山區(qū)山洪災害調查評價

陸永新

（河北省承德水文水資源勘測局，河北 承德067000）

承德市山區(qū)因局部強降雨引發(fā)的山洪災害每年均有發(fā)生，造成大量人員傷亡和財產損失，對經(jīng)濟發(fā)展和社會安全穩(wěn)定構成巨大威脅，開展山洪災害調查評價工作對于保護人民生命財產安全及實施山洪災害防治工作具有重要意義。圍場縣位于承德市北部，是承德市降水最少的縣，但由于植被及地質條件等原因，是承德市山洪災害多發(fā)縣。本文以圍場縣作為研究對象對歷史山洪災害進行調查研究具有很強的代表性。

1 研究區(qū)概況

圍場滿族蒙古族自治縣位于河北省承德市北部。東鄰內蒙古赤峰市，北接內蒙古克什克騰旗，西北與內蒙古多倫縣相連。全縣總面積9219km2，是承德市面積最大的縣。西北、北、東分別與內蒙古自治區(qū)為鄰，西南和南面分別與豐寧縣、隆化縣接壤，是華北地區(qū)通往內蒙古和東北地區(qū)的要道之一。

圍場縣是典型的大陸性氣候區(qū)，其地域分布差異很大，降雨時空分布不均，年際和季節(jié)性變化幅度大。由于地形復雜，山間對流旺盛，多局部暴雨或雷陣雨。河床坡降陡，落差大，源短流急，河水暴漲暴落，徑流年內分配相差較懸殊，平時河水很小，干旱時除小灤河外其他河流均有逝流，汛期時河水暴滿，泛濫成災，沖淤良田。各河源頭植被較好，但中下游受人為破壞，造成水土流失嚴重。

圍場滿族蒙古族自治縣屬于河北省地質構造4個區(qū)中的內蒙古背斜區(qū)［1］，境內山巒起伏、溝壑縱橫，自然坡度為1/150～1/350。圍場滿族蒙古族自治縣是灤河、遼河兩大水系的發(fā)源地，境內共有河流7條，10km2以上支流218條。其中：灤河水系有小灤河、吐魯根河、蟻螞吐河、伊遜河；遼河水系有陰河、烏拉岱河、舍利嘎河。圍場縣是山洪災害多發(fā)縣。造成山洪災害的原因：①受地理位置和自然條件影響，汛期7、8、9月份降雨集中，降水強度大，產流迅速，因此降雨是山洪災害形成的主導因素和激發(fā)條件；②生態(tài)環(huán)境遭到破壞，植被覆蓋率低，不能有效地發(fā)揮對雨水的攔蓄作用；③現(xiàn)有的防洪工程運行年代久，防洪標準低，老化失修，加之缺少攔蓄工程，調節(jié)能力差，不能有效抵御較高標準洪水侵襲。

2 前期資料收集、分析及評價

前期資料的收集、分析、評價是山洪災害調查評價的基礎。根據(jù)SL324—2005《基礎水文數(shù)據(jù)庫表結構及標識符標準》收集圍場縣內所有雨量、水文站最新的基本情況［2］；收集圍場縣內建國以來雨量站最大10min，1h，6h，24h年最大點雨量，并計算對應的統(tǒng)計參數(shù)（均值、變差系數(shù)Cv、偏態(tài)系數(shù)Cs）；選取圍場縣代表性雨量站做24h暴雨程分配；收集圍場縣內水文站歷年最大流量資料，組成流量系列并計算年最大流量系列統(tǒng)計參數(shù)（均值、離差系數(shù)Cv、偏態(tài)系數(shù)Cs）；搜集圍場縣內洪水要素摘錄資料及實測降水量摘錄資料；收集整理了境內蒸發(fā)站蒸發(fā)資料；收集整理圍場縣相對應的暴雨洪水計算方法和參數(shù)資料。

3 歷史洪水調查

3.1 洪水調查步驟及方法

3.1.1 典型流域與歷史洪水場次選取原則

小流域是指面積一般在200km2以下的一個獨立完整的集水區(qū)［3］。

典型洪水調查視已有資料情況，原則上每縣不少于3～5個小流域，洪水場次一般3場。重點調查典型流域建國以來有記錄的較大洪水。典型場次洪水由以下幾方面綜合分析確定：

（1）歷史上山洪災害發(fā)生頻率較高的區(qū)域內發(fā)生的山洪。

（2）量級較大且造成較大損失的山洪。

（3）資料詳實可靠、災情記錄齊全便于調查分析的。

3.1.2 洪水調查

（1）在進行調查時，一般是先聯(lián)系村干部，由其推薦當?shù)啬昙o較長、對洪水最為熟悉的干部或居民，進行座談和指認洪痕，經(jīng)過反復對證分析，認為可靠后，即予標記洪痕位置，然后進行測量工作，并繪制出位置草圖。

（2）洪水調查資料的整理工作，主要有河道調查斷面的最大洪峰流量的計算、水文站實測資料的整理等。關于調查河段最大洪峰流量的計算，系先判斷分析所調查的洪水痕跡、水面比降或河道比降的正確性，以確定采用的比降值，并根據(jù)附近其他河流實測的河床糙率資料及調查資料中有關調查河段的河床質、灘地植被等情況，選定計算用的糙率值。

3.1.3 洪水計算

根據(jù)調查實際情況和勘測資料情況，確定采用比降面積法計算洪峰流量［4］。

式中 Qc為恒定流流量（m3/s）；Kˉ為河段平均輸水率；A上，A下為比降上、下斷面過水面積（m2）；g為重力加速度，g=9.81m/s2；L為比降上、下斷面間距（m）；Sc為恒定流態(tài)下的水面比降；ξ為斷面沿程收縮或擴散系數(shù)（收縮取負號，擴散取正號代入公式），河段斷面收縮時，一般可取ξ=0；斷面突然擴散時，ξ=0.5～1.0；逐漸擴散時，ξ=0.3～0.5。 α 為動能校正系數(shù)［5］，與斷面上流速分布均勻與否有關，一般較順直、底坡不大且斷面較規(guī)則的河段，其值介于1.05～1.15之間。對于山區(qū)河流，當?shù)灼螺^大，且斷面不規(guī)則、流速分布極不均勻時，可用式（2）近似計算。

式中為斷面上最大點流速（m/s），V為斷面平均流速（m/s）。

3.2 洪水調查評價成果

3.2.1 調查洪水情況

選取圍場縣某小流域作為調查評價對象，流域面積72km2，自然村落34個。走訪了4位村里年齡較大農民。

1974年7月25日天氣：連陰3，4d，前后山生泥石流（當?shù)匕傩账追Q“放水泡”），傍晚雨開始大了，夜間有水下來了，早晨5：00～6：00，山前山泥水和河里大水一起來了，村頭河邊土包阻水，水進村了，沖毀房屋多處，沖走多頭大牲畜，二號自然村內低洼處水1m多，過河道路沖毀。現(xiàn)在七組這個地方村里沒進水，那時沒有這條道，道在對岸的，水到了新道的靠田這邊，對岸水沒超出那邊的樹趟子邊，就在那土坎子，那年以后沒大水，那邊就是當年過水后樣子。河里的水基本平槽，但未出槽。

3.2.2 洪水調查斷面位置概況

調查斷面位置位于圍場縣某村七組樹林邊河道右坎，到調查斷面河長17.34km，集水面積66.9km2。3.2.3 推流結果

3.2.3.1 過水斷面面積

過水斷面為單式斷面，根據(jù)斷面圖計算各斷面洪水位以下的斷面面積，如圖1，圖2。經(jīng)計算：上斷石過水面積65.01m2；下斷面過水面積66.79m2。

圖1 洪水調查上斷面

圖2 洪水調查下斷面

3.2.3.2 水面比降

繪制洪痕高程點分布圖，經(jīng)計算得出平均值Sc=0.0163作為水面比降計算值。

圖3 洪水調查洪痕分布

3.2.3.3 河床糙率

調查河段較順直，河槽基本穩(wěn)定，為單式斷面，河床質為沙卵石，根據(jù)寬深比、平均水深值，參考《水文測驗手冊》中華北東北地區(qū)河流洪水糙率系數(shù)表［6］，采用n=0.04。

3.2.3.4 α值

動能校正系數(shù)，與斷面上流速分布均勻與否有關，調查河段較順直、底坡不大且斷面較規(guī)則，其值介于1.05～1.15之間，取α=1.1。

3.2.3.5值

測驗河段布置有比降上、下兩個斷面，過水面積沿程遞增，按規(guī)范要求，值可按式（3）計算：3.2.3.6 洪峰流量

對1974年7月25日典型洪水做了測量和計算，采用比降面積法計算洪峰流量。經(jīng)計算洪峰流量為270m3/s。對該洪水重現(xiàn)期進行評定，該洪水為30年一遇。

4 結語

（1）北方山區(qū)山洪災害每年均有發(fā)生，造成大量人員傷亡和財產損失。以圍場縣作為研究對象對歷史山洪災害進行調查評價具有很強的代表性。

（2）降水是山洪災害形成的主因，然而生態(tài)環(huán)境差，水土流水嚴重，植被覆蓋率低，是山洪災害頻發(fā)的重要原因。承德市最北部圍場縣降水最少，是山洪災害高發(fā)區(qū)。

（3）選取圍場縣一個閉合小流域作為例子，采用比降面積法推算歷史洪水洪峰流量，結果符合水文測驗規(guī)范要求。

［1］圍場滿族蒙古族自治縣地方志編纂委員會.圍場年鑒［Z］.2015.

［2］SL324—2005，基礎水文數(shù)據(jù)庫表結構及標識符標準［S］.

［3］鞠飛.興城市山洪災害沿河村落河溝斷面測量技術要求和問題分析［J］.廣東水利水電，2016 （12）：39-41.

［4］朱俊峰，高文志.比降—面積法在潮河上游“6·23”暴雨洪水調查中的應用［J］.河北水利，2016 （7）：42-42.

［5］楊玉閣，陳祖輝，趙慶生.天然河道水流動能校正系數(shù)的分析與應用［J］.東北水利水電，2010，28（9）：39-40.

［6］賈爾恒·祖根別克.天然河道糙率確定方法探討［J］.水利科技與經(jīng)濟，2014，20（7）：72-73.