淺談小流域洪水預警預測分析

李慶林，袁 宇，黃杰睿，楊榮鑫

(1.江西省石城水文站，江西 石城 342700；2.江西省瑞金水文站，江西 瑞金 342500)

0 引 言

小流域洪水給人民群眾的生產(chǎn)生活帶來嚴重的威脅，洪水來的快，去得也快，往往給人們防不勝防。采用傳統(tǒng)的自然災害防御策略和方法難以奏效。自然災害突發(fā)時，由于較為復雜的地質(zhì)條件，千變?nèi)f化，缺乏監(jiān)測和預警手段的主動防御往往非常困難，必須根據(jù)實際的地理環(huán)境制定一套針對暴雨洪水災害預測預警專項方案。

提高小流域的洪水預測預警和服務(wù)能力，掌握其運動變化趨勢，必須全面摸清其小流域洪水災害的運動規(guī)律。分析小流域暴雨洪水特征的水文要素，依據(jù)防洪防治現(xiàn)狀，提高小流域洪水災害預警預測能力。科學研判，從而達到預警預測的效果，為預防小流域洪水提供科學全面的信息支撐[1]。

1 流域概況

小西河為琴江一級支流，發(fā)源于琴江鎮(zhèn)西外村的西華山北部梅樹容，河口處地理坐標E116°20′30″，N26°19′30″，從城西部橫流而下流入琴江，流域面積6.0km2，主河道長5.7 km，加權(quán)平均坡降23.6‰；城區(qū)段河長1.8 km，平均坡降3.3‰，平均河寬約7.0m，最狹處寬約5.0m，河床極不規(guī)則，河內(nèi)阻水建筑物多，河床底質(zhì)以垃圾土料為主體。

本流域的洪水主要由暴雨所形成，洪水多出現(xiàn)在每年的4-6月，流域中上游河床坡降陡，洪水來勢陡漲陡落，漲落急劇。所處河段距離與琴江匯合處約0.8km，在較大洪水時小西河下游河段受琴江洪水頂托影響；在調(diào)查分析河段下游西華路建有小西橋一座，橋面長13.0m,厚1.6m,橋面迎水面面積20.8m2根據(jù)相關(guān)分析論證成果，當出現(xiàn)10a一遇水位223.82m(黃海高程)，洪水位高于橋梁底板高程1.91m，出現(xiàn)超橋梁底板高程的洪水時，小西橋?qū)蛏嫌魏拥佬泻橛凶杷绊憽?/p>

本次洪水預警重點河段為小西河花坪村居委會附近區(qū)域，代表河段斷面以上流域面積5.52km2，預警區(qū)域有人口約1280人，河段兩岸地面高程約為右岸223.41m，左岸222.93m。

2 堤防工程

石城縣城區(qū)現(xiàn)有已建防洪堤總長21.8km。①主要為琴江左岸防洪堤，起點位于白水河河口，終點為溫坊電站，長7.2km；②琴江右岸防洪堤，起點位于睦富橋，終點為杉柏河河口，長5.8km；③琴江支流小溪河、小西河、西外河及睦富河段兩岸興建的8.8km防洪堤。除小西河的硬排-連成北路兩岸各300m防洪堤不滿足20a一遇洪水標準外，其余已建堤防大部分滿足20a一遇洪水標準。

城南區(qū)位于琴江右岸、小西河右岸和西外河左岸的環(huán)繞的區(qū)域。琴江右岸現(xiàn)狀兩條支流之間河段建有防洪堤，堤頂高程滿足20a一遇洪水標準，小西河右岸硬排至河口建有防洪堤，西外河左岸琴江中心小學至河口建有防洪堤，堤頂高程滿足或基本滿足20a一遇洪水標準。

3 暴雨洪水調(diào)查

本次洪水淹沒調(diào)查區(qū)域為琴江一級支流小西河蓮鄉(xiāng)大道交叉處上游30m斷面至河口處，總長度1.4km。而小西河洪水由暴雨形成，洪水季與暴雨季一致，一般在3月份進入洪水期，根據(jù)多年實測水文資料分析，年最大洪水多出現(xiàn)在5-6月份的年份占80%以上；在7-9月份由于受臺風雨影響，也出現(xiàn)短歷時洪水過程，洪水匯流快，暴漲暴落。造成洪災的重要因素是暴雨和地形等因素：①流域上游植被較差，蓄洪能力低，徑流量大；②流域上游蓄洪工程少，滯洪能力差，目前流域上游有一座嶂背水庫，并建立雨量站點；③現(xiàn)有的防洪堤防標準低，煙草橋在洪水來臨之際，使洪水行洪產(chǎn)生影響。

2020年3月20日石城水文站組織技術(shù)人員，對小西河花坪村居委會附近河段2019年6月9日發(fā)生的洪水水面線調(diào)查勘測?，F(xiàn)就2019年“6.9”洪水特征和防洪災害性情況分析如下：

3.1 暴雨分析

2019年6月8日2時至6月9日8時，全縣普降大暴雨，而小西河流域降水為165.5mm。流域內(nèi)各時段降雨情況見表1。

表1 石城縣小西河2019年“6.9”洪水降水情況表

本次洪水主峰雨從6月9日2:00開始，使白蓮城受淹，據(jù)調(diào)查，最低處達0.4m。

3.2 洪水水面線調(diào)查。

調(diào)查分析2019年“6.9”洪水洪痕，通過對沿河兩岸實地調(diào)查勘測，小西河蓮鄉(xiāng)大道交叉處上游30m斷面至河口處，共確認洪痕13處，在洪痕處實測大斷面13個。在確認各河段最高洪水位淹沒范圍，采用RTK和全站儀測量，各河段最高洪水位高程，并以實測點控制地形變化的轉(zhuǎn)折，在寬闊平整地區(qū)和居民密集地帶依據(jù)洪痕的可靠程度加密調(diào)查點，自上而下沿河調(diào)查成果，見表2。

表2 石城縣小西河最高洪水洪痕(6.9洪水)成果表

經(jīng)調(diào)查淹沒區(qū)洪水位為223.32m(洪水位位置在蓮城北路囗)，受淹沒區(qū)面積約0.02 km2，人口約355人，最大淹沒水深為0.40m。

4 預警指標選擇

小流域暴雨洪水預警指標一般包括雨量預警指標和水位預警指標二類，應急措施分為準備轉(zhuǎn)移和立即轉(zhuǎn)移兩級。小西河流域面積僅為6.0km2，暴雨洪水特性為暴漲暴落短歷時洪水過程，為提高防御超標準洪水的預見期，選擇雨量預警指標。雨量預警指標通過分析不同預警時段的臨界雨量得出。臨界雨量指一個流域或區(qū)域發(fā)生山溪洪水可能成災時，降雨達到或超過的最小量級和強度；降雨量、降雨強度、土壤含水量以及下墊面特性是臨界雨量分析的主要因子；基本技術(shù)路線是根據(jù)成災水位，用控制斷面水位流量關(guān)系，推算出成災水位相應流量，再根據(jù)設(shè)計暴雨洪水計算方法和典型暴雨時程分布，反算設(shè)計洪水洪峰流量到達時，各個預警時段的設(shè)計暴雨量[2]。

1)代表雨量站：在本流域內(nèi)設(shè)嶂背雨量站，以該站的降水量監(jiān)測值為流域代表雨量。

2)臨界雨量分析：分析計算方法主要有經(jīng)驗估算法、降雨分析法以及模型分析法，本流域面積僅為6.0km2,由《江西省暴雨查算手冊》(2010年版)，采用推理公式法計算。根據(jù)區(qū)域所處的地理位置、在計算預警雨量時、采用匯流時間內(nèi)降雨、在這個過程中挑選各時段最大降雨就是各時段的預警雨量。

3)預警時段確定：石城縣地理位置處于南方濕潤地區(qū)，結(jié)合本區(qū)降雨監(jiān)測實際情況和現(xiàn)有山洪災害調(diào)查分析成果，最小預警時段確定為0.5-1.0h。

4)土壤含水量分析：根據(jù)流域?qū)嶋H情況和《手冊》查算，確定流域最大蓄水量Wm=100mm。參照《山洪災害分析評價技術(shù)規(guī)定》分別采用Pa=0.5Wm、Pa=0.8Wm、Pa=Wm三個臨界值，對前期降雨量很少、中等、很多3種情況的前期降雨進行界定，代表流域土壤含水量較干(0.5Wm≤Pa<0.8Wm)、一般 (0.8Wm≤Pa

5)綜合確定預警指標：

由于防災對象因所在河段的河谷形態(tài)不同、洪水上漲與淹沒的速度會有很大差別，這些特性對山洪災害預警、轉(zhuǎn)移響應時危險區(qū)危險等級區(qū)劃分都有影響。在實際運用中應盡量考慮防治對象所河段河谷形態(tài)、洪水上漲率、預警響應時間等，并利用該預警指標進行暴雨洪水的復核校正，以避免與成災水位及相應的暴雨洪水頻率差異過大。

5 預警指標分析

5.1 設(shè)計暴雨分析

根據(jù)《手冊》的暴雨等值線圖，查得項目區(qū)各頻率暴雨設(shè)計值，見表3。

表3 設(shè)計暴雨成果表

5.2 洪峰流量分析

表4 推理公式法推求洪水成果表

5.3 洪水水面線分析

小西河河口位于琴江溫坊攔河壩上游庫區(qū)，河口位置位于溫坊攔河壩上游2828m，按琴江頻率洪水分析成果內(nèi)插得到受琴江溫坊攔河壩壅水影響后的水位，由小西河口水位分析計算小西河下游河段水面線成果如圖1所示。(注：后續(xù)分析預報以設(shè)立水尺觀測的最大淹沒位置為代表斷面)。

圖1 小西河水面線圖

5.4 淹沒水位分析

根據(jù)小西河下游河段2%、5%、10%頻率洪水水面線成果和淹沒區(qū)地形測量成果，分析計算不同頻率洪水淹沒情況見表5。

表5 不同頻率洪水淹沒情況

5.5 臨界雨量分析

根據(jù)本區(qū)暴雨洪水特性，設(shè)置預警水位和轉(zhuǎn)移水位，預警水位為密切關(guān)注水位變化，做好可能受淹區(qū)的人、物轉(zhuǎn)移；轉(zhuǎn)移水位為立即轉(zhuǎn)移人、物。

6 預警工作方案

6.1 預警洪水量級分析

本小流域預警水位為222.40m；當水位達到222.90m，應當立即通知10a一遇洪水淹沒范圍內(nèi)的商鋪、住戶立即轉(zhuǎn)移；當水位達到223.90m時，應立即通知20a一遇洪水淹沒范圍內(nèi)的商鋪、居民全部轉(zhuǎn)移；當水位達到224.50m時，應立即通知50a一遇洪水淹沒區(qū)內(nèi)所有的商鋪、居民立即轉(zhuǎn)移。

6.2 暴雨量級分析

根據(jù)淹沒成災水位按不同淹沒水深區(qū)劃淹沒區(qū)，當出現(xiàn)相應臨界雨量(預警雨量)時及時發(fā)出預警，轉(zhuǎn)移人員和物資。不同降雨量、水位轉(zhuǎn)移人員成果表，見表6。

表6 不同降雨量、水位轉(zhuǎn)移人員成果表

暴雨準備轉(zhuǎn)移指標：1h降間量50.0mm，3h降雨量為65.0mm。

暴雨立即轉(zhuǎn)移指標：1h降間量65.0mm，3h降雨量為80.0mm。

7 建 議

1)加強流域降雨量監(jiān)控，及時掌握降雨變化與時空分布。提前發(fā)布暴雨預警信息。

2)在洪水淹沒區(qū)河段設(shè)置臨時水尺，及時性分析淹沒河段洪水位變化。

3)編制淹沒區(qū)人員與財產(chǎn)轉(zhuǎn)移信息名錄，分片區(qū)建立預警信息員。

4)小西河下游受琴江洪水頂托影響和已建小橋阻水影響，不同頻率的洪水影響情況不同，需密切關(guān)注和分析琴江和小西河水、雨情變化，及時修正預警預報。

5)開展小西河河道清淤整治，清除河道淤泥與種植物以及其他阻水設(shè)施，保障河道路行洪暢通。