承德市山洪災(zāi)害水文預(yù)警與實(shí)用研究

王鶴鳴，王占升，陸永新，高玉鼎

（河北省承德水文水資源勘測(cè)局，河北承德 067000）

承德市山洪災(zāi)害水文預(yù)警與實(shí)用研究

王鶴鳴，王占升，陸永新，高玉鼎

（河北省承德水文水資源勘測(cè)局，河北承德 067000）

通過(guò)對(duì)承德市山洪災(zāi)害的調(diào)查分析，掌握了山洪災(zāi)害的特點(diǎn)和時(shí)空分布特征，分析了其成因。建立了以單站臨界雨量為基礎(chǔ)的單站臨界雨量法、區(qū)域臨界雨量法山洪災(zāi)害水文預(yù)警模型，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，取得了較好的效果，為山洪災(zāi)害防治的科學(xué)決策奠定了基礎(chǔ)。

山洪災(zāi)害；預(yù)警；臨界雨量

1 概述

山洪災(zāi)害是指由降雨在山丘區(qū)引發(fā)的洪水災(zāi)害及由山洪誘發(fā)的泥石流、山體滑坡等對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成的危害［1］。在全省18.6萬(wàn)km2面積中，山丘區(qū)占11.3萬(wàn)km2。多年來(lái)，受區(qū)域突發(fā)性降雨的影響，山丘區(qū)山洪災(zāi)害頻發(fā)，造成了巨大損失。

承德市位于河北省北部，全境屬山丘區(qū)，是河北省山洪災(zāi)害最嚴(yán)重、受威脅人口較多的地區(qū)。根據(jù)1950～ 2010年承德市山洪災(zāi)害調(diào)查，共發(fā)生了828處山洪災(zāi)害，造成人員死亡538人，直接經(jīng)濟(jì)損失近百億元。山洪災(zāi)害對(duì)山區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施造成毀滅性破壞，嚴(yán)重威脅人民群眾的生命安全，已經(jīng)成為當(dāng)前防災(zāi)減災(zāi)中的突出問(wèn)題。

山洪災(zāi)害由暴雨引發(fā)，其預(yù)警主要受暴雨水文預(yù)報(bào)的制約，是當(dāng)前中小河流暴雨預(yù)報(bào)中的難題之一；同時(shí)，由于承德市地處“霧靈山、七老圖山暴雨中心”，暴雨強(qiáng)度大、歷時(shí)短，其難度比其他中小河流更大，因此，本項(xiàng)目具有較強(qiáng)的科研意義和實(shí)用價(jià)值。

2 研究現(xiàn)狀

2006年，國(guó)家水行政主管部門編制完成了《全國(guó)山洪災(zāi)害防治規(guī)劃》及《全國(guó)山洪災(zāi)害防治試點(diǎn)縣實(shí)施方案》，開(kāi)始了以監(jiān)測(cè)、通信預(yù)警、防災(zāi)減災(zāi)預(yù)案為主的非工程措施試點(diǎn)建設(shè)，2009年將試點(diǎn)范圍擴(kuò)展到全國(guó)103個(gè)縣（市、區(qū)）。

河北省山洪災(zāi)害預(yù)警起步于2010年，開(kāi)始在全省16個(gè)縣進(jìn)行試點(diǎn)，承德市的圍場(chǎng)、隆化兩縣作為第一期開(kāi)始編制《山洪災(zāi)害防治試點(diǎn)縣實(shí)施方案》。

國(guó)外山洪災(zāi)害預(yù)警主要以建立雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)不同時(shí)段降雨量及降水性質(zhì)對(duì)山洪災(zāi)害的貢獻(xiàn)，建立不同水文模型進(jìn)行預(yù)警，如美國(guó)水文研究中心的模型等。

3 技術(shù)路線

通過(guò)對(duì)本地區(qū)歷史山洪災(zāi)害相關(guān)資料的收集、整理，分析山洪災(zāi)害特點(diǎn)及成因，在劃分山洪災(zāi)害典型區(qū)的基礎(chǔ)上，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，以單站臨界雨量為基礎(chǔ)，建立符合承德市特點(diǎn)的山洪災(zāi)害水文預(yù)警模型，為防洪減災(zāi)服務(wù)。

4 研究區(qū)概況

承德市總面積3.98萬(wàn)km2，地形總趨勢(shì)由西北向東南傾斜，基本與河流流向一致；按地質(zhì)條件、地貌形態(tài)和成因類型等劃分為壩上高原、燕山山地兩種地貌單元。其氣候?qū)儆诖箨懶约撅L(fēng)氣候，冬長(zhǎng)寒冷干燥，夏短炎熱多雨，春秋兩季較短暫，多年平均降水量為533.1mm，總的趨勢(shì)是由北向南逐步遞增，北部年降水量400～500mm，中部年降水量500～650mm，南部年降水量650～750mm，降水量年內(nèi)分配不均，主要集中在6～9月份，占年降水量的70%～80%。其河流分屬3個(gè)流域，即灤河流域、潮白薊運(yùn)河流域、遼河流域。其中灤河流域集水面積2.89萬(wàn)km2，占全市總面積的72.5%；潮白薊運(yùn)河流域次之，遼河流域最小。

5 山洪災(zāi)害特征及發(fā)展趨勢(shì)

5.1 山洪災(zāi)害特點(diǎn)

5.1.1 暴雨山洪出現(xiàn)頻率高，季節(jié)性強(qiáng)

7、8月是承德市的主汛期，也是山洪災(zāi)害的多發(fā)期。

5.1.2 山洪來(lái)勢(shì)洶猛，成災(zāi)快，持續(xù)時(shí)間短

本地山高坡陡，溪流密布，山洪匯流迅速、突發(fā)性強(qiáng)，往往瞬間成災(zāi)。

5.1.3 山洪災(zāi)害破壞性大

山洪不僅造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，還造成河道改道，耕地受淹，給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成巨大破壞。

5.1.4 預(yù)測(cè)難度大

受地形地貌、降雨時(shí)間和空間分布不均等因素影響，山洪災(zāi)害難以預(yù)測(cè)。

5.1.5 恢復(fù)難度大

山洪災(zāi)害對(duì)山區(qū)的水利、交通、電力、通訊、農(nóng)田、渠道水壩、河堤等基礎(chǔ)設(shè)施，造成毀滅性的破壞，恢復(fù)難度大。

5.2 山洪災(zāi)害時(shí)空分布特征

從發(fā)生時(shí)間上看，（1950～2010年）承德市山洪災(zāi)害主要發(fā)生在1950～2010年降水較大的6～8月份，如圖1。從區(qū)域分布來(lái)看，北部圍場(chǎng)、豐寧、隆化三縣最多，中部灤平、平泉、承德縣山洪災(zāi)害較少，南部興隆、寬城山洪災(zāi)害最少，如圖2。

圖1 承德市山洪災(zāi)害與多年平均逐月降水量

圖2 承德市及各縣區(qū)山洪災(zāi)害總次數(shù)與年降水量

5.3 山洪災(zāi)害成因

5.3.1 突降暴雨

汛期6～9月份降水強(qiáng)度大，降水占全年降水量的75%以上，甚至高達(dá)85%，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)流迅速，形成山洪，往往導(dǎo)致山洪災(zāi)害發(fā)生。

5.3.2 下墊面條件差

地形落差大，植被覆蓋差導(dǎo)致區(qū)域蓄水能力差，極易導(dǎo)致山洪暴發(fā)，形成災(zāi)害。北部地區(qū)由于地質(zhì)條件差，植被覆蓋少，水土流失嚴(yán)重，山洪災(zāi)害頻頻發(fā)生，中南部地區(qū)植被條件較好，山洪災(zāi)害較少。

5.3.3 人為因素

近些年來(lái)全市鐵礦企業(yè)發(fā)展迅速，在河道、溝道內(nèi)堆積礦渣，造成河道阻塞，群眾任意在河道栽植樹木、開(kāi)荒種地，造成溝道阻塞，嚴(yán)重影響行洪。

5.3.4 防洪工程標(biāo)準(zhǔn)低

現(xiàn)有的防洪工程防洪標(biāo)準(zhǔn)低，老化失修，缺少攔蓄工程，調(diào)節(jié)能力差，不能有效抵御較大洪水的侵襲。

6 山洪災(zāi)害典型區(qū)劃分及臨界雨量計(jì)算

6.1 劃分山洪災(zāi)害典型區(qū)［2］

在山洪災(zāi)害發(fā)生頻繁、人口密度較大、受災(zāi)情況較重的地區(qū)，有一定數(shù)量的雨量監(jiān)測(cè)站及其他相關(guān)信息，并且具有一定代表性的區(qū)域，可以劃分為1個(gè)山洪災(zāi)害典型區(qū)。結(jié)合研究區(qū)流域和縣級(jí)行政區(qū)，共劃分了37個(gè)典型區(qū)域。

6.2 臨界雨量計(jì)算［3-4］

統(tǒng)計(jì)各雨量站30min、1h、3h、6h、12h、24h最大雨量，過(guò)程總雨量及其每項(xiàng)對(duì)應(yīng)的起止時(shí)間。本次分析計(jì)算采用1960～2009年水文降水量資料。

6.2.1 單站臨界雨量計(jì)算

假設(shè)區(qū)域內(nèi)共有S個(gè)雨量站，共發(fā)生山洪災(zāi)害N次，共統(tǒng)計(jì)t個(gè)時(shí)間段的雨量，Rtij為t時(shí)段第i個(gè)雨量站第j次山洪災(zāi)害的最大雨量，則各站每個(gè)時(shí)間段N次統(tǒng)計(jì)值中，最小的1個(gè)為臨界雨量初值，即初步認(rèn)為這個(gè)值是臨界雨量。

6.2.2 區(qū)域臨界雨量計(jì)算

統(tǒng)計(jì)N次山洪災(zāi)害各時(shí)段最大雨量面平均值的最小值，即為各時(shí)段區(qū)域山洪臨界雨量初值。

Rt臨界可視為區(qū)域內(nèi)面平均臨界雨量初值，因影響臨界雨量的因素多，各次激發(fā)災(zāi)害發(fā)生的雨量不同，因此臨界雨量的取值不是1個(gè)常數(shù)，而是有1個(gè)變幅，變幅一般在Rt臨界上下1個(gè)區(qū)間，只要面降雨量在該變幅內(nèi)，區(qū)域內(nèi)就有可能發(fā)生山洪災(zāi)害。經(jīng)分析，該初值往往偏小，故選取單站平均值作為單站雨量臨界值更加合理，區(qū)域臨界雨量的計(jì)算也以此為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。

7 承德市山洪災(zāi)害水文預(yù)警模型［5-6］

7.1 預(yù)警等級(jí)劃分

根據(jù)預(yù)測(cè)山洪災(zāi)害發(fā)生的嚴(yán)重程度和緊急程度。山洪災(zāi)害信息預(yù)警等級(jí)分為3級(jí)（Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ），顏色依次為黃色、橙色、紅色，3種顏色預(yù)警信號(hào)分別代表可能出現(xiàn)災(zāi)害、出現(xiàn)災(zāi)害可能性較大、出現(xiàn)災(zāi)害可能性非常大。

7.2 山洪災(zāi)害水文預(yù)警模型

由于山洪災(zāi)害發(fā)生地點(diǎn)的不確定性，采用單站臨界雨量法、區(qū)域臨界雨量法綜合進(jìn)行，兩種方法互相配合，提高預(yù)警精度。

7.2.1 單站臨界雨量法

（1）當(dāng)?shù)湫蛥^(qū)有一個(gè)或一個(gè)以上（但總數(shù)未超過(guò)60%）的雨量站降雨量超過(guò)臨界值，或者雖然有60%以上（含60%）的雨量站降雨量超過(guò)臨界值，但這些雨量站累計(jì)降雨量沒(méi)有全部大于等于相應(yīng)單站過(guò)程雨量臨界值的a%，啟動(dòng)第Ⅲ級(jí)預(yù)警。

（2）當(dāng)?shù)湫蛥^(qū)有總數(shù)目為60%以上（含60%）的雨量站降雨量超過(guò)臨界值，并且這些雨量站累計(jì)降雨量大于等于相應(yīng)單站過(guò)程雨量臨界值的a%，啟動(dòng)第Ⅱ級(jí)預(yù)警。

（3）當(dāng)?shù)湫蛥^(qū)有總數(shù)目為100%的雨量站降雨量超過(guò)臨界值，并且這些雨量站累計(jì)降雨量大于等于相應(yīng)單站過(guò)程雨量臨界值的b%，啟動(dòng)第Ⅰ級(jí)預(yù)警。a，b取值如表1。

表1 a、b取值單位：%

7.2.2 區(qū)域臨界雨量法采用標(biāo)準(zhǔn)

（1）當(dāng)存在典型區(qū)面雨量超過(guò)區(qū)域相應(yīng)臨界值，并且典型區(qū)面累計(jì)降雨量未超過(guò)典型區(qū)過(guò)程雨量臨界值的a%，啟動(dòng)第Ⅲ級(jí)預(yù)警。

（2）當(dāng)存在典型區(qū)面雨量超過(guò)區(qū)域相應(yīng)臨界值，并且典型區(qū)面累計(jì)降雨量大于等于典型區(qū)過(guò)程雨量臨界值的a%，啟動(dòng)第Ⅱ級(jí)預(yù)警。

（3）當(dāng)存在典型區(qū)面雨量超過(guò)區(qū)域相應(yīng)臨界值，并且典型區(qū)面累計(jì)降雨量大于等于典型區(qū)過(guò)程雨量臨界值的b%，啟動(dòng)第Ⅰ級(jí)預(yù)警。

7.2.3 應(yīng)注意的問(wèn)題

（1）山洪災(zāi)害預(yù)警應(yīng)綜合考慮單站臨界雨量和區(qū)域臨界雨量的預(yù)警模型。當(dāng)采用兩種模型評(píng)判時(shí)，只要1種模型出現(xiàn)更高一級(jí)預(yù)警，最終預(yù)警的結(jié)果就是最高一級(jí)的預(yù)警級(jí)別。

（2）參數(shù)a、b的選取。參考區(qū)域的實(shí)際差異和通過(guò)部分實(shí)際發(fā)生的山洪災(zāi)害的驗(yàn)證。

8 典型實(shí)例

以圍場(chǎng)不澄河典型區(qū)為例，該典型區(qū)面積605km2，共有5個(gè)雨量站，分別為錦善堂、藍(lán)旗卡倫、銀鎮(zhèn)、清泉、邊墻山。2010年6月16日17時(shí)，圍場(chǎng)縣不澄河典型區(qū)開(kāi)始降雨，至19時(shí)不澄河銀鎮(zhèn)站超過(guò)1h臨界值13mm，達(dá)18.7mm，山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)按照預(yù)警模型，自動(dòng)發(fā)出Ⅲ級(jí)黃色水文信息預(yù)警信號(hào)。至20時(shí)，不澄河銀鎮(zhèn)站降雨量2h降水量超過(guò)3h、6h、12h臨界雨量下限達(dá)53.3mm，不澄河清泉站超過(guò)1h臨界值18mm，達(dá)44.2mm，同時(shí)2h降水量超過(guò)3h、6h、12h、24h及過(guò)程雨量臨界雨量37mm，達(dá)52.6mm，面累計(jì)雨量已超過(guò)不澄河典型區(qū)區(qū)域過(guò)程雨量臨界值的50%，預(yù)警系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出Ⅱ級(jí)橙色水文信息預(yù)警信號(hào)。

9 結(jié)語(yǔ)

（1）承德市山洪災(zāi)害主要發(fā)生在每年的6～8月份，并且以北部圍場(chǎng)、豐寧、隆化三縣最多。其成因與降水、地質(zhì)、植被、人類活動(dòng)和工程防洪標(biāo)準(zhǔn)低等因素有關(guān)。

（2）以單站臨界雨量為基礎(chǔ)建立了單站臨界雨量、區(qū)域臨界雨量相結(jié)合的山洪災(zāi)害預(yù)警模型，有效提高了預(yù)警精度，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果，也為其他類似地區(qū)進(jìn)行山洪災(zāi)害水文預(yù)警提供了借鑒，具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。

［1］張平倉(cāng).中國(guó)山洪災(zāi)害防治區(qū)劃初探［J］.水資源研究，2006（4）.

［2］全國(guó)山洪災(zāi)害防治規(guī)劃領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.全國(guó)山洪災(zāi)害防治規(guī)劃山洪災(zāi)害臨界雨量分析計(jì)算細(xì)則（試行）［R］.2003.

［3］陳桂亞，袁雅鳴.山洪災(zāi)害臨界雨量計(jì)算方法研究［J］.人民長(zhǎng)江，2005（12）.

［4］趙然杭，王敏，陸小蕾.山洪災(zāi)害雨量預(yù)警指標(biāo)確定方法研究［J］.水電能源科學(xué)，2011（9）.

［5］水利部水文局（水利信息中心）.中小河流山洪監(jiān)測(cè)與預(yù)警預(yù)測(cè)技術(shù)研究［M］.北京：科學(xué)出版社，2010.

［6］金友德.小流域山洪預(yù)警與防治研究——以浙江省為例［J］.甘肅科技，2011（7）.

Research on Hydrological Warning and Practical of Mountain Torrents Disaster in Chengde City

WANG He-ming，WANG Zhan-sheng，LU Yong-xin，GAO Yu-ding
（Hebei Province Chengde Hydrology and Water Resources Survey Bureau，Chengde 067000，China）

Through the investigation and analysis of the mountain forrents in chande city,this paper grasped the mountain torrents disaster characteristics and the temporal and spatial distribution characteristics，analyzed its causes.This paper established the hydrologic warning model by the combination of the method for single station critical rainfall and for the area critical rainfall based on the single critical rainfall.Through the actual application，the method obtained great effect and made the foundation for preventing mountain torrents disasters scientificly.

mountain torrents disaster；early warning；critical rainfall

TV122.+1

A

1672-9900（2013）01-0010-04

2012-12-11

王鶴鳴（1974-），女（蒙古族），河北承德人，高級(jí)工程師，主要從事水文水資源方面工作，（Tel）13832401165。