銀川市西夏區山洪災害分析評價

趙志偉

（寧夏回族自治區水旱災害防御中心,寧夏 銀川 750001）

0 引言

西夏區是2020 年度山洪災害調查評價縣之一,地處銀川平原西部、賀蘭山東麓,區域山洪災害主要由短歷時局地暴雨產生,有明顯的季節性和地區性。洪水特性與暴雨特性相應,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,防洪減災困難大。開展西夏區山洪災害調查和分析評價對防災避災工作十分重要,主要任務為查清危險區內人口分布,調查山洪災害防治區暴雨特性、小流域特征,評價危險區現狀防洪能力,劃定山洪災害危險區等級,確定山洪災害預警指標和閾值,為及時準確發布預警信息、安全撤離轉移人員提供基礎支撐。

1 區域基本情況

西夏區地處銀川平原西部,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泥石流等地質災害。

2 山洪災害分析評價

2.1 分析評價對象及基礎資料處理

分析評價所需資料包括底圖、小流域分布、植被土壤、水文氣象等數據,主要由工作底圖、基礎數據和外業調查三個途徑獲得,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 西夏區新增山洪災害危險區基本情況

2.2 設計暴雨計算

2.2.1 計算方法及過程

西夏區多為小于6 h的短時暴雨,本次分析將匯流時間統一延長至6 h,常規標準歷時取10 min、6 h、24 h作為典型歷時,查讀《寧夏暴雨洪水圖集》得到各對應歷史的點雨量均值和點雨量變差系數Qv值,計算過程如下：

a.先計算出所需頻率的典型歷時對應的設計點雨量；

b.以設計點雨量乘以點面折減系數Kf,求得設計面雨量；

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

2.2.2 計算結果

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

表2 新增危險區設計暴雨計算成果（甘溝流域）

2.3 設計洪水計算

2.3.1 典型頻率洪水計算

據西夏區暴雨山洪強度大、歷時短、產流方式為超滲產流等特性,假定暴雨與山洪同頻率,按《山洪災害分析評價技術要求》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,計算過程中考慮區域匯水面積、概化長度、清渾比等影響因素,求得危險區溝道出口斷面設計洪水結果見表3。

表3 新增危險區溝道設計洪峰流量計算表

2.3.2 水位流量關系曲線

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

圖1 銀西村（甘溝）水位-流量關系圖

3 分析評價成果

3.1 現狀防洪能力評價

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

3.2 危險區等級劃分

采用《山洪災害分析評價技術要求》中提供方法,并按照100年一遇設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的居民區確定為危險區范圍。劃分結果見表4。

表4 新增危險區防洪能力評價及危險等級劃分情況

根據現場調查危險區人口高程分布關系,確定成災水位各頻率設計洪水位下的累計人口和房屋數量,可為現狀防洪能力評價提供直接數據支撐。

3.3 預警指標確定

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

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

b.根據設計暴雨計算方法求得頻率P災對應的24 小時設計面雨量。

c.根據《寧夏水文手冊》查得該區域對應的暴雨遞減指

數根據暴雨公式求得各預警時段對應的臨界雨量。

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

表5 西夏區新增危險區雨量預警指標計算成果

3.4 合理性分析

預警指標分析是以設計洪水成果為基礎,考慮不同預警時段,反推成災流量對應臨界雨量得到,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,選取西夏區榆樹溝口站實測最大點雨量值與立即轉移預警指標作對比,具有一定參考意義。對比結果見表6。可知兩種方法得出結果較為近似,因此,設計暴雨洪水計算選擇的方法是適用的,計算結果較為合理。

表6 預警指標結果-西夏區榆樹溝口站實測洪災雨量對比表

b.與已有成果《西夏區山洪災害危險區劃定報告》中由經驗確定預警指標對比,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對象成果進行對比,避免較大偏差。

4 結論及建議

（1）危險區的劃定只是對正常溝道斷面洪水進行計算得出,現實中暴雨山洪致災原因有許多,例如滑坡、泥石流、工程潰決、河流改道等,存在不確定性,其他原因導致的山洪災害發生區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,應當根據當地降雨點面關系考慮雨量轉換后與預警指標對比,作為全流域預警的參考。

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

（4）根據分析結果,新增危險區中高危區人口占比約1/3,考慮該區域是人口、集鎮密集,且是葡萄酒、奶產業集中連片區,須加大對山洪災害防治投入傾斜力度,保障居民安全及產業發展。