阜新市彰武縣山洪災害分析與預警評價

莊文新

(彰武縣水利事務服務中心，遼寧 彰武 123200)

0 引 言

彰武縣地處遼寧省西北部，東連法庫、康平兩縣，西隔饒陽河與阜蒙縣相鄰，南接新民，北依科爾沁左翼后旗和通遼的庫倫旗，位于E121°53′-122°58′，N42°07′-42°51′范圍。全境呈楓葉形，總面積3641km2，境地勢南低北高，中、南部為平原，東西丘陵，北部荒漠，總體呈“三沙、三丘、四平洼”的特征，分布有柳河、養息牧河、秀水河、饒陽河等河流，其中流域面積超過110km2的支流有19條。柳河呈西北-東南走向，年徑流量0.547億m3，境內河長約61.4km；養息牧河由4條支流匯流而成，年徑流量0.955億m3；秀水河流經法庫縣、四合城等地，年徑流量0.160億m3；饒陽河年徑流量0.487億m3，境內河長72.93km。

歷史上彰武縣山洪災害頻發，自建國以來有記錄的洪災就達到30余次，受災人口累計達到10萬多人。結合氣象站1956-2010年的氣象序列資料，多年平均降水量513.5mm，暴雨期比較集中，暴雨持續時間一般不超過24h，最大24h降雨記錄236.6mm，其中臺風、高空槽和華北氣旋等影響系統為形成暴雨的主要因素。一般地，洪水主要由暴雨產生，所以洪水主要發生在汛期，并且往往集中于幾次大洪水。一次洪水的歷時大約為24h，河流具有山區性陡漲陡落的特點，峰型以單峰為主，但不少大水年份，雙峰或多峰的型式也時有發生，連續兩次洪水的歷時一般為3-5d。

2020年，針對彰武縣阜新市水文局開展了山洪災害內業分析和外業調查工作，選取沿河80個易受山洪災害影響的集鎮、村落為重點調查對象，編制了山洪災害預警指標體系，客觀準確的評價了其山洪災害防御能力，有利于減少山洪災害損失，為及時有效的防御洪水災害提供信息支撐。

1 設計洪水推求方法

1)匯流時間τ。通過查取彰武縣水文分區確定匯流參數x、y，結合彰武縣地形圖測算河流長度L，對遼寧省河流名錄進行查閱或利用實測計算結果確定河流比降J，最后可利用下式計算匯流時間τ，即：

(1)

2)設計暴雨流量Qτ。設Q均為暴雨均值，可以利用分時段等值線圖查取暴雨均值Q均；設KF、Kp為折減系數和模比系數，依據暴雨深—面—時關系曲線查取KF值，利用偏差系數Cs和變差系數Cv值查表確定不同頻率模比系數Kp，統一Cs/Cv值為3.5，并在變差系數暴雨均值等值線圖內查取Cv值。采用下式計算不同時段設計暴雨量Qτ，即：

Qτ=Q均×QP×QF

(2)

3)面雨量強度i。設Qτ、P為不同設計頻率不同時段的降雨量，Q24，P、Q6，P、Q1，P、Q10m，P為不同設計頻率的24h、6h、1h、10min降雨量，n0、n1、n2為暴雨衰減指數，依據1998年版的設計暴雨洪水計算方法和P6,P/P24,P、P1，P/P6，P/P6，P、P10m，PP1，P值查附表確定暴雨衰減指數。采用下述公式計算面雨量強度i，即：

i=Qτ，P/τ

(3)

其中，設計頻率τ≤1h條件下，則有Qτ，P=Q1，P×τ1-n0；設計頻率1h<τ≤6h條件下，則有τ，P=Q24,P×24n2-1×6n1-n2×τ1-n1；設計頻率1h<τ≤6h條件下，則有τ，P=Q24,P×24n2-1×6n1-n2×τ1-n1。

4)設計洪峰流量Q設計。設ψP為洪峰徑流系數，各設計頻率的ψP值按照水文分區查表確定，F為防災對象的產匯流面積，i為面雨量強度。采用下式計算設計洪峰流量Q設計，其表達式為：

Q設計=0.278F×i×ψF

(4)

2 山洪災害分析與預警

2.1 斷面水位-流量關系

采用曼寧公式和控制斷面測量結果建立防災對象的水位-流量關系，其表達式為：

(5)

式中：A、J、R為過水斷面面積、水面線比降和水力半徑，其中比降J取河床比降，水力半徑R=A/P，P為濕周；n為河床糙率；Q為達標流量。

根據天然河道特征和典型類型，結合溝道實際情況及其特點，以相鄰流域水文站實測的濕周、面積、流量、水位等洪水資料為基礎，從天然河道糙率取值表內選取并用曼寧公式反推值校正，從而保證控制河段河床糙率值n的科學合理性[1]。

2.2 防洪能力確定

依據已建立的控制斷面水位-流量關系，利用防災對象成災水位推求相應的流量，結合洪峰流量設計成果計算成災流量的發生頻率，并以此為基準評價防災對象防洪能力[2]。可見，預警指標的準確性和防災對象的防洪能力在很大程度上取決于成災水位，在山洪災害分析與預警中成災水位的確定非常重要。

成災水位是指成災水面線對應控制斷面(即每個村落最先進水戶所在位置)的水位，也是山洪災害可能發生時沿河村落所對應的最低水位[3-4]。然而，由于現場調查過程中難以準確獲取最先進水戶，加上比較復雜的宅基地分布特點，現場很難精準確定成災水位，大多數要經過后期的計算確定。文章歸納總結了后期成災水位確定時可能會遇到的各種情況，并結合沿河村落分布特點提出以下意見。

1)若自然村中住戶的宅基較高，而雞舍、窩棚等非住戶建筑物防洪標準較低，則成災水位取最易受災的宅基地高程。

2)若沿河村落匯入河流較多，且村落受到每條河流的影響，必須評價分析和測量所有的河流，該村落的防洪能力和成災水位應按防洪能力偏低的河流確定。

3)若沿河村落河道兩岸有堤防，并且堤防發揮著連續保護的功能，則成災水位取堤防的高程；若未形成連續堤防，難以發揮有效的保護作用，則成災水位應按住戶確定。

2.3 成災雨量分析

假定設計洪水與設計暴雨具有相同的頻率，結合設計暴雨計算成果推求發生頻率所對應的降雨量，圖1反映了防災對象的設計暴雨洪水和山洪災害分析流程。

圖1 設計暴雨洪水與山洪災害分析流程

2.4 評價結果

以彰武縣沿河80個易受山洪災害影響的集鎮、村落為重點調查對象，并開展防洪能力分析和斷面測量。結合相關資料，將防災對象劃分成危險區、高危險區、極高危險區，統計整理沿河村落的成災頻率，并客觀評價其山洪災害防御能力，如表1所示。

表1 沿河村落

采用24h、6h、3h、2h、1h五種時段計算成災雨量，并以60%和80%的成災雨量作為防災對象告知雨量、警戒雨量。考慮到防災對象存在一定差異以及雨量空間分布不均的實際情況，防災能力與告知雨量、警戒雨量大小并不完全一致，各時段的告知雨量和警戒雨量也并非完全相同，但應保持相應的變化趨勢。彰武縣典型村屯的告知雨量和警戒雨量，如表2所示。

表2 典型村屯的告知雨量和警戒雨量表

3 山洪災害防治對策

為了確保蓄滯洪區的有效運行，有效降低區域水旱災害損失，堅持防災減災“三個轉變、兩個堅持”的新理念，對水閘、水庫等水利工程實行科學的調度，切實有效提升彰武縣山洪災害防御能力[5-7]。

1)完善山洪災害預防體系。彰武縣防汛工作的重點和薄弱環節是加強山洪災害防御，通過更新、改造、鞏固、完善已建監測預警系統以及加強防洪工程建設，切實提高山洪災害預警精度和監測預警覆蓋范圍，保證工程建設標準及災害綜合防御能力的全面提升。

2)提高預報預警能力。為進一步增強預警災害性天氣的能力，精細化預報山洪災害易發區和城市暴雨區，必須加強洪澇災害監測設施建設，及時發布高精準度的洪水預警信息，最大程度的延長預見期并爭取群眾安全轉移時間。

3)強化行業與城鎮防汛。加強各部門之間的合作、協調、溝通，實現有關信息的及時共享，為重要基礎設施(如輸油管道、通訊、電力、交通、城鎮)能夠安全度汛提供保障。應充分發揮地方武警主力軍和突擊隊作用，加強聯防聯控以做好防汛工作。

4)加強組織領導。各成員單位要各司其職、各防汛指要發揮中樞作用，通力合作形成合力，貫徹落實防汛責任制和行政首長防汛負責制，在防汛救災各環節貫徹落實責任制，以形成不留死角、不留空白的群防群控良好局面。

5)做好安全度汛工作。完善應急搶險預案和水庫調度運行方案，貫徹執行批復的調度方案，從根本上防止汛期超訊限水位的水庫運行。對柳河、饒陽河、養息牧河、秀水河等重要防洪河道，要抓住關鍵、強化風險、堅持守土，確保能夠安全度汛。此外，彰武縣各水管單位要貫徹落實防汛責任制，督促落實安全防范措施以保證防洪工程的安全運行。

4 結 語

根據2020年彰武縣山洪災害內業分析和外業調查成果，編制了山洪災害預警指標體系，并合理劃分危險區等級，客觀科學的評價分析其山洪災害防御能力，研究成果可為山洪災害群測群訪、防災意識的增強、人員轉移安置、預警預案編制等提供詳細科學的信息支撐。

文章以1998年出版的設計暴雨洪水計算方法為基準進行相關的計算分析，歷經20余年彰武縣氣候條件、下墊面情勢等出現了明顯改變，為了確保山洪災害預警的準確性，有必要適當修正書中的計算參數。新版發行時建議補充分析計算，對計算結果科學合理性進行驗證。