我國山洪災(zāi)害防治技術(shù)研究綜述

王文川，和 吉，邱 林

（華北水利水電學(xué)院水利學(xué)院，450011，鄭州）

一、山洪災(zāi)害成因分析

我國地貌類型復(fù)雜多樣，廣大山區(qū)山高溝深，河谷縱橫，地勢起伏大，谷坡穩(wěn)定性差，地表風(fēng)化物和松散堆積物厚，由于地處東亞季風(fēng)區(qū)，降雨時段集中，加之人類活動劇烈，導(dǎo)致我國山洪災(zāi)害頻發(fā)。任洪玉等從自然因素和社會因素兩個方面入手，將山洪災(zāi)害成因歸納為降雨、地形地質(zhì)和人類活動等3個因素，并對每個因素中影響山洪災(zāi)害發(fā)生的因子進(jìn)行了具體分析，其結(jié)果表明降雨特別是強(qiáng)降雨和長歷時降雨是山洪災(zāi)害形成的激發(fā)因素和主導(dǎo)因素，地形地質(zhì)條件是山洪災(zāi)害形成的基礎(chǔ)，不合理的人類活動則加速加劇了山洪災(zāi)害的形成及災(zāi)害程度。丁春梅等指出由于浙江省在梅汛期和臺汛期容易遭受暴雨襲擊，加上人類活動和河道行洪能力的日益萎縮是引發(fā)山洪災(zāi)害的主要成因。鄒翔等人的研究結(jié)果表明陜西省的降雨分布、地質(zhì)地形及不合理的人類活動是導(dǎo)致陜西省山洪災(zāi)害的主要成因。周村旭等指出對河南省而言，暴雨是造成山洪災(zāi)害的根源，特殊的地理環(huán)境和不合理的人為活動等因素加劇了山洪災(zāi)害的形成與發(fā)展。方云祥等指出安徽省內(nèi)的山洪災(zāi)害主要是受氣候、地形地質(zhì)條件及人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響。李景保等從誘發(fā)山洪災(zāi)害的水動力環(huán)境條件、坡度勢能環(huán)境條件和固體物質(zhì)環(huán)境條件對湖南省的山洪災(zāi)害成因進(jìn)行了詳細(xì)分析。陽岳龍等認(rèn)為特殊的氣候水文條件、復(fù)雜的地貌、不利的地層巖性以及不合理的人類活動是造成郴州市山洪災(zāi)害頻繁發(fā)生的主要因素。馬秀芳通過對涇河流域源頭段的山洪災(zāi)害研究認(rèn)為：降水是引發(fā)山洪災(zāi)害的最直接原因，地形是導(dǎo)致山洪災(zāi)害的基礎(chǔ)因素，復(fù)雜的地層巖性是加劇山洪災(zāi)害的內(nèi)部因素，人類活動破壞植被加劇了山洪災(zāi)害。

由此可見，山洪災(zāi)害的成因主要是氣候、地貌、地層巖性和不合理的人類活動對植被的破壞等造成的。

二、山洪災(zāi)害預(yù)測預(yù)報技術(shù)

山洪災(zāi)害預(yù)測預(yù)報技術(shù)是山洪災(zāi)害防治區(qū)非工程措施體系建設(shè)的一項重要工作，通過提前判斷山洪發(fā)生的時間、地點、規(guī)模、危害范圍以及可能造成的損失，使防治區(qū)的居民及時得到信息，提前采取措施，達(dá)到保證生命財產(chǎn)安全、減輕災(zāi)害的目的。王禮先等嘗試以前期實際15d雨量和發(fā)生災(zāi)害當(dāng)日雨量為輸入值，構(gòu)建了山洪泥石流BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)報模型。周金星在分析北京山區(qū)山洪及泥石流災(zāi)害發(fā)生成因及特點的基礎(chǔ)上，建立了北京山洪及泥石流災(zāi)害空間預(yù)報信息系統(tǒng)，并對北京山區(qū)山洪及泥石流災(zāi)害空間分布進(jìn)行了預(yù)報。劉蘇峽針對“5·12”汶川特大地震造成的災(zāi)區(qū)地表松動，使處于雨季的災(zāi)區(qū)面臨山洪災(zāi)害的的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，提出了汶川特大地震災(zāi)后山洪災(zāi)害預(yù)估與應(yīng)對措施。李俊等探討集合預(yù)報技術(shù)在山洪預(yù)報領(lǐng)域的應(yīng)用，分析了集合預(yù)報與單一確定性預(yù)報相比在對引發(fā)山洪災(zāi)害的強(qiáng)降水天氣預(yù)報方面的優(yōu)勢。白寧等應(yīng)用單位的卷積方程和水量平衡方程，推導(dǎo)出區(qū)間各子流域河流出口最大洪峰流量與已知的區(qū)間出口最大流量的關(guān)系式，以解決區(qū)間內(nèi)無流量資料河流出口的最大洪峰流量預(yù)報問題。謝會云等以流量信息為基礎(chǔ)，研究了基于GIS等流時線法山洪匯流。王鑫等基于淺水動力學(xué)方程，考慮降雨和下滲，建立了暴雨山洪的水動力學(xué)數(shù)值模型，并以此為基礎(chǔ)提出確定山洪災(zāi)害臨界雨量新方法，應(yīng)用于典型山洪易發(fā)區(qū)的暴雨山洪預(yù)報，取得較好效果。鄭國強(qiáng)等用影響山洪泥石流發(fā)生的前15 d的實效雨量和當(dāng)日雨量作為預(yù)報模型因子，建立了基于Bayes判別分析法的密云縣山洪泥石流預(yù)報模型。劉陽等通過建立山洪形成過程的數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)了對山洪預(yù)測的數(shù)值模擬。管珉等以推理公式為基礎(chǔ)，介紹了一種適用于江西偏遠(yuǎn)小流域的山洪災(zāi)害指標(biāo)的計算模型。

對山洪預(yù)測預(yù)報的研究，取得了一些較好的成果，主要表現(xiàn)在應(yīng)用現(xiàn)在一些新的科學(xué)技術(shù)和手段，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、集合預(yù)報和數(shù)值模擬等。這些技術(shù)的應(yīng)用和推廣必將推動山洪災(zāi)害防治區(qū)的非工程措施體系建設(shè)。

三、山洪災(zāi)害預(yù)警技術(shù)

山洪災(zāi)害預(yù)警技術(shù)是為各級政府防汛抗旱指揮部門提供科學(xué)決策的依據(jù)，是做好人員轉(zhuǎn)移、防范山洪災(zāi)害、保證人民生命安全的有效途徑。國內(nèi)對有關(guān)山洪災(zāi)害的預(yù)警研究主要集中在臨界雨量的計算方法上。國家防辦建議采用 “統(tǒng)計歸納法”分析區(qū)域臨界雨量。陸桂亞等提出了有資料區(qū)域臨界雨量分析法，同時也提出了內(nèi)插法和比擬法、災(zāi)害實例調(diào)查法、災(zāi)害與降雨頻率分析法等無資料區(qū)域臨界雨量的估算方法。張玉龍等用克里金空間插值分析法、反距離加權(quán)插值法、徑向基函數(shù)插值法對云南省山洪災(zāi)害典型區(qū)的臨界雨量進(jìn)行研究，并繪制相應(yīng)等值線圖。張世才采用災(zāi)害實例調(diào)查法、頻率分析法和產(chǎn)流分析法對比確定祁連山區(qū)山洪災(zāi)害臨界雨量。段生榮采用了實測雨量分析法、降雨災(zāi)害頻率分析法和產(chǎn)匯流分析法對比確定了黃河流域大通河支流的山洪災(zāi)害臨界雨量。葉勇等以“水位反推法”來確定浙江省小流域的臨界雨量。王仁喬等采用類比法、排除法、災(zāi)害氣候頻率法等一系列方法，對湖北省山洪災(zāi)害臨界雨量進(jìn)行訂正，結(jié)果比較符合實際。江錦紅等從河道安全泄洪流量出發(fā)，以最小臨界雨量和臨界雨力的新概念和計算方法為基礎(chǔ)，構(gòu)建了暴雨臨界曲線作為山洪災(zāi)害預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)。劉志雨等提出以分布水文模型為基礎(chǔ)，以動態(tài)雨量為指標(biāo)的山洪預(yù)警預(yù)報方法，為山洪災(zāi)害預(yù)警提供了新的思路。

我國山洪災(zāi)害預(yù)警技術(shù)還是主要依據(jù)臨界雨量單項指標(biāo)，所不同的只是在確定時根據(jù)具體情況采用不同的計算方法。

四、山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)

山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)是山洪災(zāi)害防治非工程措施的重要平臺。從2006年國務(wù)院批復(fù)全國山洪災(zāi)害防治規(guī)劃，啟動實施了山洪災(zāi)害防治試點建設(shè)之后取得了許多成果。胡維忠等提出了山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及設(shè)計原則，詳細(xì)闡明了組成監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的監(jiān)測子系統(tǒng)、信息匯集及信息查詢子系統(tǒng)、信息匯集與預(yù)警平臺、預(yù)警子系統(tǒng)和預(yù)報決策子系統(tǒng)的設(shè)計要求。李良等從數(shù)據(jù)庫設(shè)計、圖形管理、數(shù)據(jù)采集與輸入、系統(tǒng)組成和系統(tǒng)管理五個方面詳細(xì)探討基于GIS的山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。費建英等介紹了利用CDMA/GPRS通信產(chǎn)品完成山洪預(yù)警系統(tǒng)中監(jiān)測采集站網(wǎng)的汛情信息傳輸及預(yù)警信息的傳送，為指揮調(diào)度工作提供暢通、快速、可靠穩(wěn)定的通道。張李蓀以GIS技術(shù)、空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為依托，建立了基于WebGIS的山洪災(zāi)害預(yù)警信息系統(tǒng)設(shè)計。

五、山洪災(zāi)情風(fēng)險評估技術(shù)

山洪災(zāi)情評估工作是開展災(zāi)前預(yù)防、災(zāi)后恢復(fù)重建、救援物資發(fā)放的重要參考依據(jù)。我國開展山洪災(zāi)情評估方面的研究起步較晚，20世紀(jì)80年代中期我國開始有山洪災(zāi)前危險度評估方面的研究報道，山洪災(zāi)前易損度和風(fēng)險度評估方面的研究成果從1998年才開始有文獻(xiàn)報道，且針對山洪災(zāi)后損失評估的研究成果到1999年才有文獻(xiàn)。2004年何易平對山洪災(zāi)情風(fēng)險評估技術(shù)的相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行了詳細(xì)的述評。同年程衛(wèi)帥等對山洪災(zāi)害風(fēng)險度評價技術(shù)進(jìn)行了綜述。近年的研究成果主要有：趙紅莉等采用指標(biāo)模型法，基于GIS技術(shù)對桂東縣寨前流域內(nèi)山洪及其誘發(fā)災(zāi)害的風(fēng)險進(jìn)行了分析，得出災(zāi)害高風(fēng)險區(qū)的分布。劉蘭芳引入綜合災(zāi)情指數(shù)對湖南省衡陽市山洪災(zāi)害進(jìn)行綜合災(zāi)情損失評估。謝圣等對小流域風(fēng)險圖的編制作了有益的探討。朱靜以云南省文山縣城為例，介紹了城市山洪災(zāi)害風(fēng)險評價方法。唐川等提出了一套基于GIS的從數(shù)據(jù)采集→空間屬性數(shù)據(jù)庫建立→評價指標(biāo)體系選擇→預(yù)測評價分析→山洪災(zāi)害危險性評價與風(fēng)險區(qū)劃的技術(shù)路線和方法體系。聶娟等研究了山洪災(zāi)害雷達(dá)遙感災(zāi)情評估技術(shù)。

從我國災(zāi)情評估的發(fā)展來看，主要是從早期的定性描述和統(tǒng)計分析逐步發(fā)展同經(jīng)濟(jì)社會條件相結(jié)合的評估方法。近年，隨著計算機(jī)技術(shù)和地理信息技術(shù)的發(fā)展，RS和GIS技術(shù)越來越多地被應(yīng)用于災(zāi)前風(fēng)險和災(zāi)后災(zāi)情評估工作中。

六、山洪災(zāi)害形成機(jī)理

對山洪災(zāi)害形成機(jī)理的研究和其影響因素的量化分析，對開展山洪災(zāi)害預(yù)報、預(yù)警、制定防治對策等至關(guān)重要。我國在這方面也取得了一些成果。曹叔尤等對堰塞湖山洪形成機(jī)理進(jìn)行了初步探索。王中等分析了觸發(fā)重慶山洪災(zāi)害的典型環(huán)流和主要的影響系統(tǒng)。高煜中等從氣候與環(huán)境兩個方面對山洪暴發(fā)及等級劃分的影響進(jìn)行了探討。

七、山洪災(zāi)害防治區(qū)劃及防治對策

水利部會同有關(guān)部委共同編制了 《全國山洪災(zāi)害防治規(guī)劃》，2006年10月國務(wù)院正式批復(fù)該規(guī)劃。張平倉等綜合分析了我國不同區(qū)域山洪災(zāi)害形成的暴雨、地質(zhì)地形條件、區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、山洪災(zāi)害類型、數(shù)量與防治類型，有針對性地提出了我國各區(qū)山洪災(zāi)害的防治對策。張瑞軍等采用基于構(gòu)件的柔性軟件工程的思想，開發(fā)了全國山洪災(zāi)害防治規(guī)劃信息系統(tǒng)。張力等利用先進(jìn)的地理信息系統(tǒng)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建立了山洪災(zāi)害防治規(guī)劃數(shù)據(jù)庫，為我國山洪災(zāi)害防治規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計提供了規(guī)范和總控依據(jù)。馬建華等根據(jù)部門區(qū)劃疊加原理，將中國山洪災(zāi)害防治區(qū)劃分成一級重點防治區(qū)、二級重點防治區(qū)和一般防治區(qū)等三個類型區(qū)。石林等分析了山洪災(zāi)害易發(fā)程度與地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等地形地質(zhì)條件的相互關(guān)系，提出了我國山洪災(zāi)害防治地形地質(zhì)區(qū)劃的基本方法、步驟及相關(guān)技術(shù)。張玻華等在我國山洪災(zāi)害防治區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展情況研究的基礎(chǔ)上，對山洪災(zāi)害防治經(jīng)濟(jì)社會區(qū)劃進(jìn)行了研究。

八、存在的不足與今后研究的方向

縱觀山洪災(zāi)害防治技術(shù)的研究史，可以看出我國山洪災(zāi)害防治技術(shù)研究起步較晚。盡管目前有許多很好的成果，但結(jié)合我國山洪災(zāi)害的特點和目前的防治現(xiàn)狀，仍存在一些不足和需要努力的方向。

一是對山洪災(zāi)害的成災(zāi)機(jī)理研究較為薄弱。山洪災(zāi)害是致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境和承載體三種因素影響下共同作用形成的，需要加強(qiáng)山洪災(zāi)害的主要致災(zāi)因子和孕災(zāi)環(huán)境的探詢，為山洪災(zāi)害的預(yù)測預(yù)報、預(yù)警指標(biāo)的確立、災(zāi)前風(fēng)險分析、災(zāi)后風(fēng)險評估等提供物理層面的分析。

二是預(yù)警指標(biāo)單一。目前僅靠臨界雨量單項指標(biāo)作為山洪預(yù)警指標(biāo)，而誘發(fā)山洪災(zāi)害的機(jī)理較復(fù)雜，影響因素也較多，各種因素的定量關(guān)系難以區(qū)分、確定。僅雨量因素來說，前期降雨和后期降雨強(qiáng)度共同影響山洪流量，即相同的降雨強(qiáng)度由于前期影響雨量不同會有不同的產(chǎn)流結(jié)果。應(yīng)針對不同區(qū)域、不同的氣候和環(huán)境條件，增加其他預(yù)警指標(biāo)的分析論證工作。

三是災(zāi)情評估以定性和半定量為主，評估效果的應(yīng)用性差，在減災(zāi)防災(zāi)決策中的作用不明顯。雖然GIS技術(shù)已用于災(zāi)前風(fēng)險評估和災(zāi)后災(zāi)情評估工作，但多是二維的，需加強(qiáng)三維技術(shù)的引進(jìn)，提高山洪災(zāi)情評估的精度和效率。

四是山洪災(zāi)害防治區(qū)的非工程措施體系建設(shè)生產(chǎn)的投入已比較明確，但對山洪防治關(guān)鍵技術(shù)的投入較少。需要加強(qiáng)各種技術(shù)的研究投入，提高山洪災(zāi)害防治區(qū)的非工程措施體系建設(shè)的科技含量，研究更準(zhǔn)確、更經(jīng)濟(jì)、更快速、更高效、更適合我國山區(qū)情況的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。

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