鄉(xiāng)寧縣山洪災(zāi)害防治非工程措施雨量預(yù)警指標的確定

王云峰

(山西省臨汾市水文水資源勘測分局，山西臨汾041000)

鄉(xiāng)寧縣山洪災(zāi)害防治非工程措施雨量預(yù)警指標的確定

王云峰

(山西省臨汾市水文水資源勘測分局，山西臨汾041000)

山洪災(zāi)害來勢兇猛、預(yù)見期短、破壞性大，如何獲得較長的預(yù)見期，最大程度減小洪災(zāi)損失十分重要。雨量預(yù)警指標也可叫臨界雨量(強)就是解決山洪災(zāi)害預(yù)報、增加洪災(zāi)預(yù)見期的基礎(chǔ)指標。通過對鄉(xiāng)寧縣地質(zhì)、地貌、歷史洪災(zāi)、暴雨等資料的分析整理，采用水利部規(guī)定的計算方法，結(jié)合鄉(xiāng)寧縣現(xiàn)狀實際，確定了全縣21處小流域山洪災(zāi)害防治雨量預(yù)警指標，為今后山洪災(zāi)害防治群策群防提供科學(xué)決策依據(jù)。

鄉(xiāng)寧縣;山洪災(zāi)害防治;雨量預(yù)警指標

鄉(xiāng)寧縣位于黃河中游東岸，山西省臨汾市西隅，屬華北暖溫帶大陸性季風(fēng)型氣候區(qū)，暴雨頻發(fā)，地質(zhì)地貌復(fù)雜，以及人類活動的影響，山洪災(zāi)害發(fā)生頻繁，已經(jīng)成為全縣當前防災(zāi)減災(zāi)中的突出問題。引發(fā)山洪災(zāi)害外動力因素是降雨，而降雨要達到一定量級或強度時才能發(fā)生山洪災(zāi)害。臨界雨量是指一個流域或區(qū)域某一時間段內(nèi)降水量達到或超過某一量級(強度)時，該流域或區(qū)域發(fā)生溪河洪水、泥石流、滑坡等山洪災(zāi)害，把這時的降雨量或降雨強度稱為該流域或區(qū)域的臨界雨量(強)。臨界雨量(強)是山洪災(zāi)害預(yù)測預(yù)報的重要基礎(chǔ)，因山洪溝坡度陡、流域面積小，從降雨發(fā)生后到災(zāi)害出現(xiàn)往往只有短短的十幾分鐘到1h，長的也只有數(shù)小時，災(zāi)害來勢兇猛，預(yù)見期非常短。為了獲得較長的預(yù)見期，只要預(yù)報出山洪災(zāi)害流域或區(qū)域降雨量達到或超過其臨界雨量，就可做出山洪災(zāi)害預(yù)報，并據(jù)其發(fā)布警報。因此山洪災(zāi)害臨界雨量的分析計算與確定對山洪災(zāi)害防治有著重要的意義。

臨界雨量是進行降雨區(qū)劃時需考慮的一項主要的技術(shù)指標，是山洪災(zāi)害預(yù)報預(yù)警的重要基礎(chǔ)。但由于暴雨資料及災(zāi)害調(diào)查資料有限、規(guī)劃區(qū)雨量站點稀少，造成臨界雨量分析計算難度很大。因此，在計算臨界雨量時，首先確定典型區(qū)域，以水文部門現(xiàn)有雨量站網(wǎng)的雨量資料為基礎(chǔ)，以氣象站資料作為補充，在分析計算典型區(qū)域內(nèi)單站臨界雨量的基礎(chǔ)上，進一步來分析典型區(qū)域山洪災(zāi)害的臨界雨量。對于無資料或資料比較缺乏，無條件做單站臨界雨量分析的地區(qū)，臨界雨量的分析方法分別采用內(nèi)插法或比擬法。

1 典型區(qū)確定

1.1 考慮的主要因素

(1)區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有雨量站點必須達到一定的數(shù)量(平均單站控制面積在200～300 km2以下，資料條件差的地區(qū)可適當放寬)，站點分布比較均勻;有較完整、詳細的山洪災(zāi)害歷史發(fā)生記錄或調(diào)查資料;雨量站點有時間序列較完整的雨量資料;有一定的地質(zhì)資料、水文資料和氣候資料。

(2)區(qū)域內(nèi)人口密度較大，且有典型山洪災(zāi)害地理特征，山洪災(zāi)害頻繁，受災(zāi)情況嚴重。

(3)典型區(qū)域是一個流域，也可以是一個區(qū)域，劃分的典型區(qū)域內(nèi)可包含若干條完整的流域面積不超過200 km2的小流域，盡量避免將小流域分割開，區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件和氣象條件相差不大。

根據(jù)鄉(xiāng)寧縣境內(nèi)山洪災(zāi)害、雨量站資料實際情況，本次分析確定鄉(xiāng)寧水文站以上鄂河流域為典型區(qū)。

1.2 資料收集

(1)收集水文系統(tǒng)、氣象部門鄉(xiāng)寧站以上控制流域內(nèi)的自然地理概況、水文氣候特征、流域及河道特征資料;搜集水文系統(tǒng)、氣象部門控制流域范圍內(nèi)山洪災(zāi)害多發(fā)期雨量站歷年降雨資料。內(nèi)容包括山洪災(zāi)害多發(fā)期逐日降水資料、歷年分時段最大降雨量的特征值(包括 10 min、30 min、1 h、3 h、6 h、12 h、24 h最大降雨系列)及降雨過程，暴雨中心位置及降雨范圍等。

(2)從水文部門搜集鄉(xiāng)寧水文站歷史洪水水位和實測洪峰水位、洪峰流量、發(fā)生時間、山洪災(zāi)害發(fā)生過程、暴雨開始至災(zāi)害發(fā)生的時間間隔;收集鄉(xiāng)寧縣地方志中有關(guān)山洪災(zāi)害的描述等。

(3)搜集水文系統(tǒng)、氣象部門歷次山洪災(zāi)害對應(yīng)的區(qū)域內(nèi)降水過程的逐時段降水資料，統(tǒng)計過程總雨量。逐時段降雨(10 min、30 min、1 h、3 h、6 h、12 h、24 h)最大降雨量。

將收集的所有資料分類整理統(tǒng)計，雨量、災(zāi)害等資料直接用于臨界雨量分析計算，其余資料用來進行災(zāi)害區(qū)綜合條件的類比，對災(zāi)害發(fā)生的時間及程度的綜合判斷，對臨界雨量成果進行合理性分析及比擬采用等。

2 臨界雨量分析計算

臨界雨量按災(zāi)害種類劃分為山溪洪水災(zāi)害臨界雨量、泥石流災(zāi)害臨界雨量、滑坡災(zāi)害臨界雨量，因典型區(qū)域內(nèi)泥石流、滑坡災(zāi)害較少且缺乏相關(guān)資料，臨界雨量可合并進行分析計算(假定三者臨界雨量相同);按范圍又可以劃分為單站災(zāi)害臨界雨量和區(qū)域災(zāi)害臨界雨量。臨界雨量的分析方法有兩種:單站臨界雨量和區(qū)域臨界雨量。

2.1 單站臨界雨量法

2.1.1 單站臨界雨量分析

1)不同站點相同時段的臨界雨量不盡相同，與各站點地質(zhì)、地形、前期降雨量及氣候條件不同有關(guān)。地形陡峭，土壤吸水能力較好，前期降雨量小，年雨量較大的地區(qū)，臨界雨量就較大，相反則臨界雨量就較小。在具體分析時，考慮地形、氣候、前期降雨情況。

2)同一站點不同時段的臨界雨量，反映該站點對于不同時間段最大降雨的敏感程度，因此對各時段的臨界雨量進行綜合分析，并結(jié)合山洪災(zāi)害調(diào)查資料，確定影響山洪災(zāi)害發(fā)生的重要時段。因過程總雨量也有臨界值，所以各時段臨界雨量必須一起綜合使用，并判別山洪災(zāi)害發(fā)生的可能性，如1 h這個時段出現(xiàn)大于臨界值的降雨時，災(zāi)害發(fā)生的可能性較小，3 h、6 h也出現(xiàn)大于臨界值的降雨時，災(zāi)害發(fā)生的可能性較大。但只要有一個時段降雨將超過其臨界值，就有可能發(fā)生山洪災(zāi)害。

3)將區(qū)域內(nèi)各站同一時段的臨界雨量進行統(tǒng)計分析，統(tǒng)籌考慮。

2.1.2 臨界雨量計算方法

假設(shè)區(qū)域內(nèi)共有S個雨量站，共發(fā)生山洪災(zāi)害N次，共統(tǒng)計T個時間段的雨量，Rtij為t時段第i個雨量站第j次山洪災(zāi)害的最大雨量，則各站每個時間段N次統(tǒng)計值中，最小的一個為臨界雨量初值，即初步認為這個值是臨界雨量，計算公式如下:

1)計算平均值

Rt平均為區(qū)域內(nèi)大范圍的平均情況，即當面降雨量超過Rt平均時，區(qū)域內(nèi)有可能發(fā)生山洪災(zāi)害。

2)統(tǒng)計最小值

Rtmin為區(qū)域內(nèi)致災(zāi)降雨強度的必要條件，即只有當區(qū)域內(nèi)至少有一個站雨強超過Rtmin時，區(qū)域內(nèi)才有可能發(fā)生山洪災(zāi)害。

3)統(tǒng)計最大值

Rtmax為區(qū)域內(nèi)發(fā)生山洪災(zāi)害的充分條件，即當區(qū)域內(nèi)每個站點雨強都超過Rtmax時，區(qū)域內(nèi)將會有大范圍的山洪災(zāi)害發(fā)生。

2.1.3 資料統(tǒng)計

根據(jù)上述臨界雨量的計算方法，列出區(qū)域內(nèi)歷次山洪災(zāi)害發(fā)生的時間表，收集區(qū)域及周邊鄰近地區(qū)各雨量站對應(yīng)的雨量資料(區(qū)域內(nèi)有的地方可能未發(fā)生山洪，但雨量資料也應(yīng)一并收集)，以水文部門的雨量資料為主，氣象站網(wǎng)和實地調(diào)查雨量資料作為補充。確定對應(yīng)的降雨過程開始和結(jié)束時間。降雨過程的開始時間是以連續(xù)3日每日雨量≤1 mm后出現(xiàn)日雨量＞1 mm的時間;降雨過程的結(jié)束時間是山洪災(zāi)害發(fā)生的時間(這里確定的是降雨過程統(tǒng)計時間，如災(zāi)害發(fā)生后降雨仍在持續(xù)，災(zāi)害會加重)。降雨過程時間確定后，在每次過程中依次查找并統(tǒng)計最大10 min、30 min、1 h、3 h、6 h、12 h、24 h雨量，過程總雨量及其每項對應(yīng)的起止時間。如果過程時間長度小于對應(yīng)項的時段跨度，則不統(tǒng)計(如降雨過程小于12 h，則不統(tǒng)計12 h、24 h最大雨量及其起止時間)，但過程雨量必須統(tǒng)計。

因影響臨界雨量的因素多，且各種因素的定量關(guān)系難以區(qū)分開，各次激發(fā)災(zāi)害發(fā)生的雨量均不完全相同，因此區(qū)域內(nèi)各站的臨界雨量也不盡相同。根據(jù)分析計算出的區(qū)域內(nèi)各單站臨界雨量初值，來確定區(qū)域臨界雨量，這種方法稱為單站臨界雨量法。區(qū)域臨界雨量的取值不是一個常數(shù)，而是有一個變幅，變幅一般在Rtmin及Rt平均之間，也可適當外延，在該變幅內(nèi)區(qū)域中達到臨界雨量的站點相對較多，但不是全部。只要降雨量在該變幅內(nèi)，區(qū)域內(nèi)就有可能發(fā)生山洪災(zāi)害。臨界雨量變幅不能過大，否則對山洪災(zāi)害防治意義不大。

本次分析共篩選出山洪災(zāi)害過程10次，共收集鄉(xiāng)寧縣境內(nèi)12個雨量站點1980～2009年的降雨量逐日、摘錄資料，并進行了分析整理，其中人工站雨量資料僅作為參考數(shù)據(jù)使用，分析成果見表1。

由于資料條件限制，本次典型區(qū)未采用區(qū)域臨界法計算臨界雨量，直接使用單站成果，今后再根據(jù)實際情況進行修定完善。

2.2 無資料山洪災(zāi)害區(qū)域臨界雨量分析方法

對于無資料或資料比較缺乏，無條件作上述單站臨界雨量或區(qū)域臨界雨量分析的地區(qū)，臨界雨量的分析方法主要可采用內(nèi)插法、比擬法、山洪災(zāi)害實例調(diào)查法、災(zāi)害與降雨頻率分析法等，以下主要闡述內(nèi)插法和比擬法。

2.2.1 內(nèi)插法

適用于在已分析過單站臨界雨量區(qū)域內(nèi)有一些雨量站空白區(qū)(或有站但無降雨量實測資料)。依據(jù)是:降雨量的分布從氣候角度來看是空間連續(xù)的，臨界雨量雖與地質(zhì)條件及氣象條件有關(guān)，但在典型區(qū)選取時，已限定區(qū)域內(nèi)地質(zhì)條件及氣象條件相差不大，因此，可以認為臨界雨量在典型區(qū)內(nèi)也是連續(xù)的，可勾繪等值線。將各單站各時段臨界雨量填在對應(yīng)的雨量站點位置，通過勾繪等值線圖的方法(每一個時段一張圖)，求出空白處山洪溝的臨界雨量，如果一條山洪溝有幾條等值線穿過，則需據(jù)等值線圖求出空白區(qū)平均值來確定臨界雨量。另外，當與選定典型區(qū)相鄰較近(一般區(qū)域間最近點距離不超過50 km)有雨量站(且有降雨實測資料)，繪等值線圖時應(yīng)參考這些資料。

2.2.2 比擬法(地質(zhì)、地貌及降水等條件綜合分析法)

適用于典型區(qū)之外確無資料條件作臨界雨量分析的區(qū)域或山洪溝，當這些區(qū)域的其它條件如地質(zhì)條件(地質(zhì)構(gòu)造、地形、地貌、植被情況等)、氣象條件(地理位置、氣候特征、年均雨量等)、水文條件(流域面積、年均流量、河道長度、河道比降等)與典型區(qū)域某一條山洪溝較為相似時，可視為二者的臨界雨量基本相同。

鄉(xiāng)寧縣境內(nèi)雨量站點稀少，資料系列短，加上山洪災(zāi)害資料匱乏，山洪災(zāi)害與暴雨同步資料缺少，內(nèi)插法勾繪等值線圖有很大的難度。因此，本次分析未采用內(nèi)插法。對于在典型區(qū)內(nèi)無雨量站的小流域空白區(qū)，參照典型區(qū)最近雨量站臨界雨量;對于典型區(qū)以外的無資料流域，采用比擬法確定其臨界雨量指標。

3 小流域臨界雨量預(yù)警指標的確定

根據(jù)鄉(xiāng)寧縣的地理環(huán)境，結(jié)合編制方案技術(shù)大綱，全縣共確定重點防治小流域21個。對流域內(nèi)有雨量站資料的采用單站臨界雨量分析成果，無雨量站的流域采用比擬法確定本流域的臨界雨量，各流域臨界雨量成果見表2。

表1 鄉(xiāng)寧縣典型區(qū)單站臨界雨量成果表mm

表2 鄉(xiāng)寧縣小流域臨界雨量成果表 mm

上表中不同時段臨界雨量均有一個變幅，將低值作為雨量準備轉(zhuǎn)移指標，將高值作為雨量立即轉(zhuǎn)移指標，在今后實際運用中修訂完善。

［1］全國山洪災(zāi)害防治規(guī)劃山洪災(zāi)害臨界雨量分析計算細則(試行).2003－12.

P333.2

B

1004－1184(2012)02－0158－03

2011－12－20

王云峰(1969－)，男，山西鄉(xiāng)寧人，工程師，主要從事水文水資源研究工作。