金沙江下游地區(qū)山洪災(zāi)害防治非工程措施適宜性評(píng)價(jià)

許文濤，張平倉，任斐鵬，董林垚

（1.長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院，430010，武漢；2.水利部山洪地質(zhì)災(zāi)害防治工程技術(shù)研究中心，430010，武漢）

金沙江下游地區(qū)山洪災(zāi)害防治非工程措施適宜性評(píng)價(jià)

許文濤1，2，張平倉1，2，任斐鵬1，2，董林垚1，2

（1.長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院，430010，武漢；2.水利部山洪地質(zhì)災(zāi)害防治工程技術(shù)研究中心，430010，武漢）

金沙江下游山洪災(zāi)害頻發(fā)，其非工程措施適宜性評(píng)價(jià)對(duì)山洪災(zāi)害防治具有顯著意義。通過研究金沙江下游典型區(qū)水文、氣象和山洪災(zāi)害防治非工程措施資料，結(jié)合實(shí)地河道斷面測(cè)量，對(duì)當(dāng)前金沙江下游山洪災(zāi)害非工程措施適宜性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

山洪災(zāi)害；非工程措施；金沙江；預(yù)警指標(biāo)

云南省大關(guān)縣地處金沙江下游、云貴高原東北角，受境內(nèi)洛澤河（金沙江右岸一級(jí)支流）、灑漁河、大關(guān)河、高橋河、木桿河深切割，形成山高、谷深、坡陡流急、懸崖峭壁多的侵蝕地貌，地勢(shì)南高北低，西高東低，呈南西向北東傾斜。由于幾大支流的切割和地層斷裂的影響，境內(nèi)山高坡陡，河谷幽深，垂直起伏很大，山多平地少，相對(duì)高差大，造成山洪災(zāi)害頻發(fā)。1960—2015年，記錄中造成重大損失的山洪災(zāi)害共9次。由于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)及地形因素制約，工程措施難以有效實(shí)施，因此非工程防治措施建設(shè)仍占主導(dǎo)地位。2015年4月30日—5 月10日，筆者對(duì)該地區(qū)進(jìn)行實(shí)地山洪災(zāi)害調(diào)查，結(jié)合查閱有關(guān)水文氣象資料，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域暴雨時(shí)空分布十分不均，非工程措施沒有形成全覆蓋，監(jiān)測(cè)信息依靠人工來觀察，非工程措施未有效發(fā)揮作用。

基于以上現(xiàn)狀，本研究以全國(guó)山洪災(zāi)害防治項(xiàng)目組制定的山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)方法為基礎(chǔ)，結(jié)合大關(guān)縣山洪災(zāi)害頻發(fā)區(qū)域?qū)嵉卣{(diào)查實(shí)際情況，對(duì)大關(guān)縣非工程措施合理性、適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

一、研究區(qū)和評(píng)價(jià)方法

1.研究區(qū)概況

大關(guān)縣位于東經(jīng)103°43′～104°07′，北緯27°36′～28°15′，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，干雨季分明，5—10月是雨熱同季的雨季，氣溫高，雨量豐沛（占全年降水量的88.1%），濕度大，多年平均降水量985.9 mm。但是，該縣降水時(shí)空分布極其不均勻，在地域分布上，高山地區(qū)大于河谷地區(qū)，海拔每增加100 m，年降水量即增加30 mm左右。降水規(guī)律是順河流兩岸沿高程的增加而增加，該縣多年平均降雨從河谷到高山為800～1 200 mm。由于大關(guān)縣每年5—10月降水量占全年降水量的主要部分，加之各小流域多為山區(qū)特性小流域，面積小，河長(zhǎng)短，河道比降大，因此遇到較大降水極易發(fā)生山洪、泥石流等山洪災(zāi)害。

山洪災(zāi)害防治縣級(jí)非工程措施建設(shè)主要包括水雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、縣級(jí)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)、預(yù)警系統(tǒng)以及群測(cè)群防組織體系建設(shè)等四大內(nèi)容。通過建設(shè)實(shí)用可靠的水雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，擴(kuò)大山洪災(zāi)害易發(fā)區(qū)水雨情收集的信息量，為預(yù)警預(yù)報(bào)、防災(zāi)減災(zāi)提供準(zhǔn)確的基本信息。該區(qū)域具體站點(diǎn)布設(shè)情況為自動(dòng)監(jiān)測(cè)站5處，自動(dòng)雨量站14處，無線預(yù)警廣播站61處，簡(jiǎn)易雨量站57處，簡(jiǎn)易水位站7處。

2.分析評(píng)價(jià)方法

根據(jù)該縣水雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信息，結(jié)合對(duì)沿河村落的實(shí)地調(diào)查資料，該區(qū)域河道內(nèi)自動(dòng)水位觀測(cè)站、簡(jiǎn)易水文站較少，主要以雨量觀測(cè)為主，因此確定該區(qū)域非工程適宜性標(biāo)準(zhǔn)類別以雨量預(yù)警為主。預(yù)警等級(jí)分為立即轉(zhuǎn)移和準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移兩個(gè)級(jí)別，由防洪評(píng)價(jià)現(xiàn)狀分析可知，立即轉(zhuǎn)移指標(biāo)以控制斷面當(dāng)前的致災(zāi)水位 （流量）作為臨界值；而準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移指標(biāo)則根據(jù)設(shè)計(jì)洪水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行估算，考慮到洪水漲速及河谷地形等因素，以洪水距離河堤20 cm處為準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移指標(biāo)。

研究通過計(jì)算小流域臨界雨量值與設(shè)定閾值進(jìn)行比較分析，利用GIS模型將各個(gè)時(shí)段的臨界雨量分布與全縣雨量站布設(shè)位置及疏密程度進(jìn)行比對(duì)，對(duì)全縣山洪災(zāi)害非工程措施進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)。

（1）典型區(qū)選取

在進(jìn)行大關(guān)縣實(shí)地山洪災(zāi)害調(diào)查過程中，發(fā)現(xiàn)部分當(dāng)?shù)厝藛T把滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域與山洪災(zāi)害影響區(qū)域混雜，影響對(duì)該縣的適宜性評(píng)價(jià)。因此，結(jié)合實(shí)際情況和山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)要求，篩選出143個(gè)自然村作為山洪災(zāi)害調(diào)查防治區(qū)，其中78個(gè)自然村為重點(diǎn)防治區(qū)。對(duì)防治區(qū)進(jìn)行當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)、歷史山洪災(zāi)害調(diào)查，小流域基本信息復(fù)核以及水雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)站點(diǎn)位置復(fù)查；重點(diǎn)防治區(qū)除了上述調(diào)查任務(wù)，還增加了受山洪災(zāi)害威脅的沿河居民房屋測(cè)量和河道斷面測(cè)量，其中房屋測(cè)量?jī)?nèi)容為確定房屋的經(jīng)緯度和高程，河道斷面測(cè)量?jī)?nèi)容為測(cè)量沿河村落1個(gè)縱斷面和2～3個(gè)橫斷面、控制斷面，測(cè)量控制斷面附近居民區(qū)域成災(zāi)水位和歷史最高水位。根據(jù)地形地貌、溝河分布、居民居住情況，通過查勘詢問溝道歷史洪痕，綜合分析山洪災(zāi)害發(fā)生類型、程度和影響范圍，合理劃分受山洪威脅區(qū)域，選取該小流域的典型區(qū)。

（2）臨界雨量計(jì)算

一個(gè)流域或區(qū)域的臨界雨量是指，在該流域或區(qū)域內(nèi)降水量達(dá)到或超過某一量級(jí)時(shí)，發(fā)生溪河洪水、泥石流、滑坡等山洪災(zāi)害的降雨量。在河道防洪標(biāo)準(zhǔn)（頻率）與山洪災(zāi)害發(fā)生頻率基本相同的前提下，以5年一遇雨量作為準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移指標(biāo)，10年一遇雨量作為立即轉(zhuǎn)移指標(biāo)，選取典型區(qū)控制斷面作為計(jì)算該區(qū)域臨界雨量的計(jì)算斷面，通過典型區(qū)房屋測(cè)量與河道斷面測(cè)量，利用水文方法反推各個(gè)典型區(qū)洪水頻率，再計(jì)算出各個(gè)典型區(qū)1 h、6 h、24 h臨界雨量值，即式（1）所示：

其中Ri為各時(shí)段臨界雨量值；H為各時(shí)段多年雨量平均值；Kp為頻率為P時(shí)的模比系數(shù)，即某一時(shí)段內(nèi)的徑流模數(shù)與較長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)的平均徑流模數(shù)的比值；a為點(diǎn)面暴雨轉(zhuǎn)換系數(shù)。模比系數(shù)Kp的計(jì)算如式（2）所示：

式中Cv為變差系數(shù)，反映各次值與多年平均值的相對(duì)大小，Cs偏差系數(shù)反映各次值的偏差情況，與當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢?、降雨、地形、地貌、植被及匯水面積等因素有關(guān)，Pn為暴雨重現(xiàn)期。

二、結(jié)果和討論

1.預(yù)警指標(biāo)適宜性

（1）預(yù)警指標(biāo)設(shè)定

預(yù)警指標(biāo)是指能夠?qū)ι胶闉?zāi)害發(fā)生提前發(fā)出警報(bào)，并采取相應(yīng)防御措施的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)山洪預(yù)警指標(biāo)多采用《國(guó)家防辦預(yù)案編制大綱》里“統(tǒng)計(jì)歸納法”的臨界雨量，通過天氣預(yù)報(bào)和降雨實(shí)際情況，確定山洪發(fā)生的可能性。臨界雨量是一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，更是山洪預(yù)警預(yù)報(bào)的可靠依據(jù)。臨界雨量預(yù)警指標(biāo)的確定主要根據(jù)歷史降雨和洪水情況，結(jié)合該區(qū)域進(jìn)行的山洪災(zāi)害調(diào)查實(shí)踐和地形、地貌、植被土壤類型等因素，計(jì)算出各個(gè)小流域或自然村級(jí)臨界雨量。

由于該縣山洪災(zāi)害歷史資料不夠詳細(xì)，暴雨資料及災(zāi)害調(diào)查資料有限，且能與有短歷時(shí)降雨資料記錄對(duì)應(yīng)的極少，故各小流域或自然村級(jí)的臨界雨量主要采用“云南省山洪災(zāi)害規(guī)劃”的劃分等級(jí)。云南省山洪災(zāi)害場(chǎng)次統(tǒng)計(jì)是按照縣級(jí)行政區(qū)劃分，典型區(qū)按對(duì)應(yīng)雨量站分布較好的50個(gè)縣，分析確定各典型區(qū)、各歷時(shí)、各級(jí)臨界雨量，采取綜合分析推求得到云南省各時(shí)段臨界雨量分布圖，大關(guān)縣依據(jù)該成果初步確定預(yù)警指標(biāo)。通過收集該縣氣象部門資料，得到大關(guān)縣實(shí)測(cè)多年平均最大1 h、6 h、24 h暴雨量為41.7 mm、66.8 mm、84.4 mm；歷年實(shí)測(cè)最大1 h、6 h、24 h暴雨量69.9 mm、129.6 mm、136.8 mm。根據(jù)上述成果得到大關(guān)縣山洪災(zāi)害預(yù)警雨量設(shè)定值（表1）。

（2）預(yù)警指標(biāo)適宜性評(píng)價(jià)

通過計(jì)算得出該縣78個(gè)山洪災(zāi)害典型區(qū)10 min、1 h、6 h、24 h臨界雨量值，與設(shè)定預(yù)警指標(biāo)進(jìn)行分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)預(yù)警指標(biāo)設(shè)置基本符合該縣實(shí)際情況，94.5%的典型區(qū)域都在設(shè)定的預(yù)警指標(biāo)范圍內(nèi)，如圖1所示。1 h、6 h、24 h臨界雨量在大于等于設(shè)定值范圍30 mm、40 mm、60 mm內(nèi)，基本符合臨界雨量值要求。根據(jù)圖中所示，局部地區(qū)的臨界雨量出現(xiàn)較大偏差，考慮到地形地貌、人口密度等因素進(jìn)行特殊處理，出現(xiàn)偏差原因主要為以下幾個(gè)方面：①所在溝道坡降大，匯水快；②下墊面土壤含水量較高，降雨后容易快速產(chǎn)流；③溝深河谷地帶，河谷為深V字形；④典型區(qū)所測(cè)房屋高程偏低，部分直接修建在河床上。

在臨界雨量分析計(jì)算時(shí)，從受威脅對(duì)象出發(fā)，沿控制斷面推算臨界雨量與設(shè)置閾值進(jìn)行對(duì)比，而監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)則是反過來根據(jù)測(cè)站實(shí)時(shí)降雨量來分析判斷可能受威脅的對(duì)象。一般情況下，山洪監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)雨量站點(diǎn)最近1 h、3 h、6 h、24 h等特征時(shí)段的降雨量，并針對(duì)每一控制斷面與上游關(guān)聯(lián)的測(cè)站實(shí)時(shí)計(jì)算控制斷面上游相應(yīng)時(shí)段的平均雨量，與控制斷面臨界雨量進(jìn)行比對(duì)，從而判斷山洪發(fā)生的可能性，確定受威脅的對(duì)象。因此，典型區(qū)域雨量站的布設(shè)直接影響到山洪災(zāi)害判斷的實(shí)時(shí)性及有效性。

表1　大關(guān)縣山洪災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)設(shè)定值

圖1　各個(gè)典型區(qū)臨界降雨量分析

圖2　山洪災(zāi)害典型區(qū)各時(shí)段臨界雨量　（單位：mm）

2.監(jiān)測(cè)體系適宜性評(píng)價(jià)

圖2為不同時(shí)段的臨界雨量圖，結(jié)合全縣的雨量站分布情況研究發(fā)現(xiàn)：①部分人口密度較大的區(qū)域如壽山鄉(xiāng)中部、玉碗鎮(zhèn)全部、高橋鄉(xiāng)東西部，其簡(jiǎn)易雨量站布設(shè)薄弱，對(duì)水雨情監(jiān)測(cè)不到位。②臨界雨量值大小影響山洪災(zāi)害預(yù)警判斷，圖中臨界雨量值偏小的區(qū)域如壽山鄉(xiāng)西部、天星鎮(zhèn)中北部受山洪威脅程度高，極易發(fā)生災(zāi)害，需注意及時(shí)做好防汛轉(zhuǎn)移工作，在布設(shè)非工程措施時(shí)也需要重點(diǎn)關(guān)注；對(duì)于臨界值偏大的區(qū)域，預(yù)警指標(biāo)設(shè)定采用均一值，會(huì)造成誤報(bào)和資源的浪費(fèi)，如木桿鎮(zhèn)大部、翠華鎮(zhèn)西北部等區(qū)域的受威脅程度低，可適當(dāng)減少雨量站布設(shè)，同時(shí)在進(jìn)行預(yù)警過程中可放寬預(yù)警范圍。③圖中所示壽山鄉(xiāng)東部、吉利鎮(zhèn)西南部的雨量站布設(shè)密集，而此區(qū)域的人口密度不高，可適當(dāng)刪減雨量站布設(shè)站點(diǎn)。

［1］邱瑞田.山洪災(zāi)害防治縣級(jí)非工程措施項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)展及成效［J］.中國(guó)水利，2012（23）.

［2］倪祺，張雅麗.非工程措施在鎮(zhèn)級(jí)（山區(qū)）山洪災(zāi)害防治中的應(yīng)用——以陜西省巡檢鎮(zhèn)為例［J］.農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究，2014（4）.

［3］陳桂亞，袁雅鳴，等.山洪災(zāi)害防治水文氣象站網(wǎng)布設(shè)研究［J］.中國(guó)水利，2007（14）.

［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）.

責(zé)任編輯董明銳

Suitability evaluation of non-structural measures for mountain flood reduction in downstream areas of Jinshajiang River

Xu Wentao，Zhang Pingcang，Ren Feipeng，Dong Linyao

Due to the frequent mountain flood disasters，suitability evaluation of non-structural measures in downstream of Jinshajiang River has a great significance.Therefore，evaluation is conducted on non-structural measures for mountain flood reduction in representative downstream areas of Jinshajiang River，through analysis of hydrology and climate data as well as prevention measures and section measurement of local river courses.

mountain flood disaster；non-structural measure；Jinshajiang River；early-warning indicator

TV877

B

1000-1123（2016）03-0050-03

2015-10-09

許文濤，在讀研究生。