小流域山洪災害分析評價研究

董鳳軍

(臨沂市岸堤水庫管理處，山東 臨沂 276217)

山洪災害是指由于短時強降雨在山丘區引發的洪水災害，以及由山洪誘發的泥石流、滑坡等對國民經濟和人民生命財產安全造成損失的災害[1-2]。近年來，由于氣候變化及人類活動對下墊面因素的影響，山洪災害在部分地區呈現頻發、易發、多發的趨勢，給人員和財產所造成的危害越來越嚴重。因此，開展山洪災害的防治及分析評價研究具有重大意義。

1 評價區概況

評價區水峪村位于太岳山中西部支脈，屬靈石翠峰鎮，對其產生威脅的溝道名為水峪溝，發源于翠峰鎮鄭家山，經上莊、小莊，至水峪村經后悔溝匯入靜升河，全長14.4 km，流域面積25.3 km2，河流比降35.00‰。區域多年平均降水量為601.2 mm，降水量時空分布極不均勻，多集中在6-9月份，約占全年降水總量的70%以上。地表多黃土覆蓋，由于侵蝕作用強烈，山區地形切割嚴重，溝壑縱橫，山高坡陡，水土流失嚴重。由于7-8月份暴雨較多，山洪災害頻繁，嚴重危害當地居民的生命財產安全。評價區位置圖見圖1。

圖1 評價區小流域位置圖

2 分析評價過程

2.1 設計暴雨計算

2.1.1 暴雨歷時和頻率確定

根據《山洪災害分析評價技術大綱》規定，暴雨歷時確定為10 min，60 min，6 h，24 h和3 d共5種。根據《山洪災害分析評價技術要求》規定，確定暴雨頻率為100年一遇、50年一遇、20年一遇、10年一遇和5年一遇共5種[3]。

2.1.2 設計雨型確定

評價區位于山西省水文分區的中區，直接采用《水文手冊》中區主雨日24 h雨型模板為設計雨型[4]。

2.1.3 設計暴雨集時程分配

在《水文手冊》各歷時點暴雨統計參數等值線圖上讀取危險村莊的統計參數，根據參數計算各種歷時的設計點雨量，按點面折減系數計算設計面雨量，按設計雨型進行時程分配。設計暴雨計算成果及設計暴雨時程分配成果見表1和表2。

表1 設計暴雨計算成果表

表2 設計暴雨時程分配成果表

2.2 設計洪水及水面線計算

2.2.1 設計洪水

設計洪水位采用《水文手冊》中的流域模型法計算。流域模型法分為產流計算和匯流計算兩部分。產流計算包括設計凈雨深和設計凈雨過程計算兩部分，前者采用雙曲正切模型計算，后者采用變損失率推理扣損法計算；匯流計算采用綜合瞬時單位線計算[5]。流域模型法設計洪水成果包括洪峰流量、洪量、洪水歷時，水峪村設計洪水成果見表3。

表3 水峪村設計洪水成果表

2.2.2 水面線計算

本次水面線推求采用HEC-RAS軟件。HEC-RAS是由美國陸軍工程兵團水文工程中心(Hydrologic Engineering Center，即HEC)開發的河流模擬分析軟件。該軟件可對天然或人工河道進行一維恒定流和非恒定流的水力推演，可計算緩流、急流及混合流等各種流態；同時能夠生成斷面形態圖、流量及水位過程曲線、河道三維斷面圖等分析圖表[6-8]。根據小流域斷面的實際情況，在本次計算過程中采用恒定流方法計算水面線。計算成果見表4。

表4 水峪村水面線成果表

2.3 防洪現狀評價

2.3.1 成災水位及其對應頻率

根據臨河一側居民戶高程和沿河村落河段水面線確定成災水位。首先確定能夠威脅到居民戶的最小設計洪水重現期，將該重現期設計洪水淹沒的臨河一側居民戶投影到河流縱斷面上，繪制居民戶高程與該重現期設計洪水水面線對比示意圖，見圖2。居民戶低于水面線即代表被淹沒，距離該水面線最遠的居民戶高程即為成災水位。根據暴雨洪水計算得到的評價村莊水位流量曲線，在水位流量曲線上查得成災水位對應的流量，此流量即為成災水位對應的流量值。

圖2 居民戶高程與不同頻率設計洪水水面線對比示意圖

2.3.2 各級危險區人口統計

根據居民住宅基地高程與不同頻率設計洪水位關系，分別統計不同頻率區間的居民戶數及人口數，頻率區間分為5年以下、5～10年、10～20年、20～50年和50～100年。

2.3.3 現狀防洪能力圖繪制

按照危險區等級劃分標準(表5)，初步劃定各級危險區。具體劃分時結合地形地貌情況，確定危險區范圍。根據評價區人口高程分布關系，統計確定成災水位及各頻率設計洪水位下的累計人口和居民戶數，繪制水峪溝小流域不同重現期下水位-流量-人口關系曲線及防洪現狀評價圖，見圖3和圖4。

2.3.4 轉移路線和臨時安置地點確定

在危險區等級劃分的基礎上，結合沿河村落的地形地貌和實地調查的交通條件等信息，確定最佳的轉移路線和臨時安置地點。

表5 危險區等級劃分標準

圖3 小流域不同重現期下水位-流量-人口關系曲線圖

圖4 小流域防洪現狀評價圖

2.4 預警指標分析

2.4.1 預警時段與流域土壤含水量

預警時段與流域的匯流時間有關。根據暴雨特性、流域面積大小、平均比降、形狀系數、下墊面情況等因素，水峪溝小流域基本預警時段定為0.5，1，2，3和6 h；若匯流時間<6 h，預警時段則定為匯流時間以及小于匯流時間的基本預警時段。水峪溝小流域匯流時間為2.5 h，則預警時段為0.5，1，2和2.5 h。

流域土壤含水量采用《水文手冊》中的流域前期持水度作為綜合反映流域土壤含水量或土壤濕度的間接指標。取值為0、0.3和0.6分別代表土壤濕度較干、一般和較濕3種情況。

2.4.2 臨界雨量計算

在確定了成災水位、預警時段以及產匯流分析方法后，就可以計算不同流域前期持水度(B0)下各典型時段的危險區臨界雨量。經過多種方法論證，水峪溝小流域臨界雨量采用水位-流量反推法進行推算。首先根據評價對象的山洪災害調查成果和數據計算成果，以控制斷面的成災水位為臨界水位；然后根據控制斷面水位-流量關系，確定臨界水位對應的臨界流量，采用臨界流量對應頻率，查取設計暴雨為0.5，1，1.5，2和2.5 h的匯流歷時雨量，該雨量作為預警級別最高的緊急性預警標準。依據上述計算步驟，反推水峪村的動態臨界雨量，見表6。

2.4.3 雨量預警指標綜合確定

預警分為準備轉移和立即轉移兩項指標。由于臨界雨量是從成災水位對應流量的洪水推算得到的，所以在數值上認為臨界雨量即立即轉移指標。對于準備轉移指標，當預警時段為0.5 h時，準備轉移指標=立即轉移指標×0.7；預警時段為0.5 h，1 h，2 h，3 h，6 h和匯流時間時，前0.5 h的立即轉移指標作為該預警時段的準備轉移指標。計算成果見表7。

表6 小流域水峪村臨界雨量計算成果表 /mm

表7 水峪村雨量預警指標成果表

3 結 語

以水峪溝小流域為分析評價對象，對其進行了現狀防洪能力、危險區劃分及預警指標等方面的分析評價。分析、計算、繪制防災對象的水位-流量關系、水位-人口關系較為真實反映了評價對象的現狀，結果是合理可靠的，防洪現狀評價圖直觀、實用性較強，對于完善小流域村級平臺與縣級平臺對接、綜合提高山洪災害防治能力具有重要作用。但今后仍要根據實際情況，對山洪災害防治預案中的臨界值、受災對象、受災人口、轉移路線等不斷完善，以期更好地指導當地山洪災害防治工作。