紫陽縣蛛溪河流域山洪災(zāi)害預(yù)警淺析

鄭太林

(陜西省地下水管理監(jiān)測局，陜西 西安 710003)

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紫陽縣蛛溪河流域山洪災(zāi)害預(yù)警淺析

鄭太林

(陜西省地下水管理監(jiān)測局，陜西 西安 710003)

紫陽縣蛛溪河系漢江上游的二級支流，境內(nèi)山高坡陡，河流眾多，特殊的地理位置導(dǎo)致暴雨山洪災(zāi)害頻發(fā)。通過對蛛溪河流域的山洪災(zāi)害調(diào)查分析、計(jì)算、評價(jià)，對區(qū)域進(jìn)行危險(xiǎn)區(qū)劃分，依據(jù)危險(xiǎn)區(qū)等級和下墊面條件提出山洪預(yù)警指標(biāo)，通過降雨量測報(bào)提前預(yù)警，可保障沿河村落的防汛保安工作，做到防范在先、撤離有序。

山洪災(zāi)害；洪水計(jì)算；水位流量關(guān)系；預(yù)警雨量；臨界值

蛛溪河是任河左岸一級支流，發(fā)源于陜西鎮(zhèn)巴縣星子山三叉河，境內(nèi)山高坡陡，支流眾多，上游稱白河，在縣境內(nèi)斑竹園與瓦廟河匯流。流經(jīng)瓦廟、毛壩，在吳家壩匯入任河。

蛛溪河流域內(nèi)集鎮(zhèn)沿河兩岸建置，系典型的山區(qū)集鎮(zhèn)，由于當(dāng)?shù)赝恋刭Y源特缺，沿河村落人口居住密度相對較大。為減少洪災(zāi)損失，局部修建河堤，鄰河的路基和房屋基礎(chǔ)靠修建漿砌石擋墻擋水，其外形參差不齊、高低不平，防洪呈被動(dòng)局面。因此以瓦廟鎮(zhèn)堰塘村斷面為控制斷面，對流域暴雨洪水經(jīng)多種方法分析計(jì)算，得到不同頻率洪水流量和水位流量關(guān)系曲線，對河道防洪能力和該村的防洪現(xiàn)狀做出分析評價(jià)，確定防護(hù)對象的成災(zāi)水位和危險(xiǎn)區(qū)級別，從而根據(jù)不同的條件建立模型分析，擬定預(yù)警指標(biāo)和撤離方案。

1　概況

任河發(fā)源于重慶市城口縣的大巴山南麓的大燕山，是漢江右岸最大一級支流，也是唯一發(fā)源于大巴山南麓的一條支流。蛛溪河是任河左岸一級支流，發(fā)源于鎮(zhèn)巴縣星子山三叉河，境內(nèi)山高坡陡，支流眾多，上游稱白河，在縣境內(nèi)斑竹園與瓦廟河匯流。流經(jīng)瓦廟、保坪、毛壩3鄉(xiāng)鎮(zhèn)，在吳家壩流入任河。全長41.1 km，流域面積161.69 km2。

高強(qiáng)度的降雨是引起山洪災(zāi)害的最主要原因之一。溪河洪水災(zāi)害的發(fā)生主要是強(qiáng)降雨迅速匯聚成強(qiáng)大的地表徑流所引起的。強(qiáng)降雨的局地性和短歷時(shí)雨強(qiáng)對洪水的產(chǎn)生起著重要作用，前期降雨直接關(guān)系著激發(fā)洪水的雨強(qiáng)和雨量，它可造成土體預(yù)先飽和，當(dāng)前期降雨較多時(shí)，激發(fā)洪水的雨強(qiáng)及雨量將降低。一般而言，洪水和降雨并不是同時(shí)發(fā)生，而是滯后于降雨，由溪河洪水誘發(fā)的災(zāi)害會(huì)隨著降雨歷時(shí)成正比增長。地形地質(zhì)因素也是引發(fā)山洪災(zāi)害的物質(zhì)基礎(chǔ)和潛在條件，影響著山洪災(zāi)害的特性和規(guī)模。

分析評價(jià)以流域內(nèi)瓦廟鎮(zhèn)堰塘村為對象，該村落依山傍水，沿河到呈帶狀分布，共12戶53人，房屋12座，距離河道水平距離5～212 m，按照近河就低原則確定基準(zhǔn)斷面，然后在其上下游各布置一條水文計(jì)算斷面，共計(jì)3條計(jì)算斷面形成的外包線覆蓋整個(gè)村莊。

2　暴雨洪水分析計(jì)算

暴雨分析計(jì)算包括確定和分析小流域時(shí)段雨量、暴雨頻率和暴雨時(shí)程分配3項(xiàng)內(nèi)容。瓦廟鎮(zhèn)堰塘村山洪災(zāi)害分析評價(jià)分析了這兩種歷時(shí)的設(shè)計(jì)暴雨。常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算分為設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)確定、設(shè)計(jì)暴雨雨量計(jì)算以及設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配計(jì)算3步。實(shí)用水文手冊[1]將安康地區(qū)分為3個(gè)暴雨相似區(qū)，蛛溪河流域?qū)俚谝槐┯陞^(qū)。根據(jù)所屬分區(qū)采用第一暴雨區(qū)的算法和參數(shù)。設(shè)計(jì)暴雨歷時(shí)采用24 h計(jì)算，暴雨計(jì)算成果見表1。

洪水分析計(jì)算是在假設(shè)暴雨洪水同頻的前提下，由上述暴雨量推求設(shè)計(jì)凈雨，即產(chǎn)流計(jì)算。瓦廟鎮(zhèn)堰塘村地處任河流域，總體來說降雨豐沛、氣候濕潤、植被較好、洪水過程的漲落極不對稱，產(chǎn)流模式為“蓄滿產(chǎn)流”。采用降雨徑流相關(guān)法進(jìn)行產(chǎn)流計(jì)算，建立降雨量加前期影響雨量與降雨量h的“H面+Ha—h”相關(guān)線，見圖1。為Ⅲ江南產(chǎn)流區(qū)，查出相應(yīng)的累計(jì)時(shí)程凈雨量h，再將時(shí)程凈雨量進(jìn)行遞減求得時(shí)段凈雨量，將時(shí)段凈雨量按大小次序進(jìn)行疊加可求得累積凈雨量。

防災(zāi)對象的典型頻率設(shè)計(jì)洪水采用多種方法進(jìn)行計(jì)算，即推理公式法、經(jīng)驗(yàn)公式(包括洪峰面積相關(guān)法和綜合參數(shù)法)、單位線法(部分地區(qū)采用水文比擬法計(jì)算)進(jìn)行計(jì)算。

圖2　瓦廟鎮(zhèn)堰塘村小流域單位線

防災(zāi)對象分布式模型根據(jù)《山洪災(zāi)害調(diào)查評價(jià)小流域劃分及技術(shù)屬性提取技術(shù)要求》的分析成果確定出該流域的時(shí)段單位線信息，將此單位線與凈雨分析成果進(jìn)行卷積計(jì)算即可得到設(shè)計(jì)洪水過程。

瓦廟鎮(zhèn)堰塘村小流域?yàn)榉罏?zāi)對象，經(jīng)多種方法計(jì)算的洪水成果，對比分析后確定該村控制斷面各頻率(重現(xiàn)期)設(shè)計(jì)洪水的洪峰、洪量、上漲歷時(shí)、洪水歷時(shí)等洪水要素見表2。將控制斷面各頻率洪峰水位、人口等信息匯總，得控制斷面水位-流量-人口關(guān)系表3。

圖3　瓦廟鎮(zhèn)堰塘村防洪現(xiàn)狀評價(jià)圖

3　現(xiàn)狀防洪能力評價(jià)

根據(jù)瓦廟鎮(zhèn)堰塘村測量資料，河床呈U型，根據(jù)橫斷面形狀、住戶地坪高程、水位以及住戶在工作地圖上的位置等情況確定成災(zāi)水位為473.54 m，并將其按比降轉(zhuǎn)換到各斷面上相應(yīng)的成災(zāi)水位；從控制斷面水位流量關(guān)系曲線插值可得成災(zāi)水位對應(yīng)的成災(zāi)流量為548 m3/s ，防洪能力為13 a一遇。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查瓦廟鎮(zhèn)堰塘村的人口高程分布關(guān)系，統(tǒng)計(jì)成災(zāi)水位及其他特征水位、各頻率設(shè)計(jì)洪水位下的累計(jì)人口和房屋數(shù)，繪制防洪現(xiàn)狀評價(jià)見圖3。根據(jù)防洪現(xiàn)狀評價(jià)圖，結(jié)合控制斷面水位流量關(guān)系特點(diǎn)，綜合確定沿河村落、集鎮(zhèn)和城鎮(zhèn)等防災(zāi)對象的現(xiàn)狀防洪能力。

危險(xiǎn)區(qū)范圍采用100 a一遇設(shè)計(jì)洪水位淹沒范圍以內(nèi)的居民區(qū)域。危險(xiǎn)區(qū)等級劃分方法是根據(jù)5 a一遇、20 a一遇、100 a一遇的洪水位，確定為極高危險(xiǎn)區(qū)、高危險(xiǎn)區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)，見圖4。

圖4　瓦廟鎮(zhèn)堰塘村危險(xiǎn)區(qū)劃分圖

4　預(yù)警分析

預(yù)警時(shí)段指雨量預(yù)警指標(biāo)中采用的最典型的降雨歷時(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。

根據(jù)瓦廟鎮(zhèn)堰塘村的實(shí)際情況，選取最小預(yù)警時(shí)段1 h至流域匯流時(shí)間為防災(zāi)對象的典型預(yù)警時(shí)段。用成災(zāi)水位反推流量，由流量反推降雨。重點(diǎn)通過分析成災(zāi)水位、預(yù)警時(shí)段、土壤含水量等，計(jì)算得到防災(zāi)對象的臨界雨量，根據(jù)臨界雨量和預(yù)警響應(yīng)時(shí)間綜合確定雨量預(yù)警指標(biāo)，并分析成果的合理性。

采用流域最大蓄水量估算法計(jì)算土壤含水量。本次計(jì)算采用Pa=0.2 Wm、Pa=0.5 Wm、Pa=0.8 Wm三個(gè)臨界值對前期降雨很少、中等、很多三種情況的前期降雨進(jìn)行界定，代表流域土壤較干(Pa≤0.2 Wm)、一般(Pa=0.5 Wm)以及較濕(Pa≥0.8 Wm)三種情況。流域最大蓄水量Wm取值100 mm。

表2　瓦廟鎮(zhèn)堰塘村小流域控制斷面設(shè)計(jì)洪水成果表

表3　瓦廟鎮(zhèn)堰塘村小流域控制斷面水位～流量～人口關(guān)系表

準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移臨界流量的確定與計(jì)算立即轉(zhuǎn)移指標(biāo)時(shí)相應(yīng)的洪水過程密切相關(guān)，既不能簡單的采用最長降雨歷時(shí)的洪水過程線進(jìn)行分析，也不能采用最短降雨歷時(shí)的洪水過程線進(jìn)行分析。從最大限度的保護(hù)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全的角度考慮，并使計(jì)算性能穩(wěn)定，這里取根據(jù)各預(yù)警時(shí)段的洪水過程線計(jì)算出的準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移流量的最小值。確定好準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移流量后，準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移指標(biāo)計(jì)算的步驟和流程與計(jì)算立即轉(zhuǎn)移指標(biāo)的方法類似。

臨界雨量是由成災(zāi)水位反推獲得，該村的立即轉(zhuǎn)移雨量指標(biāo)直接采用臨界雨量值，可從洪水反算到降雨得出；基于立即轉(zhuǎn)移指標(biāo)確定準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移雨量時(shí)，我們在洪水過程線上，按成災(zāi)水位的流量出現(xiàn)前的60 min左右對應(yīng)的流量，反算得到相應(yīng)的時(shí)段雨量，將該雨量作為準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移雨量指標(biāo)。

表4　瓦廟鎮(zhèn)堰塘村雨量預(yù)警值表

表5　瓦廟鎮(zhèn)堰塘村轉(zhuǎn)移指標(biāo)計(jì)算成果表

5　結(jié)語

各種方法計(jì)算的預(yù)警雨量見表6，理論公式的預(yù)警值普遍比推理公式所得的結(jié)果小，但是在誤差的允許范圍內(nèi)，沒有發(fā)生較大偏差，計(jì)算的預(yù)警成果合理可靠。

針對瓦廟鎮(zhèn)堰塘村防災(zāi)對象進(jìn)行了小流域暴雨洪水特征分析、防洪現(xiàn)狀評價(jià)、山洪危險(xiǎn)區(qū)劃分和危險(xiǎn)區(qū)圖繪制、預(yù)警指標(biāo)分析計(jì)算，獲得了沿河村落的現(xiàn)狀防洪能力、各級危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的人口和房屋、預(yù)警指標(biāo)等信息。從資料需求與評估、計(jì)算方法與流程、結(jié)果展示等方面建

立了山洪災(zāi)害分析評價(jià)的方法框架，為山洪災(zāi)害防治提供了技術(shù)支撐，綜合提高山洪災(zāi)害防治能力具有重要作用。

表6　瓦廟鎮(zhèn)堰塘村預(yù)警指標(biāo)成果匯總表

[1]安康地區(qū)水電局.安康地區(qū)實(shí)用水文手冊.1983.

[2]陜西省水利水土保持廳.陜西省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集.1985.

[3]陜西省水文總站.陜西省洪水調(diào)查資料.1981.

[4]紫陽縣志編撰委員會(huì).紫陽縣志.1995.

[5]陜西省水文水資源技術(shù)工程公司.安康市紫陽縣山洪災(zāi)害分析評價(jià)報(bào)告[R].2016.

[6]國家防辦山洪災(zāi)害項(xiàng)目組.山洪災(zāi)害分析評價(jià)技術(shù)要求.2015.

[7]國家防辦山洪災(zāi)害項(xiàng)目組.山洪災(zāi)害分析評價(jià)方法技術(shù)指南.2015.

[8]陜西省防辦山洪災(zāi)害項(xiàng)目組.陜西省山洪災(zāi)害調(diào)查評價(jià)工作方案[R].2015.

2016-03-14

鄭太林(1978-)，男，陜西紫陽人，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)和水資源管理工作。

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1004-1184(2016)05-0138-03