河南省山洪災害分析評價概述

程艷濤 劉大川 羅清元

摘 要：河南省山洪災害分析評價主要在全省79個縣、7.82萬km2的山洪災害防治區，按照10～50km2劃分小流域，以小流域為單元，開展山洪災害基本情況、小流域基本特征、水文、社會經濟等情況的調查，綜合分析沿河村落和城鎮的防洪現狀，以村為單元劃定危險區，科學確定預警指標和閾值，為及時準確預警和災害防御提供基礎支撐。

1 分析評價背景

依據《全國中小河流治理和病險水庫除險加固、山洪地質災害防御和綜合治理總體規劃》、《全國山洪災害防治項目實施方案》（2013～2015年）和《河南省山洪災害防治項目實施方案》（2013～2015年），山洪災害防治項目主要開展山洪災害防治非工程措施（山洪災害調查評價、已建非工程措施補充完善）和重點山洪溝治理兩大方面的建設任務。

通過開展山洪災害分析評價，深入分析山洪災害防治區暴雨特性、小流域特征、社會經濟和歷史山洪災害情況，分析小流域洪水規律，評價山洪災害重點防治區內沿河村落、集鎮、城鎮的現狀防洪能力，劃分不同等級危險區，科學確定預警指標和閾值，為及時準確發布預警信息、安全轉移人員提供基礎支撐。山洪災害分析評價范圍為《全國中小河流治理和病險水庫除險加固、山洪地質災害防御和綜合治理總體規劃》中確定的我省7.82km2的山洪災害防治區，涉及13個地級市、79個縣（市、區）。2013年度山洪災害防治建設任務分析評價14個縣，2014年度建設任務分析評價33個縣，2015年度建設任務分析評價32個縣。

2 技術路線

山洪災害分析評價工作基于基礎數據處理和山洪災害調查的成果，針對沿河村落、集鎮和城鎮等具體防災對象開展，按主要包括暴雨洪水計算、分析評價、預警指標。暴雨洪水計算階段。假定暴雨洪水同頻率，根據指定頻率，選擇適合當地實際情況的小流域設計暴雨洪水計算方法，對各防災對象所在小流域進行設計暴雨分析計算，對相應的控制斷面進行設計洪水分析計算，得到控制斷面各頻率的洪峰流量、洪量、上漲歷時、洪水過程以及洪峰水位，采用概化法與目測法等方法確定河谷形態，分析水位流量關系曲線類型，并分析和論證計算成果的合理性。分析評價階段。基于小流域設計暴雨洪水計算的成果，進行沿河村落、集鎮和城鎮等防洪現狀評價、預警指標分析等分析評價工作。雨量預警指標可采用經驗估計、降雨分析以及模型分析等方法進行分析確定。基本方法是根據成災水位反推流量，由流量反推降雨。水位預警指標采用洪水演進方法和歷史洪水分析方法進行分析確定。

3 設計暴雨計算

設計暴雨計算所涉及的小流域指防災對象控制斷面以上或以其下游不遠處為出口的完整集水區域。設計暴雨計算是無實測洪水資料情況下進行設計洪水計算的前提，也是確定預警臨界雨量的重要環節，計算內容包括確定和分析小流域時段雨量、暴雨頻率和暴雨時程分配。

3.1 暴雨歷時確定

暴雨歷時分析是根據流域大小和產匯流特性，確定小流域設計暴雨所需要考慮的最長暴雨歷時及其典型歷時。暴雨歷時分析包括流域匯流時間、常規標準歷時和自行確定歷時3類。根據河南省設計暴雨分析計算的經驗以及長期以來的應用實際，本項目暴雨歷時選定為1 小時、3小時、6小時、流域匯流時間、24小時等時段的設計暴雨，因此這樣選擇是十分合理的。流域匯流時間的確定：根據小流域地貌單位線底寬確定，取整數，例如大于5小時、小于6小時取6小時，以此類推。

3.2 暴雨頻率確定

分析評價計算暴雨的頻率為5年一遇、10年一遇、20 年一遇、50年一遇、100 年一遇 5 種。

3.3 設計雨型確定

采用《河南省暴雨圖集》提供的方法確定設計暴雨雨型，開展時程分配計算。

3.4 計算方法

由于計算單元均位于河南省山丘區，不僅沒有流量資料，基本雨站也極少;即使有雨量站，也缺乏長系列的觀測資料。因此在本項目設計暴雨分析計算時，采用《河南省暴雨圖集》提供的基礎資料和方法，完全能夠滿足《山洪災害調查技術要求》。利用GIS和河南省1：50000矢量圖層，將小流域圖層、《河南省暴雨各類圖集》暴雨特征分布曲線疊加在矢量圖層上。以每個小流域形心為特征點，提取各類暴雨參數值。

4 設計洪水分析計算

設計洪水分析中，假定暴雨與洪水同頻率，即5年一遇、10年一遇、20年一遇、50年一遇、100年一遇5種，基于設計暴雨成果，以沿河村落、集鎮和城鎮附近的河道控制斷面為計算斷面，進行各種頻率設計洪水的計算和分析，再根據控制斷面的水位流量關系，將洪峰流量轉化為水位，并分析水位流量關系曲線類型，為現狀防洪能力評價和預警指標分析提供支撐。

4.1 產流計算

產流計算可以采用水文比擬法、暴雨圖集中產流方案、初損后損法、蓄滿產流模型（新安江）等方法。

4.2 匯流計算

根據山洪的特點，匯流計算成果主要包括洪峰流量、洪量、上漲歷時、洪水歷時。可以采用經驗公式法、地貌單位線法、水文比擬法、洪峰模數法、水面線法、分布式模型等方法。匯流計算時依據的設計暴雨時段為1、3、6、24、匯流時間5種時段，計算時段為30分鐘。

4.3 水位流量關系計算及設計水位分析

4.3.1 水位流量關系計算

采用水位流量關系或曼寧公式等水力學方法，將沿河村落、集鎮和城鎮河道控制斷面設計洪水洪峰流量轉換為對應的水位，繪制水位流量關系曲線。

根據本次量算的河道斷面資料，計算出河道坡降及控制斷面水力參數，采用曼寧公式推求控制斷面水位流量關系，計算公式為：

Q=×A×R2/3×J1/2

式中：Q—流量（m3/s）;

n—河床糙率;

A—相應水位過水斷面面積（m2）;

R=A/X ;R—水力半徑（m），X—濕周（m）;

J—水力坡降。

根據該方法可以分析計算出每個斷面的水位流量關系曲線。

4.3.2 各頻率設計洪水洪峰流量的相應水位推求

根據已經計算獲取的各頻率設計洪水洪峰流量，在水位流量關系曲線上可以查得相應水位。

4.4 防洪現狀評價

防洪現狀評價是在設計洪水計算分析的基礎上，分析沿河村落、集鎮和城鎮等防災對象的現狀防洪能力，為山洪災害防御預案編制、人員轉移、臨時安置等提供支撐。現狀防洪能力分析主要內容是沿河村落、集鎮和城鎮等防災對象成災水位對應洪峰流量的頻率分析，并根據需要輔助分析沿河道路、橋涵、沿河房屋地基等特征水位對應洪峰流量的頻率，綜合評價現狀防洪能力。

5 預警指標分析

預警指標包括雨量預警指標與水位預警指標2類，分為準備轉移和立即轉移兩級。雨量預警通過分析不同預警時段的臨界雨量得出。臨界雨量指導致一個流域或區域發生山溪洪水可能致災時，即達到成災水位時，降雨達到或超過的最小量級和強度，降雨總量和雨強、土壤含水量以及下墊面是臨界雨量分析的關鍵因素;基本分析思路是根據成災水位，采用比降面積法、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值，再根據設計暴雨洪水計算方法和典型暴雨時程分布，反算設計洪水洪峰達到該流量值時，各個預警時段設計暴雨的雨量。水位預警指標包括立即轉移水位和準備準以水位。對應于立即轉移水位和準備轉移水位的雨量預警指標分別為立即轉移雨量和準備轉移雨量預警指標。

作者簡介：程艷濤（河南省水文水資源局 河南鄭州 450003）;

程艷濤（1983.10），男 漢族 河南南陽人 學歷：研究生 職稱：工程師，從事水文水資源工作。