銀川市西夏區(qū)山洪災(zāi)害分析評價

趙志偉

（寧夏回族自治區(qū)水旱災(zāi)害防御中心,寧夏 銀川 750001）

0 引言

西夏區(qū)是2020 年度山洪災(zāi)害調(diào)查評價縣之一,地處銀川平原西部、賀蘭山東麓,區(qū)域山洪災(zāi)害主要由短歷時局地暴雨產(chǎn)生,有明顯的季節(jié)性和地區(qū)性。洪水特性與暴雨特性相應(yīng),匯流時間短,來勢兇猛,暴漲暴落,致使山洪的危害性、破壞性極強,造成損失較大,防洪減災(zāi)困難大。開展西夏區(qū)山洪災(zāi)害調(diào)查和分析評價對防災(zāi)避災(zāi)工作十分重要,主要任務(wù)為查清危險區(qū)內(nèi)人口分布,調(diào)查山洪災(zāi)害防治區(qū)暴雨特性、小流域特征,評價危險區(qū)現(xiàn)狀防洪能力,劃定山洪災(zāi)害危險區(qū)等級,確定山洪災(zāi)害預(yù)警指標和閾值,為及時準確發(fā)布預(yù)警信息、安全撤離轉(zhuǎn)移人員提供基礎(chǔ)支撐。

1 區(qū)域基本情況

西夏區(qū)地處銀川平原西部,賀蘭山東麓,總面積1129.27 km3,耕地面積32.5 萬畝,常住人口45 萬。地形地貌從西至東依次由賀蘭山山地、山前洪積扇地、洪積和沖積平原三部分組成。西夏區(qū)屬中溫帶草原性干旱氣候,地表植被稀疏,水土流失嚴重,年均降水量193 mm～202 mm,多以暴雨形式出現(xiàn)在6 月～8月,降雨強度大且集中,來勢猛,起洪快,形成洪峰量大、含沙量大,極易形成山洪并誘發(fā)泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。

2 山洪災(zāi)害分析評價

2.1 分析評價對象及基礎(chǔ)資料處理

分析評價所需資料包括底圖、小流域分布、植被土壤、水文氣象等數(shù)據(jù),主要由工作底圖、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和外業(yè)調(diào)查三個途徑獲得,并進行可用性、可靠性、完整性及一致性分析,進而確定合適的方法,選取典型危險區(qū)域為研究對象,建立分析與計算模型,評價對象基本情況見表1。

表1 西夏區(qū)新增山洪災(zāi)害危險區(qū)基本情況

2.2 設(shè)計暴雨計算

2.2.1 計算方法及過程

西夏區(qū)多為小于6 h的短時暴雨,本次分析將匯流時間統(tǒng)一延長至6 h,常規(guī)標準歷時取10 min、6 h、24 h作為典型歷時,查讀《寧夏暴雨洪水圖集》得到各對應(yīng)歷史的點雨量均值和點雨量變差系數(shù)Qv值,計算過程如下：

a.先計算出所需頻率的典型歷時對應(yīng)的設(shè)計點雨量；

b.以設(shè)計點雨量乘以點面折減系數(shù)Kf,求得設(shè)計面雨量；

c.根據(jù)求得典型歷時的設(shè)計面雨量,通過以下公式求得不同歷時設(shè)計面雨量,公式如下：

2.2.2 計算結(jié)果

由于西夏區(qū)是典型的干旱區(qū)暴雨特性,按照同頻內(nèi)包雨型時程分配計算,確定暴雨歷時各時段的雨量,可得西夏區(qū)新增危險區(qū)的設(shè)計暴雨成果,以銀西、富寧村（甘溝流域）為例,列出計算結(jié)果見表2。

表2 新增危險區(qū)設(shè)計暴雨計算成果（甘溝流域）

2.3 設(shè)計洪水計算

2.3.1 典型頻率洪水計算

據(jù)西夏區(qū)暴雨山洪強度大、歷時短、產(chǎn)流方式為超滲產(chǎn)流等特性,假定暴雨與山洪同頻率,按《山洪災(zāi)害分析評價技術(shù)要求》確定為P=20%、P=10%、P=5%、P=2%、P=1%共5 種,計算方法采用瞬時單位線法,計算過程中考慮區(qū)域匯水面積、概化長度、清渾比等影響因素,求得危險區(qū)溝道出口斷面設(shè)計洪水結(jié)果見表3。

表3 新增危險區(qū)溝道設(shè)計洪峰流量計算表

2.3.2 水位流量關(guān)系曲線

利用曼寧公式建立水位流量關(guān)系,過程中,比降采用河道實測比降,糙率參考《寧夏回族自治區(qū)洪水調(diào)查資料匯報》中類似特征溝道歷史洪水,根據(jù)溝道特征、比降及平均水深確定水位流量轉(zhuǎn)換中糙率。以銀西村（甘溝流域）為例,列出溝道控制斷面水位流量關(guān)系曲線,見圖1。在分析評價中,還需將水位-流量關(guān)系曲線與實測調(diào)查得到的危險區(qū)人口-高程信息結(jié)合分析,得到水位-人口關(guān)系曲線,計算確定各頻率洪水下,淹沒高程下累計人口、房屋數(shù)等信息,評價其防洪能力現(xiàn)狀。

圖1 銀西村（甘溝）水位-流量關(guān)系圖

3 分析評價成果

3.1 現(xiàn)狀防洪能力評價

根據(jù)得到溝道控制斷面處的水位流量關(guān)系曲線,選取溝道漫灘點作為其成災(zāi)水位,查詢成災(zāi)水位對應(yīng)的洪峰流量,由頻率分析法或插值法確定成災(zāi)水位對應(yīng)洪峰流量的頻率。分析結(jié)果表明：銀西村、綠苑溫棚現(xiàn)狀防洪能力大于100 年一遇,屬于危險區(qū)范圍；富寧村危險區(qū)現(xiàn)狀防洪能力大于20年一遇小于50 年一遇,屬于高危險區(qū)范圍；農(nóng)牧場九隊危險區(qū)現(xiàn)狀防洪能力大于50 年一遇而小于100 年一遇,屬于高危險區(qū)。

3.2 危險區(qū)等級劃分

采用《山洪災(zāi)害分析評價技術(shù)要求》中提供方法,并按照100年一遇設(shè)計洪水位和最高歷史洪水位中的較高歷史洪水中的較高水位淹沒范圍內(nèi)的居民區(qū)確定為危險區(qū)范圍。劃分結(jié)果見表4。

表4 新增危險區(qū)防洪能力評價及危險等級劃分情況

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查危險區(qū)人口高程分布關(guān)系,確定成災(zāi)水位各頻率設(shè)計洪水位下的累計人口和房屋數(shù)量,可為現(xiàn)狀防洪能力評價提供直接數(shù)據(jù)支撐。

3.3 預(yù)警指標確定

結(jié)合西夏區(qū)流域暴雨、下墊面特性及歷史山洪災(zāi)害特性,該區(qū)域為典型的超滲產(chǎn)流區(qū),產(chǎn)流平均損失率與雨量和歷時有關(guān),與前期影響降水及土壤墑情關(guān)系不大。本次預(yù)警指標分析采用水位流量反推法進行對比分析。

a.引用設(shè)計洪水計算成果中各危險區(qū)不同頻率20%、10%、5%、2%及1%所對應(yīng)的的設(shè)計洪峰值,在洪峰頻率的關(guān)系曲線上查得臨界流量對應(yīng)的頻率,假定該頻率即是臨界雨量的頻率P災(zāi)。

b.根據(jù)設(shè)計暴雨計算方法求得頻率P災(zāi)對應(yīng)的24 小時設(shè)計面雨量。

c.根據(jù)《寧夏水文手冊》查得該區(qū)域?qū)?yīng)的暴雨遞減指

數(shù)根據(jù)暴雨公式求得各預(yù)警時段對應(yīng)的臨界雨量。

綜合考慮分析評價對象所處溝道形態(tài)、洪水上漲速率、預(yù)警響應(yīng)時間等因素,確定臨界雨量為立即轉(zhuǎn)移指標,在臨界雨量基礎(chǔ)上折減 30%的值作為準備轉(zhuǎn)移指標,以銀西村為例,分析成果見表5。

表5 西夏區(qū)新增危險區(qū)雨量預(yù)警指標計算成果

3.4 合理性分析

預(yù)警指標分析是以設(shè)計洪水成果為基礎(chǔ),考慮不同預(yù)警時段,反推成災(zāi)流量對應(yīng)臨界雨量得到,主要從以下幾方面進行合理性分析：

a.與雨量站實測資料進行對比分析,由于缺乏多年實測資料,選取西夏區(qū)榆樹溝口站實測最大點雨量值與立即轉(zhuǎn)移預(yù)警指標作對比,具有一定參考意義。對比結(jié)果見表6?？芍獌煞N方法得出結(jié)果較為近似,因此,設(shè)計暴雨洪水計算選擇的方法是適用的,計算結(jié)果較為合理。

表6 預(yù)警指標結(jié)果-西夏區(qū)榆樹溝口站實測洪災(zāi)雨量對比表

b.與已有成果《西夏區(qū)山洪災(zāi)害危險區(qū)劃定報告》中由經(jīng)驗確定預(yù)警指標對比,避免較大偏差。

c.與流域、氣候、地貌、植被、行洪能力等因素相近的防災(zāi)對象成果進行對比,避免較大偏差。

4 結(jié)論及建議

（1）危險區(qū)的劃定只是對正常溝道斷面洪水進行計算得出,現(xiàn)實中暴雨山洪致災(zāi)原因有許多,例如滑坡、泥石流、工程潰決、河流改道等,存在不確定性,其他原因?qū)е碌纳胶闉?zāi)害發(fā)生區(qū)域無法進行詳盡的分析評價。

（2）對位于面積較大流域危險區(qū),應(yīng)當根據(jù)當?shù)亟涤挈c面關(guān)系考慮雨量轉(zhuǎn)換后與預(yù)警指標對比,作為全流域預(yù)警的參考。

（3）運用好危險區(qū)分析評價所得現(xiàn)狀防洪能力、預(yù)警指標等信息,進一步改進監(jiān)測站點布設(shè),對各級山洪災(zāi)害防治預(yù)案的豐富和完善具有支撐作用。

（4）根據(jù)分析結(jié)果,新增危險區(qū)中高危區(qū)人口占比約1/3,考慮該區(qū)域是人口、集鎮(zhèn)密集,且是葡萄酒、奶產(chǎn)業(yè)集中連片區(qū),須加大對山洪災(zāi)害防治投入傾斜力度,保障居民安全及產(chǎn)業(yè)發(fā)展。