云南省華坪縣山洪災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)檢驗(yàn)復(fù)核分析

王永德，姚天寶

(1.云南省水利水電科學(xué)研究院，云南 昆明 650228； 2.楚雄欣源水利電力勘察設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，云南 楚雄 675000)

華坪縣位于云南省西北部，境內(nèi)山巒起伏，溝壑縱橫，全縣平均海拔1 160.0 m，最高海拔3 198.3 m，最低海拔為1 015.0 m，相對(duì)高差2 183.3 m。華坪縣復(fù)雜的地理位置和地形地貌，致使該地區(qū)山洪災(zāi)害頻發(fā)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，華坪縣在1950～2015年的65 a間洪澇災(zāi)害造成的損失累計(jì)達(dá)7.0億多元；在1996～2015年的20 a中，因山洪、泥石流、滑坡災(zāi)害而死亡了56人，其中由暴雨引起的滑坡造成51人死亡，山洪造成5人死亡，20 a的山洪災(zāi)害造成的損失高達(dá)5.2億元。暴雨、山洪災(zāi)害已成為制約華坪縣社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素[1-3]。2013年至今，云南省華坪縣完成了山洪災(zāi)害防治區(qū)176 個(gè)沿河村落的預(yù)警指標(biāo)前期調(diào)查評(píng)價(jià)、數(shù)據(jù)處理分析以及檢驗(yàn)復(fù)核分析等各項(xiàng)工作。實(shí)踐表明：在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)注意收集基礎(chǔ)資料，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)預(yù)警指標(biāo)進(jìn)行不斷修正，以提高預(yù)警指標(biāo)的精度及實(shí)用性。本文選取華坪縣的3個(gè)典型村落，檢驗(yàn)復(fù)核山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)中的水位流量關(guān)系，分析設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法的適用性及參數(shù)的合理性，進(jìn)行成災(zāi)洪水雨量特征值計(jì)算、成災(zāi)洪水雨量特征值和預(yù)警指標(biāo)所處閾值區(qū)間的確定，并對(duì)預(yù)警指標(biāo)偏離度計(jì)算、預(yù)警指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)論、預(yù)警指標(biāo)偏差原因等內(nèi)容進(jìn)行分析。

1 基礎(chǔ)資料整理

預(yù)警指標(biāo)檢驗(yàn)復(fù)核分析是華坪縣乃至整個(gè)云南省現(xiàn)階段在山洪災(zāi)害治理中重點(diǎn)開展的工作，包括前期數(shù)據(jù)調(diào)查評(píng)價(jià)、數(shù)據(jù)分析以及檢驗(yàn)復(fù)核分析。在進(jìn)行華坪縣前期資料調(diào)查中發(fā)現(xiàn)：在沿河村落所在河道均沒有布設(shè)水位站，預(yù)警指標(biāo)只能通過雨量預(yù)警指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)復(fù)核分析。雨量預(yù)警指標(biāo)檢驗(yàn)復(fù)核主要通過調(diào)查近期發(fā)生的較大洪水資料，通過調(diào)查評(píng)價(jià)近期山洪災(zāi)害中水位流量關(guān)系，分析設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法的適用性及參數(shù)取值的合理性，檢驗(yàn)復(fù)核預(yù)警指標(biāo)。本文如果對(duì)40個(gè)沿河村落逐一分析，篇幅大且工作量重復(fù)，因此選取了中心鎮(zhèn)部分村落的洪水資料作為典型實(shí)例進(jìn)行分析，在進(jìn)行水位流量關(guān)系檢驗(yàn)復(fù)核分析時(shí)，以中心鎮(zhèn)竹屏社區(qū)河段為研究對(duì)象；進(jìn)行設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法的適用性及相應(yīng)參數(shù)的合理性分析時(shí)，以石龍壩水文站為研究對(duì)象；進(jìn)行臨界雨量及預(yù)警指標(biāo)檢驗(yàn)復(fù)核分析時(shí)，以過三關(guān)廟竹屏 7 組河段為研究對(duì)象。河段基本資料如表1～2所列。

表1 基本資料收集情況Tab.1 Basic data collection table

表2 設(shè)計(jì)點(diǎn)暴雨統(tǒng)計(jì)成果Tab.2 Results of rainstorm statistical parameters at the design point

2 設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法分析

2.1 水位流量關(guān)系檢驗(yàn)復(fù)核分析

以華坪縣中心鎮(zhèn)竹屏社區(qū)為典型實(shí)例，根據(jù)洪水調(diào)查資料進(jìn)行水位流量關(guān)系檢驗(yàn)復(fù)核。中心鎮(zhèn)竹屏社區(qū)河段河道較彎曲，河段布置了1個(gè)縱斷面,3個(gè)橫斷面,縱斷面上下游均布置在村落外圍，橫斷面把整個(gè)村落包括在內(nèi)。河段斷面平面布置如圖1所示，橫縱斷面如圖2～5所示。

圖1 中心鎮(zhèn)竹屏社區(qū)河段平面布置Fig.1 Plan of river section in Zhuping Community,Central Town

圖2 中心鎮(zhèn)竹屏社區(qū)河段上斷面Fig.2 The river upper section in Zhuping Community,Central Town

圖3 中心鎮(zhèn)竹屏社區(qū)河段中斷面(控制斷面)Fig.3 The river middle section of in Zhuping Community, Central Town (control section)

圖4 中心鎮(zhèn)竹屏社區(qū)河段下斷面Fig.4 The river lower section in Zhuping Community,Central Town

圖5 中心鎮(zhèn)竹屏社區(qū)河段縱斷面Fig.5 The river profile section in Zhuping Community,Central Town

(1) 方法。采用曼寧公式建立水位流量關(guān)系[4-6]，重點(diǎn)復(fù)核控制斷面所處河段是否順直(至少50 m范圍)以及河段河底縱坡有無突變，本文選取河道中斷面為控制端面，河段順直。

(2) 糙率。通過現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，根據(jù)所在河流控制斷面的河道形態(tài)、河床粗糙程度、植被生長狀況、河道彎曲程度以及河岸建筑物等因素分析山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)中糙率取值的合理性[3]。中心鎮(zhèn)竹屏社區(qū)控制斷面的現(xiàn)場(chǎng)基本情況如圖6所示，控制斷面河段順直，岸坡有堤防，河底為泥土和碎石，兩岸為公路和居民區(qū)，對(duì)河段糙率值進(jìn)行了初估，河底糙率為0.04，漫過堤防后，房屋阻水嚴(yán)重，兩岸糙率為0.30。

圖6 中心鎮(zhèn)竹屏社區(qū)控制斷面實(shí)景Fig.6 The real view of control section of zhuping community, central town

(3) 比降。根據(jù)調(diào)查近期洪水洪痕的沿程分布數(shù)據(jù)，以洪痕數(shù)據(jù)點(diǎn)分布情況確定河道水面線，對(duì)比洪痕水面線比降與山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)中比降取值，來分析山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)的合理性。計(jì)算河段調(diào)查了1998 年1處洪痕，2015年9月16 日7處洪痕(見圖7)，分析計(jì)算可知：計(jì)算河段洪水比降為1.564‰，實(shí)測(cè)水面線比降為 2.301‰，河道比降為2.308‰，對(duì)比調(diào)查洪水比降與測(cè)時(shí)水面線比降、河道比降，可以看出洪痕調(diào)查成果可靠，調(diào)查水面線比降合理，綜合考慮，采用2015年洪水比降1.564‰作為推流比降。

河段水位-流量計(jì)算關(guān)系如圖8所示，采用曼寧公式計(jì)算洪峰流量[7-8]，計(jì)算成果如表3所列。推算2015年9月15日洪水流量為605 m3/s，成果較可靠。根據(jù)竹屏社區(qū)居民的描述，“9·15”洪水是他們見過的最大洪水。歷史上也沒有記錄過這么大的洪水，由此推算此次洪水為100 a一遇。

圖8 中心鎮(zhèn)竹屏社區(qū)水位流量關(guān)系Fig.8 Relationship between water level and discharge in Zhuping Community,Central Town

2.2 設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法適用性及相應(yīng)參數(shù)合理性分析

華坪縣境內(nèi)的基本水文(位)站有石龍壩、文樂站，山洪災(zāi)害調(diào)查分析涉及的主要雨量站有邊凹、鯉魚、梭羅、華坪、龍洞、田坪站等。本次分析評(píng)價(jià)收集了華坪縣水文站和雨量站的水文氣象資料，如：水文站歷年最大流量資料、水位資料，雨量站歷年最大10 min、最大1 h、最大6 h和最大24 h點(diǎn)雨量值，對(duì)這些資料進(jìn)行分析計(jì)算，整理出各站點(diǎn)設(shè)計(jì)暴雨的計(jì)算參數(shù)。石龍壩站為國家基本水文站，資料系列較長，將石龍壩1960～2013年最大1，3，6 h以及最大24 h的暴雨量系列分別進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算，按P—Ⅲ型線型，利用適線法確定統(tǒng)計(jì)參數(shù)。由適線法所得到的參數(shù)與查《圖集》所得到的參數(shù)進(jìn)行比較，結(jié)果如表4所列。

表4 石龍壩站暴雨統(tǒng)計(jì)成果Tab.4 Results of rainstorm statistical parameters of Shilongba Station

將兩種方法得到的最大1，3，6 h和最大24 h的雨量值進(jìn)行對(duì)比可知，實(shí)測(cè)計(jì)算與查圖兩種方法得到的結(jié)果相近。因此，山洪災(zāi)害調(diào)查分析中的設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算選擇的方法是適用的，計(jì)算中的參數(shù)選擇也是較為合理的。

3 臨界雨量及預(yù)警指標(biāo)檢驗(yàn)復(fù)核

雨量預(yù)警指標(biāo)檢驗(yàn)主要包括成災(zāi)洪水雨量特征值計(jì)算和預(yù)警指標(biāo)所處閾值區(qū)間確定、預(yù)警指標(biāo)偏離度計(jì)算、預(yù)警指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)論、預(yù)警指標(biāo)偏差原因分析等內(nèi)容[9-11]。綜合云南省華坪縣近期發(fā)生的山洪災(zāi)害、前期調(diào)查得到的洪水資料和山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)成果資料，確定中心鎮(zhèn)竹屏社區(qū)三關(guān)廟竹屏 7 組作為典型對(duì)象進(jìn)行預(yù)警指標(biāo)檢驗(yàn)復(fù)核。

3.1 防災(zāi)對(duì)象預(yù)警指標(biāo)檢驗(yàn)復(fù)核

(1) 檢驗(yàn)復(fù)核對(duì)象，確定其基本情況。根據(jù)云南省華坪縣近幾年山洪災(zāi)害受災(zāi)情況，選擇中心鎮(zhèn)竹屏社區(qū)三關(guān)廟竹屏7 組作為山洪災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)檢驗(yàn)復(fù)核對(duì)象。據(jù)調(diào)查，華坪縣中心鎮(zhèn)竹屏社區(qū)于2015年9月15～16日發(fā)生強(qiáng)降雨導(dǎo)致鯉魚河上游河水暴漲，中心鎮(zhèn)竹屏社區(qū)三關(guān)廟竹屏7組位于鯉魚河縣城段，上下游沒有突然出現(xiàn)較大縮窄和展寬的現(xiàn)象，其控制斷面以上流域面積為17.86 km2，汛期雨量集中，且16日02:00左右洪峰到達(dá)縣城全部漫堤，2.5 km2的中心城區(qū)被淹，形成了“9·15”特大洪水。根據(jù)劃定的調(diào)查范圍進(jìn)行暴雨資料的收集工作，從麗江市水文局和華坪縣水務(wù)局獲得華坪縣龍洞、田坪、田坪(氣象站)、鯉魚、梭羅5個(gè)雨量站典型洪水同步實(shí)測(cè)降雨資料。

(2) 調(diào)查評(píng)價(jià)成果提取。根據(jù)《云南省華坪縣山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)報(bào)告》，出于對(duì)設(shè)計(jì)偏安全和與實(shí)際山洪發(fā)生時(shí)降雨最為接近情況的考慮，結(jié)合分析前期土壤濕潤情況，提取竹屏社區(qū)三關(guān)廟竹屏7組1，3 h和6 h對(duì)應(yīng)的最大雨量預(yù)警指標(biāo)和設(shè)計(jì)暴雨成果作為評(píng)價(jià)成果[11-14]，分別為53.61，71.00 mm，設(shè)計(jì)暴雨成果計(jì)算如表5所列。

表5 設(shè)計(jì)暴雨成果計(jì)算Tab.5 The calculation table of design rainstorm results

(3) 成災(zāi)洪水降雨量資料。針對(duì)竹屏社區(qū)三關(guān)廟竹屏7組收集降雨資料，滑動(dòng)統(tǒng)計(jì)成災(zāi)洪水成災(zāi)時(shí)間之前每一時(shí)段的降雨量，雨量代表站為鯉魚雨量站，成災(zāi)洪水降雨資料見表6。對(duì)于中心鎮(zhèn)竹屏社區(qū)三關(guān)廟竹屏7組2015年“9·15”成災(zāi)洪水，滑動(dòng)統(tǒng)計(jì)整場(chǎng)降雨1，3 h和6 h三個(gè)預(yù)警時(shí)段的最大雨量，作為該場(chǎng)成災(zāi)洪水的雨量特征值，代表站降雨量統(tǒng)計(jì)結(jié)果列于表6。1,3,6 h雨量特征值分別為47.0，39.5，86.5 mm。

表6 代表站降雨量統(tǒng)計(jì)Tab.6 The represents the statistical table of station rainfall

3.2 雨量預(yù)警指標(biāo)檢驗(yàn)復(fù)核分析

(1) 計(jì)算預(yù)警指標(biāo)偏離度。通過成災(zāi)洪水雨量特征值和預(yù)警指標(biāo)的頻率區(qū)間[15-17]，計(jì)算預(yù)警指標(biāo)的偏離度，若偏離度在±10%允許范圍內(nèi)，則將成災(zāi)洪水雨量特征值與預(yù)警指標(biāo)調(diào)整為同一區(qū)間，本次進(jìn)行1，3 h和6 h偏離度計(jì)算分析，篇幅所限，僅列取竹屏社區(qū)三關(guān)廟竹屏7組1，6 h預(yù)警指標(biāo)檢驗(yàn)過程表，結(jié)果列于表7～8。

預(yù)警指標(biāo)偏離度=

(1)

(2) 雨量預(yù)警指標(biāo)檢驗(yàn)過程復(fù)核及結(jié)論。針對(duì)竹屏社區(qū)三關(guān)廟竹屏7 組1 h預(yù)警指標(biāo)，由表7可知：洪水編號(hào)為20150915 的成災(zāi)洪水雨量特征值所處頻率區(qū)間位于預(yù)警指標(biāo)所處區(qū)間的左側(cè)，偏離度為12%，雖在10%范圍外，但偏離度只是略大，認(rèn)為預(yù)警指標(biāo)較合適。綜上考慮，認(rèn)為針對(duì)竹屏社區(qū)三關(guān)廟竹屏7組1 h預(yù)警指標(biāo)較合適。

表7 竹屏社區(qū)三關(guān)廟竹屏7組1 h預(yù)警指標(biāo)檢驗(yàn)過程Tab.7 Test process of 1h warning indicators in Zhuping Community, Sanguanmiao, Zhuping Group 7

注： √表示預(yù)警指標(biāo)所在頻率區(qū)間； #表示成災(zāi)洪水雨量特征值所在頻率區(qū)間。

注： √表示預(yù)警指標(biāo)所在頻率區(qū)間； #表示成災(zāi)洪水雨量特征值所在頻率區(qū)間。

針對(duì)竹屏社區(qū)三關(guān)廟竹屏7組6 h預(yù)警指標(biāo)，由表8可知：洪水編號(hào)為20150915的預(yù)警指標(biāo)所處頻率區(qū)間位于成災(zāi)洪水雨量特征值所處區(qū)間的左側(cè)，偏離度為-18%，預(yù)警指標(biāo)偏小。

表8 竹屏社區(qū)三關(guān)廟竹屏7組6 h預(yù)警指標(biāo)檢驗(yàn)過程Tab.8 Test process of 6h warning indicators in Zhuping Community, Sanguanmiao, Zhuping Group 7

預(yù)警指標(biāo)偏差原因分析：華坪縣氣象局及華坪縣水務(wù)局觀測(cè)收集到的實(shí)時(shí)降雨資料，前期降雨量很小，土壤未濕潤，本文在進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)以土壤達(dá)到濕潤情況進(jìn)行計(jì)算分析，故導(dǎo)致雨量特征值所在頻率區(qū)間位于預(yù)警指標(biāo)所在頻率區(qū)間右側(cè)情況，預(yù)警指標(biāo)偏小。綜上考慮，認(rèn)為針對(duì)竹屏社區(qū)三關(guān)廟竹屏7組6 h預(yù)警指標(biāo)偏小。由此可得竹屏社區(qū)三關(guān)廟竹屏7組預(yù)警指標(biāo)檢驗(yàn)成果(見表9)。

表9 預(yù)警指標(biāo)檢驗(yàn)復(fù)核成果Tab.9 inspection and review results of early warning indicators

4 結(jié) 論

華坪縣山洪災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)檢驗(yàn)復(fù)核分析是按照《山洪災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)檢驗(yàn)復(fù)核技術(shù)要求》，對(duì)山洪災(zāi)害檢驗(yàn)復(fù)核對(duì)象預(yù)警指標(biāo)進(jìn)行了檢驗(yàn)分析計(jì)算及率定，并對(duì)華坪縣部分預(yù)警指標(biāo)進(jìn)行初步修正，增強(qiáng)預(yù)警指標(biāo)的合理性和可操作性。由此得出以下結(jié)論：

(1) 華坪縣防災(zāi)對(duì)象沿河村落所在河道均沒有布設(shè)水位站，分析評(píng)價(jià)預(yù)警指標(biāo)只分析了雨量預(yù)警指標(biāo)，未能提供流域以上水位站水位預(yù)警指標(biāo)，水位預(yù)警指標(biāo)檢驗(yàn)復(fù)核工作應(yīng)在建設(shè)好水位站后進(jìn)行。

(2) 在本次山洪災(zāi)害調(diào)查中發(fā)現(xiàn)：中心鎮(zhèn)鯉魚河2015年9月15日的洪災(zāi)，其防災(zāi)對(duì)象小流域上游接近源頭地區(qū)田坪村監(jiān)測(cè)站點(diǎn)較少，而下游監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的降雨量較小，影響了預(yù)警精度。今后通過完善預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)，應(yīng)在其行政區(qū)域內(nèi)主要保護(hù)對(duì)象所在小流域中，設(shè)置2～3個(gè)監(jiān)測(cè)上游雨量的觀測(cè)站點(diǎn)和觀測(cè)下游流量的匹配站點(diǎn)，加強(qiáng)觀測(cè)，并用新的觀測(cè)資料不斷復(fù)核和校正現(xiàn)有預(yù)警指標(biāo)等成果。

(3) 防災(zāi)對(duì)象現(xiàn)狀防洪能力的評(píng)價(jià)及預(yù)警指標(biāo)的劃定都是以控制斷面為依據(jù)，由于河道沖淤變化、人類活動(dòng)等因素的影響，同一河段的水面比降也在動(dòng)態(tài)變化之中，推算得到的成災(zāi)水位和預(yù)警指標(biāo)也應(yīng)有所不同，因此，以控制斷面的水位來判斷沿河村落內(nèi)全部居民戶的受災(zāi)情況，會(huì)存在一定的不確定性。為此，建議在實(shí)際應(yīng)用中，還應(yīng)注意收集基礎(chǔ)資料，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)預(yù)警指標(biāo)進(jìn)行不斷修正。