方山縣防洪現(xiàn)狀評(píng)價(jià)研究

劉曉麗

（呂梁市水文水資源勘測(cè)分局圪洞水文站）

1 資料和方法

1.1 區(qū)域概況

方山縣地處山西省西部，黃河一級(jí)支流三川河流域北川河上游。全縣國(guó)土總面積977 km2，總?cè)丝?3.0萬(wàn)人，轄2鄉(xiāng)5鎮(zhèn)，共169個(gè)行政村，270個(gè)自然村。全縣耕地總面積1.71萬(wàn)hm2。屬暖溫帶大陸性干旱、半干旱季風(fēng)氣候，四季變化較明顯，春季干燥多風(fēng)，夏季炎熱少雨，秋季陰雨連綿，冬季干燥寒冷。

目前，方山縣山洪災(zāi)害防治非工程措施項(xiàng)目已基本建設(shè)完成，其中包括自動(dòng)監(jiān)測(cè)站29處，簡(jiǎn)易雨量站94處，簡(jiǎn)易水位站5處，無(wú)線(xiàn)預(yù)警廣播101處。布設(shè)的這些站點(diǎn)，構(gòu)成了全縣山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警體系站網(wǎng)；建成的1個(gè)縣級(jí)預(yù)警平臺(tái)和7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)預(yù)警設(shè)施，組成了從預(yù)警平臺(tái)到重點(diǎn)防治區(qū)域的報(bào)警體系。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及分析方法

本項(xiàng)研究所采用的數(shù)據(jù)以2011年為藍(lán)本，依據(jù)水利普查及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查所得。文中設(shè)計(jì)暴雨和設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，均采用《山西省水文計(jì)算手冊(cè)》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《水文手冊(cè)》）中的方法，其中設(shè)計(jì)暴雨采用間接法計(jì)算，設(shè)計(jì)洪水采用流域模型法計(jì)算。

2 設(shè)計(jì)暴雨與洪水

2.1 設(shè)計(jì)暴雨

采用《水文手冊(cè)》中推薦的間接法，對(duì)本縣49個(gè)沿河村莊進(jìn)行設(shè)計(jì)暴雨的計(jì)算。依據(jù)《山西省山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)技術(shù)大綱》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《大綱》）規(guī)定，暴雨歷時(shí)確定為10 min、60 min、6 h、24 h和3 d共5種，暴雨頻率為1%、2%、5%、10%和20%，其對(duì)應(yīng)的暴雨重現(xiàn)期為100 a一遇、50 a一遇、20 a一遇、10 a一遇和5 a一遇。

從水文分區(qū)來(lái)看，方山縣位于山西省水文分區(qū)的西區(qū)，采用《水文手冊(cè)》中西區(qū)主雨日24 h雨型模板為設(shè)計(jì)雨型。計(jì)算的方法步驟為：

（1）首先，在《水文手冊(cè)》中各標(biāo)準(zhǔn)歷時(shí)點(diǎn)暴雨和統(tǒng)計(jì)參數(shù)等值線(xiàn)圖上，讀取典型歷時(shí)的點(diǎn)暴雨均值和Cv值。

（2）然后，根據(jù)讀取的Cv值和各歷時(shí)點(diǎn)暴雨均值，計(jì)算不同頻率下各標(biāo)準(zhǔn)歷時(shí)的設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量。

（3）接著，根據(jù)點(diǎn)面折減系數(shù)，計(jì)算不同頻率下各標(biāo)準(zhǔn)歷時(shí)的設(shè)計(jì)面雨量。

（4）最后，根據(jù)設(shè)計(jì)雨型計(jì)算設(shè)計(jì)暴雨的時(shí)程分配。

2.2 設(shè)計(jì)洪水

采用《水文手冊(cè)》中推薦的雙曲正切模型進(jìn)行設(shè)計(jì)凈雨計(jì)算，凈雨過(guò)程采用變損失率推理扣損法計(jì)算；采用流域模型法對(duì)全縣的沿河村莊進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，匯流時(shí)間采用水文模型法確定分析。根據(jù)《大綱》規(guī)定，假設(shè)設(shè)計(jì)洪水與設(shè)計(jì)暴雨同頻率，設(shè)計(jì)洪水的頻率亦為1%、2%、5%、10%和20%，其對(duì)應(yīng)的洪水重現(xiàn)期為100 a一遇、50 a一遇、20 a一遇、10 a一遇和5 a一遇。設(shè)計(jì)洪水通過(guò)設(shè)計(jì)暴雨推求。

3 防洪現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

3.1 評(píng)價(jià)方法

現(xiàn)狀防洪能力評(píng)價(jià)，主要是在設(shè)計(jì)洪水分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)水面線(xiàn)分析成果，劃定危險(xiǎn)區(qū)范圍；并根據(jù)實(shí)測(cè)的居民戶(hù)高程信息，統(tǒng)計(jì)各沿河村落5個(gè)典型頻率設(shè)計(jì)洪水位下的累計(jì)戶(hù)數(shù)、人口，獲得水位-流量-人口關(guān)系，進(jìn)而綜合評(píng)價(jià)現(xiàn)狀防洪能力。針對(duì)防災(zāi)對(duì)象，主要評(píng)價(jià)內(nèi)容包括：成災(zāi)水位與控制斷面確定、控制斷面水位-流量關(guān)系曲線(xiàn)、成災(zāi)水位對(duì)應(yīng)的洪峰流量頻率分析、水位-流量-人口關(guān)系統(tǒng)計(jì)等四部分。

3.1.1 成災(zāi)水位與控制斷面的確定

對(duì)比臨河一側(cè)居民戶(hù)的高程與沿河村莊河段水面線(xiàn)，確定成災(zāi)水位。具體方法如下：

（1）根據(jù)各設(shè)計(jì)頻率洪水的淹沒(méi)范圍，確定可能威脅到居民戶(hù)的最小設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期。

（2）將該重現(xiàn)期設(shè)計(jì)洪水可能淹沒(méi)的臨河一側(cè)居民戶(hù)，投影到縱斷面上，繪制出居民戶(hù)高程與該重現(xiàn)期設(shè)計(jì)洪水水面線(xiàn)的對(duì)比示意圖，居民戶(hù)低于水面線(xiàn)的即代表被淹沒(méi)。

（3）距離該洪水水面線(xiàn)最遠(yuǎn)的居民戶(hù)高程，即為成災(zāi)水位；距離該居民戶(hù)最近的橫斷面，即為控制斷面。

3.1.2 控制斷面水位-流量關(guān)系曲線(xiàn)

確定控制斷面水位-流量關(guān)系曲線(xiàn)時(shí)，如有實(shí)測(cè)的相關(guān)資料或成果，可優(yōu)先采用。對(duì)于無(wú)資料地區(qū)，利用各頻率水面線(xiàn)分析成果，繪制控制斷面-水位流量關(guān)系曲線(xiàn)。方山縣各沿河村莊控制斷面均無(wú)實(shí)測(cè)資料，控制斷面的水位-流量關(guān)系計(jì)算具體方法如下：

（1）對(duì)于控制斷面為河道的，根據(jù)不同頻率的設(shè)計(jì)洪峰流量，應(yīng)用水面線(xiàn)軟件計(jì)算沿河村莊的水面線(xiàn)，統(tǒng)計(jì)生成控制斷面水位-流量關(guān)系曲線(xiàn)。其中，河道比降數(shù)據(jù)采用省測(cè)繪院提供的縱斷面數(shù)據(jù)，橫斷面數(shù)據(jù)為修正后的省測(cè)繪院提供的數(shù)據(jù)，糙率根據(jù)各沿河村莊實(shí)際狀況選取。

（2）對(duì)于控制斷面為涉水工程的，如橋梁、涵洞等，采用水力學(xué)法計(jì)算其過(guò)水能力，將其作為致災(zāi)水位對(duì)應(yīng)的洪峰流量。因涉水工程水位-流量關(guān)系的影響因素較多，本次在其上下游選取與控制斷面相類(lèi)似的斷面，計(jì)算其相應(yīng)水位-流量關(guān)系。

3.1.3 成災(zāi)水位對(duì)應(yīng)的洪水頻率

成災(zāi)水位所對(duì)應(yīng)的洪水頻率，主要根據(jù)水位-流量關(guān)系曲線(xiàn)，推求成災(zāi)水位對(duì)應(yīng)的洪峰流量，利用洪峰流量頻率曲線(xiàn)采用插值法確定其頻率以及重現(xiàn)期。

3.1.4 水位-流量-人口關(guān)系

根據(jù)防災(zāi)對(duì)象5個(gè)典型頻率設(shè)計(jì)洪水對(duì)應(yīng)的水面線(xiàn)和省測(cè)繪院提取的沿河村莊居民戶(hù)高程，結(jié)合地形地貌與居民戶(hù)高程情況，勾繪劃定各頻率設(shè)計(jì)洪水淹沒(méi)范圍，并統(tǒng)計(jì)不同頻率設(shè)計(jì)洪水位下的累計(jì)人口和戶(hù)數(shù)。

3.2 典型村莊現(xiàn)狀防洪能力評(píng)價(jià)

武家莊村位于方山縣大武鎮(zhèn)的董河灘溝下游，控制斷面以上流域面積28.10 km2，河長(zhǎng)11.34 km，河道比降30.80‰。全村共65戶(hù)，135口人。該村沿河分布，村莊周邊主要河流為懂河灘溝。居民戶(hù)主要位于河流右岸，村莊緊鄰G209線(xiàn)，公路位于河道右側(cè)。

武家莊村附近河床為砂礫石河床，河槽較平整順直，斷面較齊整，水流較通暢，岸壁兩側(cè)均長(zhǎng)有雜草，灘地長(zhǎng)有雜草、小樹(shù)。綜合分析確定，武家莊村河段河槽糙率為0.025，灘地糙率為0.035。

圖1、圖2分別為武家莊村居民戶(hù)高程與水面線(xiàn)對(duì)比示意圖、控制斷面水位-流量關(guān)系曲線(xiàn)圖。

圖1 居民戶(hù)高程與水面線(xiàn)對(duì)比示意圖

圖2 控制斷面水位-流量關(guān)系曲線(xiàn)圖

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，該村成災(zāi)水位為1 075.06 m，對(duì)應(yīng)的成災(zāi)流量和重現(xiàn)期分別為425 m3/s和50 a；在極高危險(xiǎn)區(qū)和高危險(xiǎn)區(qū)范圍內(nèi)無(wú)居民居住；危險(xiǎn)區(qū)范圍內(nèi)有3戶(hù)，共15人。根據(jù)水位-流量關(guān)系曲線(xiàn)及成災(zāi)水位、各頻率設(shè)計(jì)洪水位下的人口、戶(hù)數(shù)統(tǒng)計(jì)信息，繪制該村的防洪現(xiàn)狀評(píng)價(jià)圖（圖3）。

圖3 防洪現(xiàn)狀評(píng)價(jià)圖

4 預(yù)警指標(biāo)及危險(xiǎn)區(qū)圖繪制

4.1 預(yù)警指標(biāo)分析

預(yù)警指標(biāo)分析主要針對(duì)危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的各個(gè)沿河村莊進(jìn)行，分為準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移和立即轉(zhuǎn)移兩級(jí)。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，其指標(biāo)包括時(shí)段及其對(duì)應(yīng)雨量，具體表現(xiàn)為各個(gè)預(yù)警時(shí)段的臨界雨量、準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移雨量和立即轉(zhuǎn)移雨量。雨量預(yù)警指標(biāo)計(jì)算，采用雙曲正切產(chǎn)流模型與單位線(xiàn)流域匯流模型，對(duì)沿河村莊控制斷面以上流域，進(jìn)行產(chǎn)匯流模擬分析，以推求雨量預(yù)警指標(biāo)。受坡面徑流和淤地壩的影響，沿河村莊直接采用降雨頻率進(jìn)行預(yù)警指標(biāo)分析。由于臨界雨量是從成災(zāi)水位對(duì)應(yīng)的洪水流量推算的，所以，在數(shù)值上認(rèn)為臨界雨量即為立即轉(zhuǎn)移指標(biāo)。準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移指標(biāo)：當(dāng)預(yù)警時(shí)段匯流時(shí)間為0.5 h時(shí)，準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移指標(biāo)為立即轉(zhuǎn)移指標(biāo)×0.7；當(dāng)預(yù)警時(shí)段匯流時(shí)間為1 h、2 h、3 h和6 h時(shí)，前0.5 h的立即轉(zhuǎn)移指標(biāo)即為該預(yù)警時(shí)段的準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移指標(biāo)。

4.2 危險(xiǎn)區(qū)圖繪制

根據(jù)《大綱》的要求，針對(duì)每一個(gè)防災(zāi)對(duì)象進(jìn)行危險(xiǎn)區(qū)圖繪制，包括基礎(chǔ)底圖信息、主要信息和輔助信息3類(lèi)。各類(lèi)信息主要包括：

4.2.1 基礎(chǔ)底圖信息

主要為遙感底圖信息、行政區(qū)劃、居民區(qū)范圍、危險(xiǎn)區(qū)、控制斷面、河流流向、防災(zāi)對(duì)象在縣級(jí)行政區(qū)的空間位置等。

4.2.2 主要信息

主要為各級(jí)危險(xiǎn)區(qū)（極高、高、危險(xiǎn)）空間分布及其人口（戶(hù)數(shù)）、房屋統(tǒng)計(jì)信息、轉(zhuǎn)移路線(xiàn)、臨時(shí)安置地點(diǎn)、典型雨型分布、設(shè)計(jì)洪水主要成果、預(yù)警指標(biāo)、預(yù)警方式、責(zé)任人、聯(lián)系方式等。

4.2.3 輔助信息

主要為編制單位、編制時(shí)間以及圖名、圖例、比例尺、指北針等地圖輔助信息。

圖4為繪制的武家莊村危險(xiǎn)區(qū)圖。

5 結(jié)論

方山縣共160個(gè)行政村，其中位于重點(diǎn)防治區(qū)的行政村為49個(gè)。根據(jù)《大綱》要求和現(xiàn)場(chǎng)查勘情況，確定了49個(gè)沿河村落作為分析評(píng)價(jià)對(duì)象，并對(duì)其進(jìn)行了現(xiàn)狀防洪能力、危險(xiǎn)區(qū)劃分及預(yù)警指標(biāo)等方面的分析評(píng)價(jià)，主要結(jié)論如下：

5.1 沿河村莊現(xiàn)狀防洪能力

分析評(píng)價(jià)表明，在49個(gè)沿河村莊中：有4個(gè)現(xiàn)狀防洪能力較高，大于100 a一遇洪水水位；其余45個(gè)沿河村莊，現(xiàn)狀防洪能力均在100 a一遇洪水水位以下。其中，防洪能力小于5 a一遇洪水水位的有4個(gè)，5-20 a一遇洪水水位的有25個(gè)，20-50 a一遇洪水水位的有12個(gè)，50-100 a一遇洪水水位的有4個(gè)。

5.2 沿河村莊危險(xiǎn)區(qū)及其人口分布

圖4 武家莊村危險(xiǎn)區(qū)劃分示意圖

將存在安全隱患的45個(gè)沿河村莊劃分成3個(gè)級(jí)別的危險(xiǎn)區(qū)，并確定了臨時(shí)安置點(diǎn)和轉(zhuǎn)移路線(xiàn)，對(duì)每一個(gè)沿河村莊山洪災(zāi)害防治預(yù)案的編制均有重要參考價(jià)值。據(jù)統(tǒng)計(jì)，45個(gè)沿河村莊各級(jí)危險(xiǎn)區(qū)的人口數(shù)量及所占比例為：極高危險(xiǎn)區(qū)92人，占0.37%；高危險(xiǎn)區(qū)568人，占2.26%；危險(xiǎn)區(qū)2 797人，占11.13%。

5.3 沿河村莊預(yù)警指標(biāo)及其分布

本項(xiàng)研究分析了45個(gè)沿河村莊雨量預(yù)警指標(biāo)的分布情況，并取得了相應(yīng)成果，具體包括45個(gè)沿河村莊在土壤較濕、一般、較干等情況下，不同時(shí)段內(nèi)的雨量預(yù)警指標(biāo)。這些成果對(duì)于完善縣級(jí)平臺(tái)、綜合提高山洪災(zāi)害防治能力，具有重要作用。