山洪災(zāi)害分析評價方法論述

樓　駿　李少明　劉　勇

(1.浙江同濟科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州　311231；2.杭州市水利規(guī)劃研究與科技推廣中心， 浙江 杭州　310016；3.天津大學(xué)水利工程仿真與安全國家重點實驗室， 天津　300072)

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山洪災(zāi)害分析評價方法論述

樓駿1李少明2劉勇3

(1.浙江同濟科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州311231；2.杭州市水利規(guī)劃研究與科技推廣中心， 浙江 杭州310016；3.天津大學(xué)水利工程仿真與安全國家重點實驗室， 天津300072)

本文基于水位-流量-人口關(guān)系的防洪能力評價方法和水位流量反推法的雨量預(yù)警指標(biāo)分析，以樂清市山洪分析評價為例，給出了山洪災(zāi)害分析評價流程。在大量調(diào)查工作的基礎(chǔ)上，提出了山洪災(zāi)害分析注意事項及改進措施，對其他地區(qū)及以后的山洪災(zāi)害分析、預(yù)警具有重要的參考價值。

山洪災(zāi)害； 分析評價； 方法

近年來，山洪災(zāi)害在中國呈頻發(fā)、易發(fā)、多發(fā)、重發(fā)的趨勢，具有分布廣、突發(fā)性強、成災(zāi)快、季節(jié)性強、區(qū)域性明顯的特點，給人員和財產(chǎn)所造成的危害越來越嚴(yán)重，因此，開展山洪災(zāi)害的防治意義重大。

目前，中國正在全國范圍內(nèi)開展山洪災(zāi)害調(diào)查，掌握山洪災(zāi)害不同危險級別區(qū)域內(nèi)的人口、房屋分布及沿河村落的防洪現(xiàn)狀，并以此調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析評價各沿河村落不同區(qū)域的防洪能力，為后期山洪災(zāi)害防治、預(yù)警建設(shè)提供必要的數(shù)據(jù)支撐。其中，山洪災(zāi)害分析評價是最主要的內(nèi)容，本文以樂清市寺前村為例，詳細介紹了山洪災(zāi)害分析評價中基于水位-流量-人口關(guān)系的防洪能力評價方法和基于水位流量反推法的雨量預(yù)警指標(biāo)分析，并根據(jù)實際過程中發(fā)現(xiàn)的問題，提出相應(yīng)的注意事項及改進措施。

1　山洪災(zāi)害評價與分析

1.1基本流程

根據(jù)《山洪災(zāi)害分析評價技術(shù)要求》，山洪災(zāi)害分析評價要基于小流域暴雨洪水分析計算的基本原理與方法，充分利用山洪災(zāi)害調(diào)查評價基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和工作底圖、水文氣象資料及各地山洪災(zāi)害調(diào)查成果等3個主要方面資料進行。

基本流程：?收集整理核對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和調(diào)查成果數(shù)據(jù)，并導(dǎo)入山洪災(zāi)害調(diào)查評價數(shù)據(jù)終端；?暴雨洪水設(shè)計計算；?防洪現(xiàn)狀能力評價；?繪制危險區(qū)圖。

上述流程中，設(shè)計暴雨洪水計算方法比較成熟，可根據(jù)各省實際情況選擇方法。防洪現(xiàn)狀能力評價與預(yù)警指標(biāo)分析的方法，是本文重點內(nèi)容。

1.2基于水位-流量-人口關(guān)系的防洪能力評價方法

a.根據(jù)現(xiàn)場測量的橫斷面情況，選取最危險橫斷面為控制斷面。并根據(jù)曼寧公式繪制控制斷面的水位流量關(guān)系曲線，計算公式如下：

(1)

(2)

(3)

式中R——水力半徑，m；

A——過流面積，m2；

χ——濕周，m；

n——河道糙率；

v——流速，m/s；

Q——流量，m3/s；

J——河道坡降，取值如下。

J的取值范圍：①河道較順直，中間無陡坎、跌水現(xiàn)象時:

(4)

②河道較彎曲，中間存在陡坎、跌水現(xiàn)象時:

(5)

b.根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的防災(zāi)對象人口高程分布關(guān)系，統(tǒng)計確定成災(zāi)水位(及其他特 征水位)下的累計人口、戶數(shù)和房屋數(shù)。為統(tǒng)計人口-高程曲線，需要將所有房屋高程統(tǒng)一轉(zhuǎn)換至控制斷面所在高程，高程轉(zhuǎn)換公式：

(6)

式中H′——轉(zhuǎn)換后控制斷面所在高程,m；

H——外業(yè)調(diào)查所測實際高程,m；

Li——房屋所在橫斷面沿河道到控制斷面的長度,m，其中在控制斷面下游側(cè)房屋為正值，上游側(cè)為負值；

J——河道坡降。

成災(zāi)水位定義為人口-高程曲線中最少人口所在高程，若低于控制斷面堤防高程，則取堤防高程。

c.根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的防災(zāi)對象人口高程分布關(guān)系，統(tǒng)計各頻率設(shè)計洪水位下的累計人口、戶數(shù)和房屋數(shù)。各頻率的設(shè)計洪水位根據(jù)其對應(yīng)的洪峰流量與河道控制斷面水位-流量關(guān)系曲線，采用插值法得到。

1.3基于水位流量反推法的雨量預(yù)警指標(biāo)分析

雨量預(yù)警指標(biāo)包括時段及其對應(yīng)雨量兩個要素，具體表現(xiàn)為各個預(yù)警時段的臨界雨量，以及各預(yù)警時段的準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移雨量和立即轉(zhuǎn)移雨量。預(yù)警時段以分析對象上游集水區(qū)的匯流時間為最長時段，再選取2～3個比匯流時間小的典型預(yù)警時段得到。臨界雨量是指在一個流域區(qū)域內(nèi)發(fā)生溪河洪水、泥石流等山洪災(zāi)害時的降雨量和降雨強度。由于臨界雨量是從成災(zāi)水位對應(yīng)流量的洪水推算得到，故在數(shù)值上認為成災(zāi)水位對應(yīng)臨界雨量即為立即轉(zhuǎn)移的雨量指標(biāo)。對于準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移指標(biāo)，在臨界雨量基礎(chǔ)上根據(jù)準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移時間及洪水過程線綜合進行“折減”處理后得到。目前，國內(nèi)確定臨界雨量的方法主要包括：統(tǒng)計歸納法、內(nèi)插法、比擬法、水位反推法等。根據(jù)浙江省山洪實際情況和試點經(jīng)驗，該次山洪災(zāi)害以水位反推法確定雨量臨界指標(biāo)。

水位反推法的基本分析思路如下：

a.根據(jù)成災(zāi)水位，采用曼寧公式或水位流量關(guān)系等方法，推算出成災(zāi)水位對應(yīng)的流量。

b.在確定成災(zāi)水位、預(yù)警時段以及土壤含水量分析計算的基礎(chǔ)上，考慮流域土壤含水量較干、一般及較濕等情況，根據(jù)設(shè)計暴雨洪水計算方法和典型暴雨時程分布，反算洪峰達到成災(zāi)流量的各個預(yù)警時段的降雨量。

2　實例分析

樂清市位于浙江省東南沿海，背山靠海，行政隸屬溫州市。其西北部山區(qū)面積約占樂清市面積的72%，地勢陡、河源短、流速快，歷來是溫州地區(qū)山洪災(zāi)害的重災(zāi)區(qū)。經(jīng)對部分資料整理后，初步確定西北部大荊鎮(zhèn)、仙溪鎮(zhèn)的80個山丘區(qū)沿河村落為此次山洪災(zāi)害調(diào)查與分析評價的對象。下面以寺前村為例對此次樂清市山洪災(zāi)害分析評價中的方法流程進行說明。

通過現(xiàn)場入戶調(diào)查、河道斷面測量導(dǎo)入山洪災(zāi)害調(diào)查評價數(shù)據(jù)終端，得到寺前斷面設(shè)置及上下游衛(wèi)星地貌圖。寺前控制斷面水位-流量-人口對照關(guān)系和防洪現(xiàn)狀能力評價圖見圖1和圖2。

圖1　寺前控制斷面水位流量人口對照關(guān)系

圖2　寺前村防洪現(xiàn)狀能力評價

對于寺前村選取了1h、2h、3h三個預(yù)警時段，設(shè)計暴雨計算采用浙江省暴雨圖集法，將立即轉(zhuǎn)移指標(biāo)的85%作為準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移指標(biāo)，最終所得預(yù)警指標(biāo)見下表，預(yù)警指標(biāo)成果圖見圖3。

寺前村臨界雨量預(yù)警指標(biāo)表

圖3　寺前村預(yù)警指標(biāo)成果

3　改進與注意之處

通過對樂清市80個沿河村落的山洪災(zāi)害調(diào)查與分析評價，發(fā)現(xiàn)個別環(huán)節(jié)存在需要改進和注意之處。

3.1建議改進之處

a.在遇到彎折段河道時，房屋高程轉(zhuǎn)換過程中Li的取值問題，見圖4。橫斷面1與橫斷面2交叉區(qū)域的房屋的Li會存在分歧，必然會對人口-高程曲線造成影響，故而對于多彎曲段河道、地勢突變的沿河村落該防洪能力評價方法有待改進。建議按保守的原則進行抉擇：即選擇兩個需要抉擇的橫斷面上游側(cè)橫斷面到控制斷面的河道長度作為Li，圖4中案例，可按橫斷面1到控制斷面的Li取值。

圖4　某村衛(wèi)星地貌

b.沿河村落的防洪能力評價實質(zhì)上屬于三維問題，該防洪能力評價方法是以控制斷面為基礎(chǔ)的，控制斷面的選擇對分析結(jié)果影響較大，而控制斷面的選擇在實際調(diào)查中有一定隨機性，故而控制斷面定位時需要相當(dāng)謹(jǐn)慎。

c.防洪能力評價方法中，沿岸的房屋原則上應(yīng)當(dāng)使用洪水水面坡降進行高程轉(zhuǎn)換，這里以較為方便測量的河底坡降作為轉(zhuǎn)換參數(shù)會略有誤差，尤其是多彎折段河道，凹岸側(cè)往往會有雍水現(xiàn)象，應(yīng)用上述方法偏于危險，因此，對于歷史洪痕比較明顯的村落，建議優(yōu)先使用歷史洪痕坡降作為J，若使用河底坡降作為J時，建議對凹岸側(cè)的房屋在高程轉(zhuǎn)換時，位于控制斷面上游側(cè)的房屋J可乘以略大于1的系數(shù)，在控制斷面下游側(cè)的房屋J可微乘以略小于1的系數(shù)。

d.預(yù)警指標(biāo)是在成災(zāi)水位、預(yù)警時段及土壤含水量的基礎(chǔ)上分析的，因此，對于上述三者取值時應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎。對于土壤含水量的計算，若資料缺乏，可采用前期降雨對流域土壤含水量進行估算，推薦采用流域最大蓄水量估算法。

3.2注意之處

a.控制斷面即最危險的橫斷面選取，關(guān)系到分析評價的質(zhì)量，選取時應(yīng)謹(jǐn)慎，尤其注意橋梁、堰壩等阻水處。

b.房屋高程在進行轉(zhuǎn)換時，若河岸后排房屋高程低于前排房屋，應(yīng)將后排房屋高程按照前排房屋的高程進行轉(zhuǎn)換。

c.預(yù)警指標(biāo)分析中，準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移指標(biāo)是在立即轉(zhuǎn)移指標(biāo)基礎(chǔ)上折減所得，在折減過程中應(yīng)考慮河谷形態(tài)、洪水上漲速度、預(yù)警響應(yīng)時間等因素，出現(xiàn)不利情況時可略微增大折減系數(shù)。

4　結(jié)　語

本文以樂清市山洪分析評價為例，對山洪災(zāi)害評價與分析的流程做簡要敘述，并給出了基于水位-流量-人口關(guān)系的防洪能力評價方法和基于水位流量反推法的雨量預(yù)警指標(biāo)分析。通過對樂清市大量的山洪災(zāi)害調(diào)查與分析評價，從房屋高程轉(zhuǎn)換參數(shù)Li的取值問題、控制斷面的選取、防洪能力評價中坡降J的取值及預(yù)警指標(biāo)，提出了建議改進和注意之處，對其他地區(qū)及以后的山洪災(zāi)害分析、預(yù)警具有重要的參考價值。

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On analysis and evaluation methods of mountain torrent disaster

LOU Jun1, LI Shaoming2, LIU Yong3

(1. Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology , Hangzhou 311231, China;2.HangzhouWaterResourcesPlanningResearchandTechnologyPromotionCenter,Hangzhou310016,China;3.TianjinUniversityStateKeyLaboratoryofHudraulicEngineeringSimulationandSafty,Tianjin300072,China)

In the paper, the mountain torrent analysis and evaluation of Leqing are adopted as examples for providing mountain torrent disaster analysis and evaluation process, which based on the flood control capacity evaluation method of water level back-stepping method. Precautions and improvement measures in mountain torrent disaster analysis are proposed after a large number of field works. It has important reference value for future mountain torrent disaster analysis and early warning in other areas.

mountain torrent disaster; analysis and evaluation; methods

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.08.014

TV212.5+3

A

1005- 4774(2016)08- 0059- 04