阜新市彰武縣山洪災(zāi)害分析與預(yù)警評(píng)價(jià)

莊文新

(彰武縣水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 彰武 123200)

0 引 言

彰武縣地處遼寧省西北部，東連法庫(kù)、康平兩縣，西隔饒陽(yáng)河與阜蒙縣相鄰，南接新民，北依科爾沁左翼后旗和通遼的庫(kù)倫旗，位于E121°53′-122°58′，N42°07′-42°51′范圍。全境呈楓葉形，總面積3641km2，境地勢(shì)南低北高，中、南部為平原，東西丘陵，北部荒漠，總體呈“三沙、三丘、四平洼”的特征，分布有柳河、養(yǎng)息牧河、秀水河、饒陽(yáng)河等河流，其中流域面積超過(guò)110km2的支流有19條。柳河呈西北-東南走向，年徑流量0.547億m3，境內(nèi)河長(zhǎng)約61.4km；養(yǎng)息牧河由4條支流匯流而成，年徑流量0.955億m3；秀水河流經(jīng)法庫(kù)縣、四合城等地，年徑流量0.160億m3；饒陽(yáng)河年徑流量0.487億m3，境內(nèi)河長(zhǎng)72.93km。

歷史上彰武縣山洪災(zāi)害頻發(fā)，自建國(guó)以來(lái)有記錄的洪災(zāi)就達(dá)到30余次，受災(zāi)人口累計(jì)達(dá)到10萬(wàn)多人。結(jié)合氣象站1956-2010年的氣象序列資料，多年平均降水量513.5mm，暴雨期比較集中，暴雨持續(xù)時(shí)間一般不超過(guò)24h，最大24h降雨記錄236.6mm，其中臺(tái)風(fēng)、高空槽和華北氣旋等影響系統(tǒng)為形成暴雨的主要因素。一般地，洪水主要由暴雨產(chǎn)生，所以洪水主要發(fā)生在汛期，并且往往集中于幾次大洪水。一次洪水的歷時(shí)大約為24h，河流具有山區(qū)性陡漲陡落的特點(diǎn)，峰型以單峰為主，但不少大水年份，雙峰或多峰的型式也時(shí)有發(fā)生，連續(xù)兩次洪水的歷時(shí)一般為3-5d。

2020年，針對(duì)彰武縣阜新市水文局開(kāi)展了山洪災(zāi)害內(nèi)業(yè)分析和外業(yè)調(diào)查工作，選取沿河80個(gè)易受山洪災(zāi)害影響的集鎮(zhèn)、村落為重點(diǎn)調(diào)查對(duì)象，編制了山洪災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)體系，客觀準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)了其山洪災(zāi)害防御能力，有利于減少山洪災(zāi)害損失，為及時(shí)有效的防御洪水災(zāi)害提供信息支撐。

1 設(shè)計(jì)洪水推求方法

1)匯流時(shí)間τ。通過(guò)查取彰武縣水文分區(qū)確定匯流參數(shù)x、y，結(jié)合彰武縣地形圖測(cè)算河流長(zhǎng)度L，對(duì)遼寧省河流名錄進(jìn)行查閱或利用實(shí)測(cè)計(jì)算結(jié)果確定河流比降J，最后可利用下式計(jì)算匯流時(shí)間τ，即：

(1)

2)設(shè)計(jì)暴雨流量Qτ。設(shè)Q均為暴雨均值，可以利用分時(shí)段等值線圖查取暴雨均值Q均；設(shè)KF、Kp為折減系數(shù)和模比系數(shù)，依據(jù)暴雨深—面—時(shí)關(guān)系曲線查取KF值，利用偏差系數(shù)Cs和變差系數(shù)Cv值查表確定不同頻率模比系數(shù)Kp，統(tǒng)一Cs/Cv值為3.5，并在變差系數(shù)暴雨均值等值線圖內(nèi)查取Cv值。采用下式計(jì)算不同時(shí)段設(shè)計(jì)暴雨量Qτ，即：

Qτ=Q均×QP×QF

(2)

3)面雨量強(qiáng)度i。設(shè)Qτ、P為不同設(shè)計(jì)頻率不同時(shí)段的降雨量，Q24，P、Q6，P、Q1，P、Q10m，P為不同設(shè)計(jì)頻率的24h、6h、1h、10min降雨量，n0、n1、n2為暴雨衰減指數(shù)，依據(jù)1998年版的設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法和P6,P/P24,P、P1，P/P6，P/P6，P、P10m，PP1，P值查附表確定暴雨衰減指數(shù)。采用下述公式計(jì)算面雨量強(qiáng)度i，即：

i=Qτ，P/τ

(3)

其中，設(shè)計(jì)頻率τ≤1h條件下，則有Qτ，P=Q1，P×τ1-n0；設(shè)計(jì)頻率1h<τ≤6h條件下，則有τ，P=Q24,P×24n2-1×6n1-n2×τ1-n1；設(shè)計(jì)頻率1h<τ≤6h條件下，則有τ，P=Q24,P×24n2-1×6n1-n2×τ1-n1。

4)設(shè)計(jì)洪峰流量Q設(shè)計(jì)。設(shè)ψP為洪峰徑流系數(shù)，各設(shè)計(jì)頻率的ψP值按照水文分區(qū)查表確定，F(xiàn)為防災(zāi)對(duì)象的產(chǎn)匯流面積，i為面雨量強(qiáng)度。采用下式計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰流量Q設(shè)計(jì)，其表達(dá)式為：

Q設(shè)計(jì)=0.278F×i×ψF

(4)

2 山洪災(zāi)害分析與預(yù)警

2.1 斷面水位-流量關(guān)系

采用曼寧公式和控制斷面測(cè)量結(jié)果建立防災(zāi)對(duì)象的水位-流量關(guān)系，其表達(dá)式為：

(5)

式中：A、J、R為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e、水面線比降和水力半徑，其中比降J取河床比降，水力半徑R=A/P，P為濕周；n為河床糙率；Q為達(dá)標(biāo)流量。

根據(jù)天然河道特征和典型類型，結(jié)合溝道實(shí)際情況及其特點(diǎn)，以相鄰流域水文站實(shí)測(cè)的濕周、面積、流量、水位等洪水資料為基礎(chǔ)，從天然河道糙率取值表內(nèi)選取并用曼寧公式反推值校正，從而保證控制河段河床糙率值n的科學(xué)合理性[1]。

2.2 防洪能力確定

依據(jù)已建立的控制斷面水位-流量關(guān)系，利用防災(zāi)對(duì)象成災(zāi)水位推求相應(yīng)的流量，結(jié)合洪峰流量設(shè)計(jì)成果計(jì)算成災(zāi)流量的發(fā)生頻率，并以此為基準(zhǔn)評(píng)價(jià)防災(zāi)對(duì)象防洪能力[2]。可見(jiàn)，預(yù)警指標(biāo)的準(zhǔn)確性和防災(zāi)對(duì)象的防洪能力在很大程度上取決于成災(zāi)水位，在山洪災(zāi)害分析與預(yù)警中成災(zāi)水位的確定非常重要。

成災(zāi)水位是指成災(zāi)水面線對(duì)應(yīng)控制斷面(即每個(gè)村落最先進(jìn)水戶所在位置)的水位，也是山洪災(zāi)害可能發(fā)生時(shí)沿河村落所對(duì)應(yīng)的最低水位[3-4]。然而，由于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查過(guò)程中難以準(zhǔn)確獲取最先進(jìn)水戶，加上比較復(fù)雜的宅基地分布特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)很難精準(zhǔn)確定成災(zāi)水位，大多數(shù)要經(jīng)過(guò)后期的計(jì)算確定。文章歸納總結(jié)了后期成災(zāi)水位確定時(shí)可能會(huì)遇到的各種情況，并結(jié)合沿河村落分布特點(diǎn)提出以下意見(jiàn)。

1)若自然村中住戶的宅基較高，而雞舍、窩棚等非住戶建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)較低，則成災(zāi)水位取最易受災(zāi)的宅基地高程。

2)若沿河村落匯入河流較多，且村落受到每條河流的影響，必須評(píng)價(jià)分析和測(cè)量所有的河流，該村落的防洪能力和成災(zāi)水位應(yīng)按防洪能力偏低的河流確定。

3)若沿河村落河道兩岸有堤防，并且堤防發(fā)揮著連續(xù)保護(hù)的功能，則成災(zāi)水位取堤防的高程；若未形成連續(xù)堤防，難以發(fā)揮有效的保護(hù)作用，則成災(zāi)水位應(yīng)按住戶確定。

2.3 成災(zāi)雨量分析

假定設(shè)計(jì)洪水與設(shè)計(jì)暴雨具有相同的頻率，結(jié)合設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算成果推求發(fā)生頻率所對(duì)應(yīng)的降雨量，圖1反映了防災(zāi)對(duì)象的設(shè)計(jì)暴雨洪水和山洪災(zāi)害分析流程。

圖1 設(shè)計(jì)暴雨洪水與山洪災(zāi)害分析流程

2.4 評(píng)價(jià)結(jié)果

以彰武縣沿河80個(gè)易受山洪災(zāi)害影響的集鎮(zhèn)、村落為重點(diǎn)調(diào)查對(duì)象，并開(kāi)展防洪能力分析和斷面測(cè)量。結(jié)合相關(guān)資料，將防災(zāi)對(duì)象劃分成危險(xiǎn)區(qū)、高危險(xiǎn)區(qū)、極高危險(xiǎn)區(qū)，統(tǒng)計(jì)整理沿河村落的成災(zāi)頻率，并客觀評(píng)價(jià)其山洪災(zāi)害防御能力，如表1所示。

表1 沿河村落

采用24h、6h、3h、2h、1h五種時(shí)段計(jì)算成災(zāi)雨量，并以60%和80%的成災(zāi)雨量作為防災(zāi)對(duì)象告知雨量、警戒雨量?？紤]到防災(zāi)對(duì)象存在一定差異以及雨量空間分布不均的實(shí)際情況，防災(zāi)能力與告知雨量、警戒雨量大小并不完全一致，各時(shí)段的告知雨量和警戒雨量也并非完全相同，但應(yīng)保持相應(yīng)的變化趨勢(shì)。彰武縣典型村屯的告知雨量和警戒雨量，如表2所示。

表2 典型村屯的告知雨量和警戒雨量表

3 山洪災(zāi)害防治對(duì)策

為了確保蓄滯洪區(qū)的有效運(yùn)行，有效降低區(qū)域水旱災(zāi)害損失，堅(jiān)持防災(zāi)減災(zāi)“三個(gè)轉(zhuǎn)變、兩個(gè)堅(jiān)持”的新理念，對(duì)水閘、水庫(kù)等水利工程實(shí)行科學(xué)的調(diào)度，切實(shí)有效提升彰武縣山洪災(zāi)害防御能力[5-7]。

1)完善山洪災(zāi)害預(yù)防體系。彰武縣防汛工作的重點(diǎn)和薄弱環(huán)節(jié)是加強(qiáng)山洪災(zāi)害防御，通過(guò)更新、改造、鞏固、完善已建監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)以及加強(qiáng)防洪工程建設(shè)，切實(shí)提高山洪災(zāi)害預(yù)警精度和監(jiān)測(cè)預(yù)警覆蓋范圍，保證工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及災(zāi)害綜合防御能力的全面提升。

2)提高預(yù)報(bào)預(yù)警能力。為進(jìn)一步增強(qiáng)預(yù)警災(zāi)害性天氣的能力，精細(xì)化預(yù)報(bào)山洪災(zāi)害易發(fā)區(qū)和城市暴雨區(qū)，必須加強(qiáng)洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)設(shè)施建設(shè)，及時(shí)發(fā)布高精準(zhǔn)度的洪水預(yù)警信息，最大程度的延長(zhǎng)預(yù)見(jiàn)期并爭(zhēng)取群眾安全轉(zhuǎn)移時(shí)間。

3)強(qiáng)化行業(yè)與城鎮(zhèn)防汛。加強(qiáng)各部門(mén)之間的合作、協(xié)調(diào)、溝通，實(shí)現(xiàn)有關(guān)信息的及時(shí)共享，為重要基礎(chǔ)設(shè)施(如輸油管道、通訊、電力、交通、城鎮(zhèn))能夠安全度汛提供保障。應(yīng)充分發(fā)揮地方武警主力軍和突擊隊(duì)作用，加強(qiáng)聯(lián)防聯(lián)控以做好防汛工作。

4)加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)。各成員單位要各司其職、各防汛指要發(fā)揮中樞作用，通力合作形成合力，貫徹落實(shí)防汛責(zé)任制和行政首長(zhǎng)防汛負(fù)責(zé)制，在防汛救災(zāi)各環(huán)節(jié)貫徹落實(shí)責(zé)任制，以形成不留死角、不留空白的群防群控良好局面。

5)做好安全度汛工作。完善應(yīng)急搶險(xiǎn)預(yù)案和水庫(kù)調(diào)度運(yùn)行方案，貫徹執(zhí)行批復(fù)的調(diào)度方案，從根本上防止汛期超訊限水位的水庫(kù)運(yùn)行。對(duì)柳河、饒陽(yáng)河、養(yǎng)息牧河、秀水河等重要防洪河道，要抓住關(guān)鍵、強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)、堅(jiān)持守土，確保能夠安全度汛。此外，彰武縣各水管單位要貫徹落實(shí)防汛責(zé)任制，督促落實(shí)安全防范措施以保證防洪工程的安全運(yùn)行。

4 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)2020年彰武縣山洪災(zāi)害內(nèi)業(yè)分析和外業(yè)調(diào)查成果，編制了山洪災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)體系，并合理劃分危險(xiǎn)區(qū)等級(jí)，客觀科學(xué)的評(píng)價(jià)分析其山洪災(zāi)害防御能力，研究成果可為山洪災(zāi)害群測(cè)群訪、防災(zāi)意識(shí)的增強(qiáng)、人員轉(zhuǎn)移安置、預(yù)警預(yù)案編制等提供詳細(xì)科學(xué)的信息支撐。

文章以1998年出版的設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法為基準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算分析，歷經(jīng)20余年彰武縣氣候條件、下墊面情勢(shì)等出現(xiàn)了明顯改變，為了確保山洪災(zāi)害預(yù)警的準(zhǔn)確性，有必要適當(dāng)修正書(shū)中的計(jì)算參數(shù)。新版發(fā)行時(shí)建議補(bǔ)充分析計(jì)算，對(duì)計(jì)算結(jié)果科學(xué)合理性進(jìn)行驗(yàn)證。