遼寧山洪災害防治區(qū)劃分方法初探

劉元勝

（遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局，遼寧 沈陽 110006）

近年來我國山丘區(qū)因降雨引發(fā)的山洪、泥石流、滑坡等山洪災害日益突出，每年都造成大量人員傷亡，嚴重影響山丘區(qū)社會安定和經(jīng)濟發(fā)展。在山洪災害防治規(guī)劃工作中，山洪災害防治區(qū)的劃分是本項工作的重要組成部分。遼寧省山洪災害防治區(qū)劃分是在降雨區(qū)劃、地形地質(zhì)區(qū)劃和經(jīng)濟社會區(qū)劃的基礎上進行的。降雨區(qū)劃是根據(jù)整個防治區(qū)內(nèi)的暴雨洪水特性，從各個特征時段內(nèi)的降雨特征值和區(qū)域內(nèi)致災暴雨的臨界值進行比較，確定不同山洪災害程度的區(qū)域范圍。

1 區(qū)域的暴雨洪水特性

1.1 區(qū)域暴雨特性

此次的山洪災害防治區(qū)主要指遼寧省境內(nèi)的山丘區(qū)，是指除了遼河下游平原區(qū)以外的遼寧省大部分地區(qū)。該地區(qū)位于我國東北地區(qū)南部，全省多年平均降水量約690 mm。

遼寧省降水量總的趨勢是由東南向西北遞減，面臨黃海的東南部山區(qū)雨量充沛，多年平均年降水量達到1200 mm，是遼寧省的暴雨中心；而遼寧西北部風沙干旱，雨量很少，多年平均降水量僅400 mm。

遼寧省短歷時降雨在地區(qū)上的分布也有自西北向東南遞增的趨勢，年最大10 min在14～18 mm之間，年最大30 min在22～34 mm之間，年最大1 h在25～40 mm之間，年最大3 h在30～65 mm之間，年最大6 h在35～100 mm之間，年最大24 h在55～180 mm之間，多年平均降水量在400～1200 mm之間。

1.2 區(qū)域的山洪特性

遼寧省山區(qū)洪水產(chǎn)生于暴雨，暴雨豐枯交替變化引起了洪水豐枯交替的多年變化。另外，由于洪水還受地形、土壤、植被等下墊面因素的影響，其多年變化往往比暴雨的多年變化更加劇烈。

山洪的季節(jié)特性與大氣環(huán)流、流域下墊面因素有密切關(guān)系。每年夏季隨著西南暖濕氣流的向北擴展和西太平洋副熱帶高壓的加強北進，中國的雨帶自南方逐漸移到遼寧。8月上旬雨帶達到東北，正是遼寧大雨季節(jié)。8月中旬以后，雨帶開始南退，遼寧的雨季在9月份基本結(jié)束。流域下墊面因素也與洪水季節(jié)關(guān)系密切，正常情況下6—7月上中旬遼寧省各河達不到包氣帶飽和的條件，遇有降雨，大部雨水被包氣帶所吸收，產(chǎn)生徑流很小。7月下旬以后，流域包氣帶缺水量基本達到飽和，一遇降雨，全部降雨將產(chǎn)生徑流，極易產(chǎn)生大洪水。遼寧東部河流屬于蓄滿產(chǎn)流地區(qū)，完全符合上述規(guī)律，南部的鴨綠江、黃海沿岸諸河和渾河、太子河時間上略為提前，7月下旬至8月上旬是山區(qū)洪水發(fā)生的頻繁季節(jié)，北部的遼河巨流河以上地區(qū)時間上略為拖后，8月上、中旬為山區(qū)洪水的頻發(fā)季節(jié)。遼寧西部河流屬于超滲產(chǎn)流地區(qū)，主要以暴雨強度決定產(chǎn)洪條件，7月份遼西多短歷時大強度暴雨，所以西部地區(qū)7月份是山洪暴發(fā)的頻繁季節(jié)。

2 降雨區(qū)劃

2.1 各歷時暴雨等值線圖

在規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)，對收集到的雨量站資料進行了山洪災害多發(fā)期逐日、逐月降水資料及歷年不同時段（包括年，24 h，12 h，6 h，3 h，60 min，30 min，10 min）最大降雨量的特征值及降雨過程進行了統(tǒng)計分析。對規(guī)劃區(qū)域內(nèi)各單站的不同時段暴雨均值（重點是多年降雨均值、24 h暴雨均值等）分別用地理信息系統(tǒng)GIS軟件點繪在規(guī)劃區(qū)域12∶5萬地圖上，分別勾繪出各時段暴雨均值等值線圖。

2.2 臨界雨量的推求

2.2.1 概 述

一個流域或區(qū)域的臨界雨量（強）是指在該流域或區(qū)域內(nèi)，降水量達到或超過某一量級或強度時，該流域或區(qū)域發(fā)生溪河洪水、泥石流、滑坡等山洪災害時的降雨量或降雨強度。

2.2.2 典型區(qū)域的劃分

在計算臨界雨量時，首先選定典型區(qū)域，在分析計算典型區(qū)域內(nèi)單站臨界雨量的基礎上，分析計算出典型區(qū)域山洪災害的臨界雨量。對無資料的區(qū)域或流域采用類比法進行綜合分析后，確定該區(qū)域或流域的臨界雨量。

考慮到遼寧省河系眾多、地形復雜，降雨時空分布不均勻，在山洪災害規(guī)劃區(qū)內(nèi)選擇了復州河流域、璦河流域、大洋河流域、太子河流域遼陽以上區(qū)域、遼河流域鐵嶺以上區(qū)域、大凌河流域朝陽以上區(qū)域、大凌河支流西河區(qū)域共7個典型區(qū)域進行了臨界雨量的分析計算。以上區(qū)域的流域面積都在2000～8000 km2范圍內(nèi)，并盡可能地代表了遼寧省山洪災害規(guī)劃區(qū)災害的地域分布特點和暴雨洪水特點，并且均勻地分布于規(guī)劃區(qū)內(nèi)。

將與以上各典型區(qū)臨近的區(qū)域與所選典型區(qū)域臨界雨量類比，根據(jù)地形、地貌、地質(zhì)條件和降雨與下墊面條件確定類比系數(shù)，綜合得出區(qū)域臨界雨量。制作降雨區(qū)劃分區(qū)圖層。

2.2.3 典型山洪災害多發(fā)區(qū)域臨界雨量推求

對于以上所選定的7個典型區(qū)域，進行臨界雨量的推求。每個區(qū)域篩選出山洪災害過程6～9次，對于每次山洪災害過程，在各個雨量站的逐時雨量資料中，查找并統(tǒng)計對應的山洪災害過程各時段最大雨量及過程雨量。

在單站臨界雨量計算時，查找各站各次山洪過程的對應暴雨各時段最大值中的最小值，得出的結(jié)果，即為各站的臨界雨量初值；在區(qū)域臨界雨量計算時，計算各次山洪過程各站的各時段最大面雨量平均值。依次求出單站臨界雨量的平均值、最大值、最小值，供分析用；求出區(qū)域各次面平均值的最小值（得出的結(jié)果即為區(qū)域臨界雨量初值）、平均值（供分析用）。

2.2.4 降雨區(qū)劃的思路

根據(jù)該區(qū)域的致災暴雨特點和經(jīng)過初期的工作總結(jié)研究確定，選擇分級降雨區(qū)劃方法。首先根據(jù)年降水量和能夠反映致災暴雨分布特征的時段年最大降雨量特征值進行一、二級降雨區(qū)劃。然后再根據(jù)已經(jīng)獲得的臨界雨量進行三級區(qū)劃。

1）遼寧省降雨一級區(qū)劃分

據(jù)遼寧省多年平均降水量等值線圖，綜合考慮，將全省多年平均降水量按大小分為3個級別類型區(qū)：Ⅰ類區(qū)，年降水量不小于750 mm的地區(qū)為年降水量高值區(qū)；Ⅱ類區(qū)，在550～750 mm之間的區(qū)域為年降水量中值區(qū)；Ⅲ類區(qū)，年降水量小于550 mm的區(qū)域為年降水量低值區(qū)。

2）遼寧省降雨二級區(qū)劃分

根據(jù)遼寧省降雨分布特征、不同時段降雨量等值線圖等，經(jīng)分析，24 h暴雨分布基本能反映遼寧省暴雨總體分布并與山洪災害分布密切相關(guān)，因此，以24 h年最大降雨量多年均值為依據(jù)劃分二級類型區(qū)，具體劃分標準：1區(qū)，年最大24 h降雨量均值（H24h）≥100 mm的區(qū)域為多降雨區(qū)；2區(qū)，75 mm≤H24h＜100 mm的區(qū)域為中降雨區(qū)；3區(qū)，H24h＜75 mm的區(qū)域為低降雨區(qū)。

3）遼寧省降雨三級區(qū)劃分首先定義臨界雨量系數(shù)k：

式中：H△t為△t時段年最大降雨量多年均值；hct為時段長為△t的臨界雨量；kt為時段為△t的臨界雨量系數(shù)。

根據(jù)遼寧省的實際情況，所選定的典型區(qū)域雨量站比較多，最大值和最小值有個別情況，相差較大，因此各區(qū)域都統(tǒng)一選定區(qū)域內(nèi)各站臨界雨量系數(shù)k值的均值作為區(qū)域臨界雨量。

根據(jù)臨界雨量系數(shù)劃分三級區(qū)：（1）區(qū)：臨界雨量系數(shù)較大區(qū)域，為山洪災害高易發(fā)降雨區(qū)；（2）區(qū)：臨界雨量系數(shù)居中區(qū)域，為山洪災害中易發(fā)降雨區(qū)；（3）區(qū)：臨界雨量系數(shù)較小區(qū)域，為山洪災害低易發(fā)降雨區(qū)。

根據(jù)遼寧省臨界雨量系數(shù)計算值分布情況，所選定的7個典型區(qū)，有6個區(qū)域都大于1.0，只有大凌河北部支流西河臨界雨量系數(shù)是0.95，說明所選定的典型區(qū)域大部分都位于山洪災害高易發(fā)降雨區(qū)內(nèi)。根據(jù)臨界雨量系數(shù)分布情況，綜合考慮山洪災害發(fā)生情況，確定遼寧省三級區(qū)劃標準如下：

（1）區(qū)k≥1.0的區(qū)域，為山洪災害高易發(fā)降雨區(qū)；主要分布在遼寧省遼東半島山區(qū)、東部山區(qū)鴨綠江水系、中北部太子河、渾河、遼河上游左側(cè)等濕潤山區(qū)和遼西大、小凌河、六股河等超滲產(chǎn)流山區(qū)。

（2）區(qū)：0.9≤k＜1.0的區(qū)域，為山洪災害中易發(fā)降雨區(qū)；主要分布在遼河右側(cè)山區(qū)、丘陵區(qū)、遼西北部地區(qū)和東部太子河、渾河、遼河上游左側(cè)支流的下游部分地區(qū)。

（3）區(qū)：k＜0.9的區(qū)域，為山洪災害低易發(fā)降雨區(qū)；遼河中下游地區(qū)。

2.2.5 綜合降雨區(qū)劃成果

將上述三級分區(qū)的結(jié)果用地理信息系統(tǒng)GIS軟件繪在一張圖上，重疊直觀地得出遼寧省降雨區(qū)劃圖，如圖1所示。

圖1 遼寧省山洪災害降雨區(qū)劃圖

其中，一級分區(qū)：Ⅰ類區(qū)為年降水量高值區(qū)，Ⅱ類區(qū)為年降水量中值區(qū)，Ⅲ類區(qū)為年降水量低值區(qū)；二級分區(qū)：1區(qū)為多降雨區(qū)；2區(qū)為中降雨區(qū)；3區(qū)為低降雨區(qū)；三級分區(qū)：（1）區(qū)為山洪災害高易發(fā)降雨區(qū)，（2）區(qū)為山洪災害中易發(fā)降雨區(qū)，（3）區(qū)為山洪災害低易發(fā)降雨區(qū)。

3 結(jié)語

山洪災害防治區(qū)的降雨區(qū)劃分析是在結(jié)合整個區(qū)域天氣形勢、暴雨特性、洪水特性和災害特性分析的基礎上進行的，從成因分析并結(jié)合致災暴雨特性從定性和定量上共同得出分區(qū)結(jié)論，并用地理信息系統(tǒng)直觀地表現(xiàn)出來。這種方法是比較科學合理的，可以為工程的規(guī)劃、設計、實施提供可靠的理論依據(jù)。