興城市山洪災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)分析

鞠飛

（遼寧省盤錦水文局，遼寧盤錦124010）

興城市山洪災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)分析

鞠飛

（遼寧省盤錦水文局，遼寧盤錦124010）

山洪災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)包括雨量預(yù)警指標(biāo)與水位預(yù)警指標(biāo)兩類，興城市山洪災(zāi)害重點(diǎn)防治區(qū)域大都為小流域無(wú)資料地區(qū)，主要采用雨量預(yù)警指標(biāo)。文中首先根據(jù)小流域集雨面積大小、降雨強(qiáng)度、流域形狀等因素對(duì)預(yù)警時(shí)段進(jìn)行確定，然后通過(guò)水位流量反推法計(jì)算臨界雨量，最后做出合理性分析。

山洪災(zāi)害；預(yù)警指標(biāo)；興城市；預(yù)警分析

1 概 述

興城市位于遼寧省西南部，居遼西走廊中部偏西、葫蘆島市南部。東臨遼東灣，南以六股河與綏中縣分界，西和建昌縣接壤。興城市依山傍海，西北依遼西松嶺余脈，老黃頂、大青山、五頂山、大摸虎山、九龍山等10余座500 m以上的山峰均在這一區(qū)域內(nèi)，是興城河、煙臺(tái)河、女兒河發(fā)源地。地勢(shì)依次由西北向東南傾斜，呈階梯狀降低；西北低山區(qū)720.78 km2，中部丘陵區(qū)871.17 km2，東南沿海漫崗平原區(qū)521.3 km2，自然概貌為“六山一水三分田”。

山洪災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)包括雨量預(yù)警指標(biāo)與水位預(yù)警指標(biāo)兩類，可根據(jù)該地區(qū)實(shí)際情況，分為告知、警戒、和緊急3級(jí)。在有水利工程設(shè)施（如水庫(kù)、水文站、水位站等）、且資料較全的流域可以采用水位預(yù)警指標(biāo)進(jìn)行預(yù)警，無(wú)上述資料的流域內(nèi)的防災(zāi)對(duì)象，采用雨量預(yù)警指標(biāo)。由于興城市評(píng)價(jià)流域內(nèi)大都為小流域，流域匯流時(shí)間短，又難以獲取水利工程全面的水位、流量等相關(guān)資料，因此，各防災(zāi)對(duì)象主要采用雨量預(yù)警指標(biāo)，以提高預(yù)見(jiàn)期。

雨量預(yù)警通過(guò)分析不同預(yù)警時(shí)段的臨界雨量得出。臨界雨量是指導(dǎo)致一個(gè)流域或區(qū)域發(fā)生的山溪洪水可能致災(zāi)時(shí)，即達(dá)到成災(zāi)水位時(shí)，降雨達(dá)到或超過(guò)的最小量級(jí)和強(qiáng)度。降雨總量和雨強(qiáng)、土壤含水量以及下墊面特性是臨界雨量分析的關(guān)鍵因素；基本分析思路是根據(jù)成災(zāi)水位，采用比降面積法、曼寧公式或水位流量關(guān)系等方法，推算出成災(zāi)水位對(duì)應(yīng)的流量，再根據(jù)設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法和典型暴雨時(shí)程分布，反算洪峰達(dá)到成災(zāi)流量的各個(gè)預(yù)警時(shí)段的降雨量。臨界雨量是面平均雨量，單站與多站情況下的雨量預(yù)警指標(biāo)按代表雨量的方法確定。

雨量預(yù)警指標(biāo)要素包括時(shí)段及其對(duì)應(yīng)雨量?jī)蓚€(gè)要素，具體表現(xiàn)為各個(gè)預(yù)警時(shí)段的臨界雨量，以及各預(yù)警時(shí)段的準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移雨量和立即轉(zhuǎn)移雨量。

2 預(yù)警時(shí)段的確定

預(yù)警時(shí)段指雨量預(yù)警指標(biāo)中采用的典型降雨歷時(shí)，是雨量預(yù)警指標(biāo)的重要組成部分。受防災(zāi)對(duì)象上游集雨面積大小、降雨強(qiáng)度、流域形狀及其地形地貌、植被、土壤含水量等因素的影響，預(yù)警時(shí)段會(huì)發(fā)生變化，因此，需要合理地確定。原則和方法如下：

1）最長(zhǎng)時(shí)段確定：可以將流域匯流時(shí)間作為預(yù)警指標(biāo)的最長(zhǎng)時(shí)段。

2）典型時(shí)段確定：對(duì)于小于最長(zhǎng)時(shí)段典型時(shí)段的確定，即根據(jù)防災(zāi)對(duì)象所在地區(qū)暴雨特性、流域面積大小、平均比降、形狀系數(shù)、下墊面情況等因素，確定比匯流時(shí)間小的短歷時(shí)預(yù)警時(shí)段。

3）綜合確定：充分參考前期基礎(chǔ)工作成果的流域單位線信息，結(jié)合流域暴雨、下墊面特性以及歷史山洪情況，綜合分析防災(zāi)對(duì)象所處河段的河谷形態(tài)、洪水上漲速率、轉(zhuǎn)移時(shí)間及其影響人口等因素后，確定各防災(zāi)對(duì)象的各個(gè)典型預(yù)警時(shí)段。

興城市的10個(gè)小流域匯流時(shí)間均小于4 h。另外結(jié)合興城市現(xiàn)有的降雨觀測(cè)儀器型號(hào)和雨情信息傳輸手段，確定興城市防災(zāi)對(duì)象預(yù)警時(shí)段確定為1，2，3，6，24 h。

3 計(jì)算臨界雨量

根據(jù)興城市的水文資料情況，在確定各防災(zāi)對(duì)象成災(zāi)水位、預(yù)警時(shí)段的基礎(chǔ)上，選用水位流量反推法計(jì)算防災(zāi)對(duì)象的臨界雨量。

3.1 資料評(píng)估

1）基礎(chǔ)資料

水位流量反推法假定降雨與洪水同頻率，在這樣的假設(shè)條件下，所需資料僅是山洪災(zāi)害預(yù)警地點(diǎn)的斷面地形資料、設(shè)計(jì)暴雨或設(shè)計(jì)洪水。斷面地形資料經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單測(cè)量即可獲得，設(shè)計(jì)暴雨或設(shè)計(jì)洪水通過(guò)水文手冊(cè)或者暴雨圖集等基礎(chǔ)性資料即可獲得，分析方法則采用最為基礎(chǔ)的水文計(jì)算。

評(píng)估暴雨圖集、水文手冊(cè)等基礎(chǔ)性資料的現(xiàn)勢(shì)性，流域匯流時(shí)間歷時(shí)降雨雨型時(shí)間序列的完整性以及時(shí)間步長(zhǎng)精度，判斷其是否滿足暴雨山洪陡漲陡落、歷時(shí)短暫等特性的要求。

2）地形資料

評(píng)估防災(zāi)對(duì)象所在河道的比降、縱斷面與橫斷面信息是否完整、河道斷面演變是否頻繁；是否具有保護(hù)對(duì)象以上匯水面積等信息；評(píng)價(jià)流域匯流時(shí)間分析所需地形資料是否齊全。

3）水文資料

評(píng)估防災(zāi)對(duì)象溝（河）道的特征水位和特征流量等信息。主要包括水位、流量、已有的歷史暴雨洪水調(diào)查資料及有關(guān)山洪記載的歷史文獻(xiàn)資料等。其中，水位資料為山洪災(zāi)害發(fā)生期洪水位要素；流量資料為山洪災(zāi)害發(fā)生期洪水要素；實(shí)測(cè)洪水比降、根據(jù)實(shí)測(cè)資料率定的河道糙率等。評(píng)估資料是否滿足成果合理性分析要求。

3.2 模型構(gòu)建

假定斷面處有一洪峰流量，則有一個(gè)1 h的時(shí)段降雨，經(jīng)過(guò)產(chǎn)匯流后形成的洪水過(guò)程的洪峰等于，同樣有一個(gè)3 h的時(shí)段降雨，經(jīng)過(guò)產(chǎn)匯流后形成的洪水過(guò)程的洪峰也等于，則和的頻率相同，均等于的頻率。以此類推，會(huì)有許多個(gè)時(shí)段的降雨，經(jīng)過(guò)產(chǎn)匯流后形成的洪水過(guò)程的洪峰均等于，且頻率都與的頻率相同。在此假定的基礎(chǔ)上，首先確定預(yù)警保護(hù)對(duì)象處的臨界洪水位，然后根據(jù)斷面特征、水位～流量關(guān)系，確定對(duì)應(yīng)的流量，且認(rèn)為該流量為臨界流量為，同時(shí)確定其對(duì)應(yīng)的頻率，最后計(jì)算頻率為的各時(shí)段降雨量，即為各時(shí)段的臨界雨量。

3.3 臨界雨量計(jì)算

在確定各防災(zāi)對(duì)象成災(zāi)水位、預(yù)警時(shí)段的基礎(chǔ)上，選用水位流量反推法計(jì)算防災(zāi)對(duì)象的臨界雨量。確定方法如下：

1）根據(jù)《遼寧省中小河流（無(wú)資料地區(qū)）設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》，按照推理公式法計(jì)算各頻率設(shè)計(jì)洪峰流量，繪制設(shè)計(jì)洪峰流量與頻率關(guān)系曲線。

2）根據(jù)《遼寧省中小河流（無(wú)資料地區(qū)）設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》，計(jì)算防災(zāi)對(duì)象典型頻率預(yù)警時(shí)段（1，2，3，6，24 h，歷時(shí)）設(shè)計(jì)暴雨，繪制預(yù)警時(shí)段設(shè)計(jì)暴雨與頻率關(guān)系曲線。

3）根據(jù)防災(zāi)對(duì)象成災(zāi)水位，通過(guò)防災(zāi)對(duì)象控制斷面水位-流量關(guān)系曲線，查得成災(zāi)水位對(duì)應(yīng)流量Q災(zāi)。通過(guò)設(shè)計(jì)洪峰流量-頻率關(guān)系曲線，查得Q災(zāi)的相應(yīng)頻率。最后通過(guò)預(yù)警時(shí)段設(shè)計(jì)暴雨-頻率關(guān)系曲線，查得各預(yù)警時(shí)段對(duì)應(yīng)的臨界雨量值。

4 雨量預(yù)警指標(biāo)綜合確定及思考

綜合考慮可能影響雨量預(yù)警指標(biāo)的因素，如防災(zāi)對(duì)象因所在河段的河谷形態(tài)不同、洪水上漲與淹沒(méi)速度的差別、以及山洪災(zāi)害預(yù)警、轉(zhuǎn)移響應(yīng)時(shí)間，在臨界雨量的基礎(chǔ)上綜合確定防災(zāi)對(duì)象的告知、警戒和緊急三級(jí)預(yù)警指標(biāo)。

此次計(jì)算中，臨界雨量是從成災(zāi)水位對(duì)應(yīng)流量的洪水推算得到的，其量值為凈雨，在確定各級(jí)別預(yù)警指標(biāo)時(shí)還要考慮實(shí)時(shí)的流域蓄水情況。故在數(shù)值上認(rèn)為臨界雨量即為緊急的預(yù)警指標(biāo)，這是從洪水反算到降雨得出的信息；對(duì)于告知、警戒指標(biāo)，在臨界雨量基礎(chǔ)上進(jìn)行折減處理，但同時(shí)應(yīng)當(dāng)以該雨量的降雨過(guò)程進(jìn)行暴雨洪水的復(fù)核，以避免與成災(zāi)水位及相應(yīng)的暴雨洪水頻率差異過(guò)大，增強(qiáng)成果的合理性。

在理論上，基于緊急預(yù)警指標(biāo)確定告知預(yù)警指標(biāo)時(shí)，在洪水過(guò)程線上，按成災(zāi)水位向下降低水位級(jí)對(duì)應(yīng)的流量反推時(shí)段雨量，將該雨量作為告知和警戒預(yù)警指標(biāo)。但經(jīng)過(guò)對(duì)防災(zāi)對(duì)象計(jì)算結(jié)果來(lái)看，有時(shí)計(jì)算的指標(biāo)不盡合理。

4.1 存在問(wèn)題

1）成災(zāi)水位向下降低水位級(jí)差值很難確定，差值小，查得的時(shí)段雨量沒(méi)有變化，差值大，與當(dāng)?shù)睾拥兰暗貏?shì)不相符。

2）經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，很多小流域的時(shí)段雨量預(yù)警指標(biāo)偏小，不符合當(dāng)?shù)貙?shí)際。

4.2 解決辦法

1）結(jié)合當(dāng)?shù)財(cái)嗝?、地?shì)情況，在成災(zāi)水位確定前提下，先確定告知水位，由告知水位反推降雨，時(shí)段雨量結(jié)果可能偏小，但由于小流域河流洪水漲速快，所以時(shí)段雨量值小也要用；而后由緊急和告知兩個(gè)指標(biāo)的平均值確定為警戒預(yù)警指標(biāo)。

2）時(shí)段雨量預(yù)警指標(biāo)偏小時(shí)，充分考慮流域上、下游和相鄰斷面的情況，綜合確定。

5 成果合理性分析

合理性分析是預(yù)警指標(biāo)成果校核的重要內(nèi)容，可采用以下方法，進(jìn)行預(yù)警指標(biāo)的合理性分析：

1）與當(dāng)?shù)厣胶闉?zāi)害事件實(shí)際資料對(duì)比分析，即用實(shí)際事件的資料進(jìn)行預(yù)警指標(biāo)的合理性檢查；

2）將多種方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，以盡量避免因某一種方法的不確定性而產(chǎn)生的較大偏差；

3）與流域大小、氣候條件、地形地貌、植被覆蓋、土壤類型、行洪能力等因素相近或相同防災(zāi)對(duì)象的預(yù)警指標(biāo)成果進(jìn)行比較和分析，即采用比擬的思想，對(duì)預(yù)警指標(biāo)成果進(jìn)行合理性檢查。

此外，由于雨量預(yù)警指標(biāo)分析是從洪水到降雨的反算過(guò)程，因此，應(yīng)注意分析反算過(guò)程產(chǎn)生誤差的主要因素及注意的問(wèn)題，以保證成果合理性。具體表現(xiàn)為：①防災(zāi)對(duì)象成災(zāi)水位確定要具有代表性；②水位流量關(guān)系計(jì)算時(shí)注意比降、糙率的合理性；③降雨徑流計(jì)算時(shí)注意合理地選擇產(chǎn)流、匯流、演進(jìn)各個(gè)環(huán)節(jié)的算法與參數(shù)值。興城市各流域防災(zāi)對(duì)象在計(jì)算過(guò)程中已經(jīng)考慮上述三方面內(nèi)容，并進(jìn)行了相應(yīng)分析，保證計(jì)算過(guò)程和計(jì)算參數(shù)的準(zhǔn)確性，從而保證指標(biāo)的合理性。

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1002－0624（2016）12－0036－03

2016-08-03