山洪災害分析評價方法論述

樓　駿　李少明　劉　勇

(1.浙江同濟科技職業學院，浙江 杭州　311231；2.杭州市水利規劃研究與科技推廣中心， 浙江 杭州　310016；3.天津大學水利工程仿真與安全國家重點實驗室， 天津　300072)

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山洪災害分析評價方法論述

樓駿1李少明2劉勇3

(1.浙江同濟科技職業學院，浙江 杭州311231；2.杭州市水利規劃研究與科技推廣中心， 浙江 杭州310016；3.天津大學水利工程仿真與安全國家重點實驗室， 天津300072)

本文基于水位-流量-人口關系的防洪能力評價方法和水位流量反推法的雨量預警指標分析，以樂清市山洪分析評價為例，給出了山洪災害分析評價流程。在大量調查工作的基礎上，提出了山洪災害分析注意事項及改進措施，對其他地區及以后的山洪災害分析、預警具有重要的參考價值。

山洪災害； 分析評價； 方法

近年來，山洪災害在中國呈頻發、易發、多發、重發的趨勢，具有分布廣、突發性強、成災快、季節性強、區域性明顯的特點，給人員和財產所造成的危害越來越嚴重，因此，開展山洪災害的防治意義重大。

目前，中國正在全國范圍內開展山洪災害調查，掌握山洪災害不同危險級別區域內的人口、房屋分布及沿河村落的防洪現狀，并以此調查數據為基礎，分析評價各沿河村落不同區域的防洪能力，為后期山洪災害防治、預警建設提供必要的數據支撐。其中，山洪災害分析評價是最主要的內容，本文以樂清市寺前村為例，詳細介紹了山洪災害分析評價中基于水位-流量-人口關系的防洪能力評價方法和基于水位流量反推法的雨量預警指標分析，并根據實際過程中發現的問題，提出相應的注意事項及改進措施。

1　山洪災害評價與分析

1.1基本流程

根據《山洪災害分析評價技術要求》，山洪災害分析評價要基于小流域暴雨洪水分析計算的基本原理與方法，充分利用山洪災害調查評價基礎數據和工作底圖、水文氣象資料及各地山洪災害調查成果等3個主要方面資料進行。

基本流程：?收集整理核對基礎數據和調查成果數據，并導入山洪災害調查評價數據終端；?暴雨洪水設計計算；?防洪現狀能力評價；?繪制危險區圖。

上述流程中，設計暴雨洪水計算方法比較成熟，可根據各省實際情況選擇方法。防洪現狀能力評價與預警指標分析的方法，是本文重點內容。

1.2基于水位-流量-人口關系的防洪能力評價方法

a.根據現場測量的橫斷面情況，選取最危險橫斷面為控制斷面。并根據曼寧公式繪制控制斷面的水位流量關系曲線，計算公式如下：

(1)

(2)

(3)

式中R——水力半徑，m；

A——過流面積，m2；

χ——濕周，m；

n——河道糙率；

v——流速，m/s；

Q——流量，m3/s；

J——河道坡降，取值如下。

J的取值范圍：①河道較順直，中間無陡坎、跌水現象時:

(4)

②河道較彎曲，中間存在陡坎、跌水現象時:

(5)

b.根據現場調查的防災對象人口高程分布關系，統計確定成災水位(及其他特 征水位)下的累計人口、戶數和房屋數。為統計人口-高程曲線，需要將所有房屋高程統一轉換至控制斷面所在高程，高程轉換公式：

(6)

式中H′——轉換后控制斷面所在高程,m；

H——外業調查所測實際高程,m；

Li——房屋所在橫斷面沿河道到控制斷面的長度,m，其中在控制斷面下游側房屋為正值，上游側為負值；

J——河道坡降。

成災水位定義為人口-高程曲線中最少人口所在高程，若低于控制斷面堤防高程，則取堤防高程。

c.根據現場調查的防災對象人口高程分布關系，統計各頻率設計洪水位下的累計人口、戶數和房屋數。各頻率的設計洪水位根據其對應的洪峰流量與河道控制斷面水位-流量關系曲線，采用插值法得到。

1.3基于水位流量反推法的雨量預警指標分析

雨量預警指標包括時段及其對應雨量兩個要素，具體表現為各個預警時段的臨界雨量，以及各預警時段的準備轉移雨量和立即轉移雨量。預警時段以分析對象上游集水區的匯流時間為最長時段，再選取2～3個比匯流時間小的典型預警時段得到。臨界雨量是指在一個流域區域內發生溪河洪水、泥石流等山洪災害時的降雨量和降雨強度。由于臨界雨量是從成災水位對應流量的洪水推算得到，故在數值上認為成災水位對應臨界雨量即為立即轉移的雨量指標。對于準備轉移指標，在臨界雨量基礎上根據準備轉移時間及洪水過程線綜合進行“折減”處理后得到。目前，國內確定臨界雨量的方法主要包括：統計歸納法、內插法、比擬法、水位反推法等。根據浙江省山洪實際情況和試點經驗，該次山洪災害以水位反推法確定雨量臨界指標。

水位反推法的基本分析思路如下：

a.根據成災水位，采用曼寧公式或水位流量關系等方法，推算出成災水位對應的流量。

b.在確定成災水位、預警時段以及土壤含水量分析計算的基礎上，考慮流域土壤含水量較干、一般及較濕等情況，根據設計暴雨洪水計算方法和典型暴雨時程分布，反算洪峰達到成災流量的各個預警時段的降雨量。

2　實例分析

樂清市位于浙江省東南沿海，背山靠海，行政隸屬溫州市。其西北部山區面積約占樂清市面積的72%，地勢陡、河源短、流速快，歷來是溫州地區山洪災害的重災區。經對部分資料整理后，初步確定西北部大荊鎮、仙溪鎮的80個山丘區沿河村落為此次山洪災害調查與分析評價的對象。下面以寺前村為例對此次樂清市山洪災害分析評價中的方法流程進行說明。

通過現場入戶調查、河道斷面測量導入山洪災害調查評價數據終端，得到寺前斷面設置及上下游衛星地貌圖。寺前控制斷面水位-流量-人口對照關系和防洪現狀能力評價圖見圖1和圖2。

圖1　寺前控制斷面水位流量人口對照關系

圖2　寺前村防洪現狀能力評價

對于寺前村選取了1h、2h、3h三個預警時段，設計暴雨計算采用浙江省暴雨圖集法，將立即轉移指標的85%作為準備轉移指標，最終所得預警指標見下表，預警指標成果圖見圖3。

寺前村臨界雨量預警指標表

圖3　寺前村預警指標成果

3　改進與注意之處

通過對樂清市80個沿河村落的山洪災害調查與分析評價，發現個別環節存在需要改進和注意之處。

3.1建議改進之處

a.在遇到彎折段河道時，房屋高程轉換過程中Li的取值問題，見圖4。橫斷面1與橫斷面2交叉區域的房屋的Li會存在分歧，必然會對人口-高程曲線造成影響，故而對于多彎曲段河道、地勢突變的沿河村落該防洪能力評價方法有待改進。建議按保守的原則進行抉擇：即選擇兩個需要抉擇的橫斷面上游側橫斷面到控制斷面的河道長度作為Li，圖4中案例，可按橫斷面1到控制斷面的Li取值。

圖4　某村衛星地貌

b.沿河村落的防洪能力評價實質上屬于三維問題，該防洪能力評價方法是以控制斷面為基礎的，控制斷面的選擇對分析結果影響較大，而控制斷面的選擇在實際調查中有一定隨機性，故而控制斷面定位時需要相當謹慎。

c.防洪能力評價方法中，沿岸的房屋原則上應當使用洪水水面坡降進行高程轉換，這里以較為方便測量的河底坡降作為轉換參數會略有誤差，尤其是多彎折段河道，凹岸側往往會有雍水現象，應用上述方法偏于危險，因此，對于歷史洪痕比較明顯的村落，建議優先使用歷史洪痕坡降作為J，若使用河底坡降作為J時，建議對凹岸側的房屋在高程轉換時，位于控制斷面上游側的房屋J可乘以略大于1的系數，在控制斷面下游側的房屋J可微乘以略小于1的系數。

d.預警指標是在成災水位、預警時段及土壤含水量的基礎上分析的，因此，對于上述三者取值時應當謹慎。對于土壤含水量的計算，若資料缺乏，可采用前期降雨對流域土壤含水量進行估算，推薦采用流域最大蓄水量估算法。

3.2注意之處

a.控制斷面即最危險的橫斷面選取，關系到分析評價的質量，選取時應謹慎，尤其注意橋梁、堰壩等阻水處。

b.房屋高程在進行轉換時，若河岸后排房屋高程低于前排房屋，應將后排房屋高程按照前排房屋的高程進行轉換。

c.預警指標分析中，準備轉移指標是在立即轉移指標基礎上折減所得，在折減過程中應考慮河谷形態、洪水上漲速度、預警響應時間等因素，出現不利情況時可略微增大折減系數。

4　結　語

本文以樂清市山洪分析評價為例，對山洪災害評價與分析的流程做簡要敘述，并給出了基于水位-流量-人口關系的防洪能力評價方法和基于水位流量反推法的雨量預警指標分析。通過對樂清市大量的山洪災害調查與分析評價，從房屋高程轉換參數Li的取值問題、控制斷面的選取、防洪能力評價中坡降J的取值及預警指標，提出了建議改進和注意之處，對其他地區及以后的山洪災害分析、預警具有重要的參考價值。

[1]程衛帥.山洪災害臨界雨量研究綜述[J].水科學進展,2013,24(6):901-907.

[2]葉勇,王振宇,范波芹.浙江省小流域山洪災害臨界雨量確定方法分析[J].水文,2008,28(1):56-58.

[3]李中平,張明波.全國山洪災害防治規劃降雨區劃研究[J].水資源研究,2005,26(2):32-34.

[4]孫林，蔡曉永,楊喬仙.麒麟區山洪災害監測預警系統建設初探[J].中國水能及電氣化,2013(12):51-53.

[5]孫丹丹.北京市門頭溝區山洪災害防御體系建設[J].水利建設與管理，2014(1):81-83.

On analysis and evaluation methods of mountain torrent disaster

LOU Jun1, LI Shaoming2, LIU Yong3

(1. Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology , Hangzhou 311231, China;2.HangzhouWaterResourcesPlanningResearchandTechnologyPromotionCenter,Hangzhou310016,China;3.TianjinUniversityStateKeyLaboratoryofHudraulicEngineeringSimulationandSafty,Tianjin300072,China)

In the paper, the mountain torrent analysis and evaluation of Leqing are adopted as examples for providing mountain torrent disaster analysis and evaluation process, which based on the flood control capacity evaluation method of water level back-stepping method. Precautions and improvement measures in mountain torrent disaster analysis are proposed after a large number of field works. It has important reference value for future mountain torrent disaster analysis and early warning in other areas.

mountain torrent disaster; analysis and evaluation; methods

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.08.014

TV212.5+3

A

1005- 4774(2016)08- 0059- 04