休寧縣城區(qū)洪水影響調(diào)查評價與預(yù)警閾值分析

李立州

(黃山水文水資源局，安徽 黃山 245000)

1 背 景

休寧縣位于安徽省最南端，與浙、贛兩省交界，全縣總面積2151km2，轄9鎮(zhèn)12鄉(xiāng)、190個行政村，總?cè)丝?7.4萬。休寧縣城(海陽鎮(zhèn))位于縣境東北部，休屯盆地西端。城區(qū)地面高程范圍為140～170m，其中心為山丘高地，東、北兩面較高，西、南兩面最低。橫江、夾溪河在縣城西部交匯，縣城具有南臨橫江、西瀕夾溪河、外圍四周群山環(huán)抱的山間河谷盆地特點。橫江主河道全長69.8km，流域面積997km2，其中休寧城區(qū)以上流域面積869km2，橫江主要支流情況見表1。橫江流經(jīng)休寧城區(qū)，經(jīng)萬安、梅林、新潭至屯溪與率水交匯注入新安江[1]。

表1 橫江主要支流

歷史上，休寧縣曾多次遭受暴雨洪水的襲擊，給居民生產(chǎn)生活造成很大影響。結(jié)合實地調(diào)查及萬安壩水文站實測資料統(tǒng)計，近百年來休寧縣發(fā)生的大洪水有1898年、1959年、1969年、1996年洪水，其中“1996·6·30”洪水為實測。洪水從大到小的排序為1898年、1969年、1996年、1959年，洪澇災(zāi)害統(tǒng)計情況見表2。2013年以來，休寧縣政府投入資金對橫江城區(qū)段進行了河道綜合治理，左岸建了濱江道及生態(tài)護堤，提高了城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)，城區(qū)現(xiàn)有防洪標(biāo)準(zhǔn)基本達(dá)到20年一遇。但由于城區(qū)內(nèi)流入橫江的部分支流地勢較低，支流兩岸低洼處建有不少民房，其防洪標(biāo)準(zhǔn)大多在20年一遇以下，休寧城區(qū)下游重鎮(zhèn)萬安鎮(zhèn)防洪標(biāo)準(zhǔn)低于20年一遇。休寧城區(qū)至今未確定警戒水位，洪水來臨時憑經(jīng)驗處置。為更好地為休寧城區(qū)及下游防洪做好服務(wù)，減輕洪水災(zāi)害帶來的損失，2019年黃山水文局組織力量對休寧縣城區(qū)及萬安鎮(zhèn)進行山洪影響調(diào)查及預(yù)

表2 休寧縣歷史洪澇災(zāi)害統(tǒng)計

警閾值評價分析，其成果可為防汛決策提供信息支撐。

2020年進入主汛期以來，受連續(xù)多輪強降雨影響，長江中下游干流附近及兩湖水系等水位持續(xù)暴漲，防汛形勢異常嚴(yán)峻，山洪災(zāi)害防治也顯得格外重要。進行山洪影響調(diào)查和預(yù)警閾值分析，可以明確受評價對象的現(xiàn)狀防洪能力，并針對可能的山洪災(zāi)害提前作出預(yù)警，避免人員傷亡，減少財產(chǎn)損失。

1.1 水文氣象特征

休寧縣地處中緯度地帶，屬北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，氣候溫和，四季分明，熱量豐富，雨量充沛，無霜期長，冷熱季節(jié)交替明顯。全年多為東北偏東風(fēng)，冬季多東北風(fēng)，夏季為西南風(fēng)。一般6月中旬進入梅雨季，7月上旬出梅，歷時20多天，多年平均梅雨量364.5mm，年平均氣溫16.2℃，最高氣溫41.3℃,最低氣溫-7.0℃，年平均降雨量1695.0mm，年平均無霜期231天，年平均日照時數(shù)為1931h。

休寧橫江洪水主要由降水形成，洪水的季節(jié)特點、時空變化與流域降雨特點一致。每年3—5月有洪水發(fā)生，但一般峰量不大，6—7月的梅雨季節(jié)是該流域的主要洪水季節(jié)。由于降水總量大、暴雨強度大、流域坡度大、河流比降大，使流域洪水具有四大、兩快、一短的特征，即洪水的流速大、沖刷力大、含沙量大和破壞力大，洪水過程漲得快、落得快，洪水過程歷時短。漲水歷時短的幾小時，長的十幾小時，洪水總歷時3天左右。

1.2 主要水工建筑物

萬安壩位于橫江休寧縣城段(東經(jīng)118°11′42″，北緯29°46′41″)，由固定壩、翻板壩和放空閘組成。固定壩壩頂高程139.0m，該壩為水力自控帶液壓輔助同步雙驅(qū)翻板閘門，大壩總長206.0m，共布置29扇閘門，每扇高2.5m、寬6.0m，最高蓄水位為141.5m。放空閘1孔，單孔凈寬8.0m，布置1扇高5.5m、寬8.0m的液壓啟閉弧形門。總庫容為240.5萬m3，其中興利庫容為125.0萬m3。因萬安壩為休寧縣橫江公園景觀工程的配套項目，正常情況下萬安壩蓄水位保持在正常蓄水位141.5m，只有在汛期需要行洪時才將29扇閘門開啟。

1.3 重要建筑物

萬安古鎮(zhèn)坐落于休寧縣城東側(cè)，緊靠橫江，北依慈張公路和皖贛鐵路，交通便利。古鎮(zhèn)建于隋朝末年，曾為古徽州重要的水運碼頭之一，現(xiàn)為萬安鎮(zhèn)人民政府駐地。古鎮(zhèn)中心的萬安老街有人民教育家陶行知先生童年啟蒙館。古鎮(zhèn)東側(cè)有建于明嘉靖初年的古城巖(即萬安山)，為安徽省重點文物保護單位，內(nèi)有“古城塔”“汪王故宮”“朱元璋避難洞”和金聲“煉心石”等遺址，其中古城塔為縣級重點文物保護單位。

2 調(diào)查布局

本次調(diào)查居民宅基高程以小型飛機航測方式獲取，覆蓋了中心城區(qū)全境，后臺依據(jù)航拍成果提取每一個建筑物的房屋基礎(chǔ)高程，同時對企事業(yè)單位、學(xué)校、醫(yī)院進行實地校驗，河流縱斷面通過實測橫江獲得。由于休寧縣在近年來對橫江河道進行了綜合治理和濱江道建設(shè)，過去沿橫江所建的老建筑拆除較多，歷史洪水遺留痕跡少，調(diào)查取證困難。濱江道建設(shè)以來，基本未發(fā)生超防洪規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)的洪水，沿河新建建筑物上留下洪痕極少。本次重點調(diào)查了“2017·6·4”洪水和“2019·6·21”洪水。“2017·6·4”洪水采集到洪痕1處；“2019·6·21”洪水未漫過護堤，萬安壩以上區(qū)域沒有采集到洪痕，但有休寧(上)水位站實測水位，另在休寧站下游的萬安古鎮(zhèn)調(diào)查到的幾處洪痕。同時考慮城市防洪工程實際，測量了沿河堤防軌跡，測量成果見圖1，主要建筑物高程為147.339～166.298m。

圖1 高程測量影像

3 防洪影響評價

3.1 計算代表斷面及水位-流量關(guān)系

1987年原徽州地區(qū)水文分站在休寧城區(qū)萬安壩上游設(shè)立萬安壩水文站，觀測至2004年撤銷，收集有13年的水文資料。但由于歷史的變遷，萬安水文站原有的水位-流量關(guān)系已與現(xiàn)狀河道行洪條件不符，故不予直接采用。2016年1月，黃山水文局在萬安壩下游設(shè)立防汛專用站——休寧水文站，站址在休寧縣城與萬安鎮(zhèn)交界處(東經(jīng)118°12′14″，北緯29°47′23″)，集水面積869km2，休寧水文站以上流域水系見圖2。該站測驗河段上下游2.3km范圍基本順直，斷面主槽河床質(zhì)為卵石和巖石，斷面沖淤變化小，水草生長影響小。主槽寬約120m，右岸為自然斜坡，左岸為漿砌塊石防洪護岸。基本斷面下游300m處有淺灘，對低水起一定控制作用，下游約400m處有彎道，對中高水起控制作用，水位-流量關(guān)系比較單一，故選擇休寧水文站為計算代表斷面。該站2019年測驗河段平面分布見圖3，實測水位-流量關(guān)系見圖4。

圖2 休寧水文站以上流域水系

圖3 休寧站測驗河段平面分布

圖4 休寧站水位-流量關(guān)系

3.2 水面線

橫江休寧段經(jīng)過河道綜合治理后未發(fā)生過漫堤洪水，未能在建筑物上調(diào)查到現(xiàn)狀河道條件下的洪痕，但在萬安壩上、下游分別設(shè)立的休寧(上)水位站、休寧水文站，有近幾年現(xiàn)狀河道條件下的自動監(jiān)測水位資料，記錄有洪水期間的完整水位變化過程，可作為推算城區(qū)水面線的依據(jù)，休寧水文站和休寧(上)水位站2019年6月1日至8月1日水位過程線見圖5。由圖5可知，平水期休寧主城區(qū)水位主要受萬安壩控制，正常蓄水位為141.50m，與此對應(yīng)的休寧(上)水位為141.75m左右。大水期間，萬安壩翻板閘門全部開啟后，休寧(上)水位與休寧水文站水位落差約為4.60～5.20m，平均4.80m。另據(jù)原萬安壩水文站、休寧水文站人工觀測資料分析推算，休寧城區(qū)萬安壩以上段水面比降約為0.6‰，萬安壩下游段約為0.9‰。洪水期間休寧城區(qū)水面線可以依據(jù)休寧水文站、休寧(上)水位站及人工觀測水面比降推算。

圖5 休寧水文站與休寧(上)水位站過程線

3.3 成災(zāi)水位、警戒水位

基于房屋基礎(chǔ)高程、沿河洪痕投影結(jié)果，綜合考量典型洪水“2019·6·21”水面線、河道縱斷面、河道護岸等因素，依照短板效應(yīng)原則確定成災(zāi)水面線。計算代表斷面選擇休寧水文站，并以休寧水文站代表斷面確定成災(zāi)水位。

3.3.1 薄弱點考證

根據(jù)實地考察，休寧縣中心城區(qū)橫江左岸為石砌防洪墻，防洪墻內(nèi)為道路及居民住房等，右岸基本為山體、樹林等，兩岸農(nóng)業(yè)耕地極少，產(chǎn)量低，故防洪薄弱點不考慮農(nóng)業(yè)耕地，只對居民住房高程進行分析。

成災(zāi)水面線可以直接依據(jù)房屋基礎(chǔ)高程與洪痕雙投影結(jié)果，找出地勢較低會被先淹沒的點再根據(jù)洪水水面線確定，指定代表斷面上成災(zāi)水面線的值即為成災(zāi)水位。

休寧縣中心城區(qū)橫江左岸大部分河段建設(shè)了防洪堤，右岸基本為山體,防洪標(biāo)準(zhǔn)相對較高。結(jié)合休寧縣中心城區(qū)沿岸堤防實際調(diào)查情況，休寧水文站下游的萬安古鎮(zhèn)防洪標(biāo)準(zhǔn)較低，防洪薄弱點在防洪墻終點(起點距約8000m處)及下游部分地區(qū)。詳細(xì)多要素對照圖見圖6。

圖6 休寧中心城區(qū)多要素綜合對照

根據(jù)實地調(diào)查獲知，在休寧水文站下游480m處的古老護堤高程較低，但這里居民住戶房屋基礎(chǔ)高程普遍高于老護堤，此處非防洪薄弱處。其下游河道交匯處為萬安古鎮(zhèn)，沿河河堤、古街、住戶地勢較低，為防洪薄弱點，見圖7，據(jù)此河堤高程、住戶房屋高程推算確定警戒水位、成災(zāi)水位。

圖7 休寧城區(qū)堤防薄弱點

經(jīng)調(diào)查，“2017·6·4”洪水漫過護堤，但未淹至居民房屋。根據(jù)休寧水文站水位與實測洪痕點，繪制“2017·6·4”洪水水面線、休寧水文站下游左岸護堤示意圖，見圖8。圖中起點距0～480m為新建護堤，起點距480m以下為萬安鎮(zhèn)老街古河堤。

圖8 “2017·6·14”洪水水面線、河堤示意圖

3.3.2 特征水位確定

洪水位到薄弱處堤頂(高程139.00m)開始預(yù)警，洪水位到居民房基(高程139.90m)即成災(zāi)。根據(jù)薄弱處的預(yù)警水位、成災(zāi)水位，結(jié)合“2017·6·4”洪水水面線，推算確定休寧水文站成災(zāi)水位為140.50m、警戒水位為139.60m。

休寧水文站2019年實測最高洪水位為139.47m，經(jīng)調(diào)查，本場洪水休寧城區(qū)低洼處不僅未受淹沒，且路面比洪水位高出約十幾厘米，低洼處房屋基礎(chǔ)一般又高出路面幾十厘米，說明警戒水位確定為139.60m、成災(zāi)水位為140.50m比較合理。

3.4 設(shè)計暴雨、設(shè)計洪水

3.4.1 設(shè)計暴雨

休寧縣城以上流域面積較大，設(shè)計暴雨計算選取巖前、儒村、蘭田3個長系列雨量站作為代表站進行。分別對其最大1h、最大3h、最大6h、最大12h和最大24h降雨量進行頻率計算，P=10%和P=5%的計算結(jié)果見表3。

表3 設(shè)計暴雨計算成果 單位：mm

由表3可知，3個雨量站中各時段同頻率雨量儒村較大，巖前較小，但相對誤差很小，因此取3個雨量站平均值作為區(qū)域計算成果。10年一遇預(yù)警雨量分別為：最大1h降雨量為55.9mm，最大3h降雨量為89.7mm，最大6h降雨量為124.6mm，最大12h降雨量為157.3mm，最大24h降雨量為198.4mm；20年一遇預(yù)警雨量分別為：最大1h降雨量為62.3mm，最大3h降雨量為99.1mm，最大6h降雨量為138.8mm，最大12h降雨量為174.9mm，最大24h降雨量為221.3mm。

3.4.2 設(shè)計洪水

休寧水文站是新建站點，資料系列短，但在其上游萬安壩處曾設(shè)有萬安壩水文站，收集有13年的水文資料。《休寧縣橫江海陽段水環(huán)境綜合治理工程初設(shè)文本》依據(jù)實測資料、調(diào)查洪水、水文比擬等多種方法進行分析推算，成果見表4。萬安壩水文站與休寧水文站之間沒有區(qū)間入流，流域面積相同，本報告中的休寧水文站設(shè)計洪水直接采用其成果。

表4 休寧海陽段設(shè)計洪水成果

4 風(fēng)險評價

4.1 預(yù)警、成災(zāi)重現(xiàn)期

由成災(zāi)水位140.5m、警戒水位139.6m，通過查休寧站水位-流量關(guān)系線的方法，得到相應(yīng)的成災(zāi)流量、預(yù)警流量分別為2770m3/s、2100m3/s,相應(yīng)洪水重現(xiàn)期分別為20年、10年。

4.2 成災(zāi)水位合理性分析

根據(jù)休寧站成災(zāi)水位、休寧(上)與休寧水文站水位差，推算休寧(上)相應(yīng)成災(zāi)水位約為145.3m，再由萬安壩上游段水面比降推算相應(yīng)的萬安壩水文站成災(zāi)水位約為143.8m,與《休寧縣橫江海陽段水環(huán)境綜合治理工程初設(shè)文本》中萬安壩水文站20年一遇設(shè)計洪水位計算成果相一致，成災(zāi)水位確定合理。

4.3 預(yù)警雨量閾值

根據(jù)預(yù)警流量重現(xiàn)期10年，用3個代表站同頻率設(shè)計暴雨平均值作為預(yù)警雨量[2]，得各時段預(yù)警雨量閾值分別為：1h雨量達(dá)到55.9mm時、3h雨量達(dá)到89.7mm時、6h雨量達(dá)到124.6mm時、12h雨量達(dá)到157.3mm時或24h雨量達(dá)到198.4mm時。根據(jù)預(yù)警流量反演臨界雨量為：1h雨量為57.2mm、3h雨量為95.5mm、6h雨量為121.9mm、12h雨量為162.9mm、24h雨量為213.0mm。兩個方法推算成果一致可靠，均可采用。

根據(jù)多年降雨量資料統(tǒng)計，巖前、儒村、蘭田雨量站最大1h降雨量、最大3h、最大6h、最大12h和最大24h降雨量全部出現(xiàn)在4—9月之間，且6—7月之間占絕大多數(shù)，此時間段基本為梅雨季節(jié)，由此可見以上推算的雨量預(yù)警閾值大概率會發(fā)生在梅雨期。

5 結(jié)論與建議

本文借鑒山洪災(zāi)害調(diào)查評價的技術(shù)路線與分析方法，開展洪水調(diào)查與沿河居住群高程布局調(diào)查，建立預(yù)警源(水文站)與預(yù)警對象人口布局的關(guān)聯(lián)，開展了預(yù)警對象防御能力評價，分析推算了以休寧水文站為計算代表斷面的休寧城區(qū)警戒水位、成災(zāi)水位等防汛特征水位，并依據(jù)預(yù)警流量重現(xiàn)期分析推算了雨量預(yù)警閾值。經(jīng)綜合分析評價休寧縣中心城區(qū)防洪能力為20年一遇，警戒水位為139.6m，成災(zāi)水位為140.5m；雨量預(yù)警閾值為1h雨量達(dá)到55.9mm時、3h雨量達(dá)到89.7mm時、6h雨量124.6mm時、12h雨量157.3mm時、24h雨量198.4mm時，此結(jié)果可供休寧城區(qū)防汛規(guī)劃參考使用。

根據(jù)休寧縣中心城區(qū)防洪能力現(xiàn)狀，建議完善橫江左岸萬安古鎮(zhèn)處堤防建設(shè)，提高城區(qū)防洪能力。在橫江上的全部雨量站都已實現(xiàn)自動在線測報，有關(guān)水庫可根據(jù)雨量預(yù)警閾值，提前進行調(diào)度。

1987—2003年曾設(shè)萬安壩水文站，已收集13年的降雨徑流及近百場暴雨洪水資料，黃山水文局已據(jù)此編制洪水預(yù)報方案，洪水預(yù)見期5h左右，經(jīng)驗證洪水預(yù)報方案為甲等。同時現(xiàn)狀流域下墊面條件同十幾年相比未發(fā)生很大變化，流域上游布設(shè)了近10個自動測報雨量站，預(yù)報方案仍有較好的適應(yīng)性，具備開展洪水預(yù)報作業(yè)的條件。暴雨洪水期間，水文部門除根據(jù)短時強降雨發(fā)出暴雨預(yù)警信息外，還應(yīng)根據(jù)雨情、工情變化情況開展洪水作業(yè)預(yù)報，為休寧防洪減災(zāi)提供更加完整、可靠、科學(xué)的決策支持信息。