區(qū)，中部河谷盆地次之，西部盆地平原最小；土壤以壤土和黏土為主，含有少量沙土；有林地面積較大，大圍、連云、九嶺3個(gè)主要山脈為植被覆蓋，且覆蓋程度較高，約72%；暴雨形成山洪災(zāi)害頻率很大，每2～3年一次小洪災(zāi)，每4～5年一次大洪災(zāi)，50年左右即可出現(xiàn)一次特大洪澇災(zāi)害，具有發(fā)生頻次高、地區(qū)分布廣等特點(diǎn)。山洪災(zāi)害已成為影響瀏陽市山丘區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要因素之一，山洪災(zāi)害防治任務(wù)非常迫切和重要。

1.準(zhǔn)備工作

首先，在湖南省山洪災(zāi)害防治項(xiàng)目組和瀏陽市當(dāng)?shù)胤姥床块T指導(dǎo)下，充分考慮瀏陽市防洪減災(zāi)、地區(qū)發(fā)展規(guī)劃等實(shí)際需求的基礎(chǔ)上，篩選和確定了98個(gè)重要沿河村落為分析評(píng)價(jià)對(duì)象，該98個(gè)防災(zāi)對(duì)象分布于瀏陽市的19個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道），共有 4217人，1 161戶。

接著，對(duì)瀏陽市山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、工作底圖以及山洪災(zāi)害調(diào)查成果3個(gè)主要方面的資料進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估資料完整性、可靠性、一致性和可用性，并根據(jù)山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)關(guān)于水位—流量關(guān)系曲線及高程—人口關(guān)系曲線的要求，重點(diǎn)對(duì)沿河村落成災(zāi)水位、控制斷面、縱斷面、糙率取值依據(jù)、高程—人口關(guān)系等關(guān)鍵資料進(jìn)行相應(yīng)處理，得到了涉及計(jì)算的43個(gè)小流域和98個(gè)村落的全套資料。

然后，考慮歷史山洪發(fā)生情況、地理位置分布相對(duì)均勻、下墊面代表類型等因素，選擇了4個(gè)典型小流域及沿河村落，按照當(dāng)?shù)亓?xí)慣采用的推理公式法、納希瞬時(shí)單位線法、經(jīng)驗(yàn)單位線法及其參數(shù)，以及分布式流域水文模型法等進(jìn)行試算，確定計(jì)算方法。根據(jù)實(shí)際調(diào)查收集到的水文資料和歷史洪水資料，進(jìn)行試算和對(duì)比分析。結(jié)果表明，設(shè)計(jì)洪水部分可采用推理公式法進(jìn)行，預(yù)警指標(biāo)分析部分由于面臨很多復(fù)雜情況，且適時(shí)性要求較高，具體分析中采用了具有物理機(jī)理的分布式流域水文模型法，包含降雨、產(chǎn)匯、匯流以及演進(jìn)四個(gè)環(huán)節(jié)的完整過程，以便合理地對(duì)山洪過程進(jìn)行模擬，進(jìn)而反推雨量預(yù)警指標(biāo)。

最后，根據(jù)推理公式、坡面匯流+溝道匯流等方法，推算了每一個(gè)小流域的匯流時(shí)間。

2.設(shè)計(jì)暴雨洪水分析

設(shè)計(jì)暴雨分析針對(duì)小流域進(jìn)行。根據(jù)《技術(shù)要求》，依據(jù)《湖南省暴雨洪水查算手冊(cè)》（下稱《查算手冊(cè)》，湖南省水文局，2013），查算四種標(biāo)準(zhǔn)歷時(shí)（10分鐘、1小時(shí)、6小時(shí)和 24小時(shí)）的暴雨均值、Cv值及相應(yīng)的點(diǎn)面折減系數(shù)，求出5種典型頻率在標(biāo)準(zhǔn)歷時(shí)的設(shè)計(jì)面暴雨量，采用暴雨公式推算非標(biāo)準(zhǔn)歷時(shí)（主要指流域匯流時(shí)間）的暴雨；在此基礎(chǔ)上，參照《查算手冊(cè)》中提供的雨型分布信息，得到各小流域5種典型頻率以匯流時(shí)間為歷時(shí)的時(shí)程分布。根據(jù)《技術(shù)要求》，5種典型頻率為5年、10年、20年、50年和100年一遇。

設(shè)計(jì)洪水分析針對(duì)具體的沿河村落進(jìn)行。其內(nèi)容主要包括凈雨計(jì)算、典型頻率設(shè)計(jì)洪水洪峰流量計(jì)算、洪峰水位計(jì)算及合理性分析等。凈雨分析中，充分考慮了山洪災(zāi)害強(qiáng)降雨、短歷時(shí)的特點(diǎn)，在分析瀏陽市暴雨洪水特征及下墊面條件的基礎(chǔ)上，考慮以下因素進(jìn)行：①安全，根據(jù)山洪影響范圍最大危險(xiǎn)區(qū)能達(dá)到的范圍考慮；②前期降雨較為飽和；③逐時(shí)段扣除降雨損失；④流域植被覆蓋、土壤類型及其下滲特性以及土壤分布情況；⑤各時(shí)段扣除量與其雨強(qiáng)相關(guān)。求得凈雨后，主要采用推理公式計(jì)算典型頻率設(shè)計(jì)洪水洪峰流量，進(jìn)而根據(jù)調(diào)查所得的河道縱橫斷面地形資料，采用曼寧公式，并考慮了評(píng)價(jià)對(duì)象所處河段附近上下游微地形地貌、灘槽擴(kuò)寬與束窄、灘地死水區(qū)等因素對(duì)控制斷面有效過流面積的影響，推算相應(yīng)的洪峰水位。采用與歷史洪水資料或本地區(qū)調(diào)查大洪水資料比較、與區(qū)域洪峰模數(shù)/洪水流速比較、同一條河流上下游不同地點(diǎn)成果比較等方式進(jìn)行成果合理性分析。

通過分析所選擇4個(gè)典型小流域以匯流時(shí)間為歷時(shí)的5年、10年、20年、50年、100年一遇頻率暴雨強(qiáng)度，得知，常規(guī)頻率（P=20%，10%）下，以匯流時(shí)間為歷時(shí)的暴雨平均強(qiáng)度主要在25～35mm/h之間，中等頻率（P=5%）下，以匯流時(shí)間為歷時(shí)的暴雨平均強(qiáng)度主要在30～50mm/h之間，稀遇頻率（P=2%，1%）下，以匯流時(shí)間為歷時(shí)的暴雨平均強(qiáng)度主要在40～60mm/h之間。據(jù)此，采用推理公式簡(jiǎn)單推算，可知相應(yīng)的洪峰模數(shù)大致范圍在 7～9.5，8～14 以及 11～16。

根據(jù)設(shè)計(jì)洪水成果分析，就洪峰模數(shù)統(tǒng)計(jì)分析而言，針對(duì)100年一遇洪水，最大值和最小值分別為17.7和5.1，在8以下的為14個(gè)，占總村落數(shù)的14.3%；在8～12之間的為73個(gè)，占總村落數(shù)的74.5%；大于12的為11個(gè)，占總村落數(shù)的11.2%。針對(duì)50年一遇洪水，最大值和最小值分別為15.5和4.4，在8以下的為44個(gè)，占總村落數(shù)的44.9%；在8～12之間的為49個(gè)，占總村落數(shù)的50.0%；大于12的為5個(gè)，占總村落數(shù)的5.1%。這些成果有助于加深對(duì)小流域暴雨洪水特性的認(rèn)識(shí)。

3.現(xiàn)狀防洪能力評(píng)價(jià)

圖1 瀏陽市沿河村落雨量預(yù)警指標(biāo)分析成果（示例）

現(xiàn)狀防洪能力分析針對(duì)沿河村落進(jìn)行，包括現(xiàn)狀防洪能力確定和危險(xiǎn)區(qū)劃分兩方面內(nèi)容。現(xiàn)狀防洪能力確定需要分析成災(zāi)水位對(duì)應(yīng)的洪水頻率和統(tǒng)計(jì)各頻率洪水的淹沒人口、房屋等。現(xiàn)狀防洪能力分析是基于防洪對(duì)象控制斷面進(jìn)行的，因此，控制斷面水位流量關(guān)系的準(zhǔn)確性對(duì)計(jì)算結(jié)果有重要影響，另外，在分析各頻率洪水的淹沒人口時(shí)，應(yīng)將沿河村落分散的居民戶，按一定的方法統(tǒng)一投影到控制斷面，然后才能統(tǒng)計(jì)各頻率洪水的淹沒損失。

結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析得知，98個(gè)沿河村落中，約56個(gè)沿河村落的現(xiàn)狀防洪能力非常高，達(dá)100年一遇以上，受山洪災(zāi)害影響的概率不大；現(xiàn)狀防洪能力在5年一遇以下的有24個(gè)，在5～20年一遇的有7個(gè)，在20～100年一遇的有11個(gè)。極高危險(xiǎn)區(qū)為184人，高危險(xiǎn)區(qū)人口為169人，危險(xiǎn)區(qū)152人，分別占總?cè)丝诘?.36%、4.01%和3.6%。

4.預(yù)警指標(biāo)分析

預(yù)警指標(biāo)包括雨量預(yù)警指標(biāo)和水位預(yù)警指標(biāo)，根據(jù)瀏陽市防災(zāi)體系的特點(diǎn)和98個(gè)沿河村落與水文（位）站點(diǎn)的關(guān)系，確定以雨量預(yù)警指標(biāo)分析為主。山洪災(zāi)害雨量預(yù)警指標(biāo)分析需要根據(jù)沿河村落成災(zāi)水位確定臨界流量，進(jìn)而反推村落以上集水區(qū)的降雨量，是一項(xiàng)相對(duì)繁瑣的工作，需要不斷試算，最終求得洪峰流量正好與成災(zāi)流量相等時(shí)的降雨，作為最后求得的臨界雨量。分析中采用分布式流域水文模型法進(jìn)行分析計(jì)算，具體包括預(yù)警時(shí)段確定、土壤含水量計(jì)算、臨界雨量計(jì)算、預(yù)警指標(biāo)綜合確定及合理性分析等內(nèi)容。分析時(shí)，首先根據(jù)沿河村落所在流域的植被特點(diǎn)和土壤分布情況，參考《山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)指南》相關(guān)規(guī)定，確定了不同的土壤含水量條件；然后計(jì)算各種土壤含水量條件下的臨界雨量；最后，根據(jù)計(jì)算得到的臨界雨量，充分考慮山洪災(zāi)害強(qiáng)降雨、短歷時(shí)的特點(diǎn)，綜合給出2～3個(gè)典型時(shí)段的雨量預(yù)警指標(biāo)。圖1給出了土壤含水量一般和較濕情況下沿河村落雨量預(yù)警指標(biāo)分析的示例性成果。

從本次計(jì)算的臨界雨量成果看，根據(jù)土壤含水量一般情況 （前期含水量約50 mm），1小時(shí)的臨界雨量最小的只有16 mm，最大的90 mm，大部分位于30～40 mm之間；3小時(shí)的臨界雨量最小的只有26 mm，最大的161 mm，大部分位于50～70 mm之間。另據(jù)《全國山洪災(zāi)害防治非工程措施建設(shè)實(shí)施方案統(tǒng)計(jì)匯總成果》（2012年8月），湖南省瀏陽市37個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)山洪災(zāi)害預(yù)警區(qū)域的預(yù)警指標(biāo)如下：立即轉(zhuǎn)移——前期降雨（前3天）50 mm、40 mm/h、60 mm/3 h、75 mm/6 h、90 mm/12 h、150 mm/24 h。 本次分析成果與以上成果基本吻合。與以往預(yù)警指標(biāo)不同的是，針對(duì)每一個(gè)具體預(yù)警時(shí)段，本次預(yù)警指標(biāo)到達(dá)具體的沿河村落，不是區(qū)域級(jí)別的預(yù)警指標(biāo)，區(qū)域級(jí)別的預(yù)警指標(biāo)可以理解為該區(qū)域內(nèi)某一具體時(shí)段中最低或者較低值，需要在縣級(jí)平臺(tái)工作完善中進(jìn)一步處理。

四 山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)成果展望

由該實(shí)例可以看出，山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)工作有助于深入理解小流域的暴雨山洪特性，可以提供不同行政級(jí)別地區(qū)各重要沿河村落山洪災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)人口分布情況、現(xiàn)狀防洪能力、危險(xiǎn)區(qū)分布和預(yù)警指標(biāo)等核心信息，對(duì)各級(jí)行政單位山洪災(zāi)害防治預(yù)案修正和改進(jìn)、山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)及山洪監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)與完善、未來山洪災(zāi)害防御重點(diǎn)村落的識(shí)別等，都可以提供有效的信息支撐。

可以預(yù)見，隨著山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)工作的進(jìn)一步深入和拓展，全國山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)成果必將以飛躍式增加，將在更大尺度上、更深技術(shù)與信息層面為山洪災(zāi)害防治工作提供強(qiáng)有力的支撐。進(jìn)一步深入分析山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)成果的區(qū)域性分布規(guī)律、廣泛而深入地比較和吸收國內(nèi)外山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)與實(shí)際應(yīng)用的成果與經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于切實(shí)提高山洪災(zāi)害防治能力和保障山丘區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展是非常重要而又迫切的工作。