甘肅省成縣山洪災害臨界雨量分析計算

祝武斌（隴南水文水資源勘測局，甘肅 成縣 742500）

甘肅省成縣山洪災害臨界雨量分析計算

祝武斌
（隴南水文水資源勘測局，甘肅 成縣 742500）

針對成縣暴雨特性和山洪特性，采用山洪災害與降雨頻率分析法分區計算其臨界雨量，為該地區山洪災害防治提供技術支撐。為相似地區山洪災害防治臨界雨量計算提供了借鑒。

山洪災害；臨界雨量；分析；計算

1 概況

1.1 自然地理概況

成縣地處秦嶺山脈南麓丘陵河谷地帶，位于甘肅省東南部，隴南市北部偏東，東北與徽縣接壤，西與西和縣相鄰，南以西漢水為界與康縣相望，東南與陜西省略陽縣毗鄰。成縣南北寬約55km，東西長約52km，地理坐標介于東經105°24′至105° 57′，北緯 33°31′至 34°02′之間，縣境總面積1678.32km2。

1.2 地形地貌

成縣地處隴南山地東部。西北屬北秦嶺山脈南麓，中部屬徽成盆地，南部為南秦嶺山脈北緣。地勢西北高東南低。地貌主要為中山區，次為丘陵和小面積川壩。西漢水和長豐河流經地區為小面積狹長谷地。成縣的地貌形態可分為兩個主要類型:一是山地，約占縣域面積的三分之二，集中分布在西北部和南部。二是盆地，為徽成盆地的一部分，分布于城關、拋沙、店村、紅川、陳院、水泉、小川等鄉鎮，面積300km2。

1.3 氣候環境

成縣屬大陸性季風氣候，四季分明。冬季受來自北方和西北冷空氣影響，夏季盛行東南季風和來自孟加拉灣的溫暖季風的影響，氣候地域差異大，垂直變化明顯。成縣的多年平均降水量為685.7m m。全縣年平均陸面蒸發量為493.8m m，干旱指數為1.006，按甘肅省氣候分區屬溫帶半濕潤地區。

2 暴雨、洪水特征

成縣境內降水較豐富，但在時空分布上很不均勻，據成縣水文站1956～2013年58年的降水資料分析，連續最大四個月降水主要集中在6～9月，占全年降水量的68%左右，冬春季降水偏少，夏秋季降水量較大，且多為暴雨，歷時短，雨量大，產流快，容易形成山洪、泥石流災害。

3 資料收集

3.1 境內及周邊水文站、雨量站情況

成縣境內有兩個水文站，分別是西漢水鐔家壩（二）水文站及長豐河成縣水文站；成縣境內有8個雨量站，分別是紅川、黃渚關、二郎、小川、成縣、紙坊、化埡、鐔家壩雨量站。另外，在這次臨界雨量的分析計算中也采用了第Ⅰ典型區域的徽縣麻沿雨量站資料。

3.2 時段雨量統計計算

統計成縣境內及周邊紅川、黃渚關、二郎、小川、成縣、紙坊、化埡、鐔家壩、麻沿各雨量站10m i n、30m i n、1h、3h、6h、12h、24h降水量，對于無10m i n、30m i n、1h、3h降水資料的人工觀測雨量站，應用暴雨強度i與降水歷時T的關系予以換算。

4 臨界雨量分析計算

臨界雨量按災害種類劃分為山溪洪水災害臨界雨量、泥石流災害臨界雨量、滑坡災害臨界雨量。因典型區域內泥石流、滑坡災害較少且缺乏相關資料，臨界雨量可合并進行分析計算（假定三者臨界雨量相同）。目前臨界雨量的計算方法一般有單站臨界雨量法、區域臨界雨量法和災害與降水頻率分析法。

4.1 利用單站臨界雨量分析計算區域臨界雨量（單站臨界雨量法）

4.1.1資料統計

首先根據成縣境內歷次山洪災害發生的時間表，收集區域及周邊鄰近地區各雨量站對應的雨量資料，確定對應的降雨過程開始和結束時間。降雨過程的開始時間，是以連續3日每日雨量≤1m m后出現日雨量＞1m m的時間；降雨過程的結束時間是山洪災害發生的時間（這里確定的是降雨過程統計時間，如災害發生后降雨仍在持續，災害會加重）。過程時間確定后，在每次過程中依次查找并統計10m i n、30m i n、1h、3h、6h、12h、24h及3d降水量對應的起止時間。如果過程時間長度小于對應項的時段跨度，則不統計（如降雨過程小于12h，則不統計12h、24h最大雨量及其起止時間）。

4.1.2單站臨界雨量的計算

假設區域內共有S個雨量站，共發生山洪災害N次，共統計T個時間段的雨量，Rtij為t時段第i個雨量站第j次山洪災害的最大雨量，則各站每個時間段N次統計值中，最小的一個為臨界雨量初值，即初步認為這個值是臨界雨量，計算公式如下:

4.1.3單站臨界雨量分析

（1）不同站點相同時段的臨界雨量不盡相同，與各站點地質、地形、前期降雨量及氣候條件的不同有關。地形陡峭，土壤吸水能力較好，前期降雨量小，年雨量較大的地區，臨界雨量就較大，相反則臨界雨量就較小。

4.1.4區域內各站同一時段的臨界雨量統計分析

（1）計算平均值

Rt可視為區域內大范圍的平均情況，即當面降雨量超過時，區域內有可能發生山洪災害。

（2）統計最小值

Rtimin可視為區域內致災降雨強度的必要條件，即只有當區域內至少有一個站雨強超過 Rtimin時，區域內才有可能發生山洪災害。

（3）統計最大值

當前二銨銷售正處于清淡期，在問及二銨秋季肥的表現時，湖北鄂中化工銷售部孫經理說：“整體來說，二銨在國內秋季市場表現較好，尤其在底肥施用上，二銨擠占了傳統底肥部分市場，價格和銷量也達到預期。但二銨之前價格的上揚，主要受物流和成本增加影響，企業在盈利上并無利好?？梢哉f，目前企業在二銨生產上并無太多利潤可言，主要是為了保證產品供應，保護市場份額，保證生產線產能。所以即使在成本線上，甚至低于成本線情況下，企業也在維持生產，以確保綜合效益。”

RtimaX可視為區域內發生山洪災害的充分條件，即當區域內每個站點雨強都超過 RtimaX時，區域內將會有大范圍的山洪災害發生。

4.2 區域山洪臨界雨量的分析計算（區域臨界雨量法）

4.2.1資料收集與統計

計算區域內與歷次山洪災害對應的各時段最大面平均雨量。假設區域內共有S個雨量站，共發生山洪災害N次，共統計T個時段的面平均雨量，面平均雨量計算可采用算術平均法、泰森多邊形法、雨量等值法等，具體方法根據典型區域的實際情況而定。但都要保證計算得到的面平均雨量的精度。R t j為t時段第j次山洪災害對應雨量過程中的最大面平均雨量，則區域內各時段有N個（每次災害一個）最大面平均雨量值。

4.2.2區域臨界雨量的初值確定

統計N次山洪災害各時段最大雨量面平均值的最小值，即為各時段區域山洪臨界雨量初值。

4.2.3區域臨界雨量分析

區域山洪災害臨界雨量，可作為判別區域內有無山洪災害發生的定量指標。因在統計山洪災害次數時，只要區域內有1個站發生了山洪災害，就認為區域內有山洪災害發生。因此，它無法判別區域內受災面積的大小及災害嚴重程度。

4.3 災害與降雨頻率分析法

通過對災害場次的調查，分析山洪災害的頻率，取與山洪災害發生頻率相同的降雨量設計值即為臨界雨量初值。通過與周邊鄰近地區的臨界雨量進行綜合對比分析，最后合理確定臨界雨量值。

4.4 成縣各典型區域臨界雨量的計算

4.4.1各典型區域臨界雨量計算方法的確定

成縣各典型區域山洪、泥石流災害的主要來源是暴雨，各典型區域災害場次的統計數據相對準確可靠，因此可采用災害與降雨頻率分析法來分析確定各典型區域的臨界雨量。

4.4.2歷史山洪災害場次統計及頻率計算

（1）山洪、泥石流災害場次統計

根據《成縣志》及《成縣山洪災害防御預案》中對歷史山洪災害的記錄情況，統計出山洪災害發生的時間及場次，見表1。

（2）山洪、泥石流災害發生頻率計算

通過對Ⅰ區（北部的黃渚、二郎、王磨地區）歷史山洪、泥石流災害調查統計，自1934年至2013年間，該區域內共發生山洪、泥石流災害11次，山洪泥石流災害發生的頻率為13.8%。

通過對Ⅱ區（西部的紙坊、沙壩、蘇元、索池、小川地區）歷史山洪、泥石流災害調查統計，自1934年至2013年間，該區域內共發生山洪、泥石流災害6次，山洪泥石流災害發生的頻率為7.5%。

通過對Ⅲ區（東部的陳院、城關、店村、紅川地區）歷史山洪、泥石流災害調查統計，自1934年至2013年間，該區域內共發生山洪、泥石流災害9次，山洪泥石流災害發生的頻率為11.2%。

通過對Ⅳ區（南部的雞峰、黃陳、鐔河、宋坪地區）歷史山洪、泥石流災害調查統計，自1934年至2013年間，該區域內共發生山洪、泥石流災害4次，山洪泥石流災害發生的頻率為5.0%。

表1 成縣臨界雨量典型區域山洪災害場次統計表

4.4.3臨界雨量分析計算

統計出各典型區域內各雨量站10m i n、30m i n、1h、3h、6h、12h、24h、3d最大降水量，再用算術平均法求出區域內10m i n、30m i n、1h、3h、6h、12h、24h、3d面平均最大降水量，分別點繪出10m i n、30m i n、1h、3h、6h、12h、24h、3d面平均最大降水量頻率（P-Ⅲ型）曲線。

再根據各典型區域災害發生的頻率，在點繪的相應區域10m i n、30m i n、1h、3h、6h、12h、24h、3d面平均最大降雨量頻率（P-Ⅲ型）曲線上查出對應頻率的降水量，即為該區域各時段臨界雨量的計算值。各典型區域臨界雨量計算成果見表2。

表2 成縣各典型區域臨界雨量計算成果表

從表2看出，成縣不同區域的臨界雨量稍有差異，其中I區、I I區明顯較 I I I區、I V區偏少10%—15%。

根據《全國山洪災害防治規劃山洪災害臨界雨量分析計算細則》規定，確定以相應時段臨界雨量的3/4值作為短歷時（10m i n、30m i n、1h）“準備撤離雨量”預警指標，即當短歷時降水量達到相應時段的臨界雨量的3/4值，并且降水仍在持續時，須作出準備撤離的預警；確定以相應時段臨界雨量的2/3作為長歷時“準備撤離雨量”預警指標，即當長歷時（3h、6h、12h、24h、3d）降水量達到相應時段的臨界雨量的2/3值，并且降水仍在持續時，須作出準備撤離的預警。

5 結語

通過本文分析，分區確定了成縣山洪災害臨界雨量，為充分發揮山洪災害防治系統的作用及時預警、撤離提供了技術支撐。為相似地區的山洪災害臨界雨量的確定提供了參考。在實際的山洪災害防治工作中，為確保人民生命財產安全，計算的臨界雨量值僅供參考，必須根據前期降雨、地質等情況，具體問題具體分析。

［1］《全國山洪災害防治規劃山洪災害臨界雨量分析計算細則》［M］.中國水利水電出版社，2013.

［2］《甘肅省暴雨洪水圖集》［M］.甘肅省科技出版社，1988.

［3］李滿剛，水文頻率計算方法的探討［J］.水利技術監督，2012（05）.

TV 125

：B

：1672-2469（2015）03-0026-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.03.011

祝武斌（1974年—），男，工程師。