老撾南烏河流域山洪災害防御模式研究

張 志 華，崔 豪，許 文 盛，黃 金 權，杜 俊

(1.長江科學院 水土保持研究所，湖北 武漢 430010； 2.水利部山洪地質災害防治工程技術研究中心，湖北 武漢 430010)

0 引 言

東盟(東南亞國家聯盟)地處亞洲與大洋洲、太平洋與印度洋的“十字路口”，中國與東盟國家陸海相連，共處洪旱災害頻發的東亞、東南亞地區，在自然、經濟社會條件和災害防控特點上具有相似性，是世界上受氣候變化影響最為嚴重的熱點地區之一，防災減災成為中國和東盟國家合作的一個重要領域[1]。中國高度重視周邊外交，提出了“親、誠、惠、容”的睦鄰周邊外交理念和“一帶一路”倡議[2-3]，東盟國家成為“海上絲綢之路”發展戰略的重要合作伙伴。

作為境內普遍多山、降雨充沛的低緯度國家，以老撾為代表的瀾滄江-湄公河五國飽受洪澇災害侵擾[4]，境內山洪災害頻發，時常造成重大的經濟損失，嚴重威脅當地居民的生命財產安全，如1986年在老撾北部烏多姆賽省發生的山洪災害造成52人喪生。近年來，隨著國民經濟和人口的持續增長，老撾水電能源開發加快，山洪災害隱患隨之增加。2018年老撾南部阿速坡省即因大壩垮塌突發山洪，造成下游100多人死亡和失蹤。然而，與嚴峻的山洪災害形勢相比，老撾現階段針對山洪災害還沒有形成一套完整的防御體系。

西方發達國家在山洪災害防御體系構建方面起步較早，如美國自20世紀70年代就建立了山洪災害預警指導系統[5]，同時，美國國家水文研究中心開發的山洪預警系統，預報準確率達65%[6]。日本基本形成了一套較為完善的山洪災害防治體系與防御模式[7]。中國山洪災害防治雖然起步較晚，但近幾年隨著全國山洪災害防治項目建設，在山洪災害調查評價、山洪災害區劃、預警指標、預報模型、監測預警與群測群防體系等方面取得了較大進步，并將項目成果推廣應用于地方山洪災害防御建設中[8-9]。張平倉等[10]基于暴雨山洪形成機理、致災機制與過程不清、山洪災害過程實時動態精準預報預警精度不高等問題，開展了山區暴雨洪水時空演變特征研究及實時動態預報預警關鍵技術研究。張紅萍[11]分析了中國山洪災害防治面臨的問題，建立了一套完整的山區小流域洪水風險評估與區劃的技術和方法。孫桐等[12]以四川省屏山縣中都河流域“8·16”山洪災害為例，采用水位流量反推法和洪水水位陡漲率判定法計算了山洪災害預警指標閾值。為減輕老撾山洪災害造成的社會經濟損失，提升老撾山洪災害防御能力，如何將中國較為成熟的山洪災害防治體系構建與應用經驗服務于老撾山洪災害防治體系建立，對加強中國-東盟雙方戰略溝通與互信，推動中國與老撾深入務實合作等具有重要意義。

本文以老撾境內南烏河流域為研究對象，分析流域內山洪災害現狀、成因及危險度分布，參照國內相似區域經驗，構建適宜于區域特征的南烏河流域山洪災害防御模式，以期促進中國與老撾在山洪災害防御方面的信息共享與合作。

1 南烏河流域基本情況

南烏河，又名南歐江，發源于中國云南省江城縣與老撾豐沙里省接壤的邊境山脈一帶，位于老撾北端高原，流域以北與中國云南省境內李仙江支流勐野江流域相鄰，以西接瀾滄江支流南班河和老撾南臘河流域，以東接李仙江下游越南境內黑水河(紅河支流)流域。南烏河干流全長484 km，流經豐沙里省、烏多姆賽省、瑯勃拉邦省的18個縣，是湄公河左岸老撾境內最大支流。南烏河流域南北向長度200～295 km，東西向寬度125～150 km，中部最寬，流域面積2.46萬km2，約占老撾全國面積的1/10[13]，如圖1所示。

老撾南烏河流域總面積近80%屬于高原和高山地區，其余約20%的土地屬于平原地區。南烏河干流蜿蜒曲折，具有典型的山區河流特性。屬熱帶季風氣候，溫度從北向南逐漸升高，年內氣候形成旱、雨兩季，6～11月為雨季，12月至次年5月為旱季，雨季降水量可占年降水的80%以上。根據氣象監測資料，流域年降雨量約在1 300～1 700 mm之間。流域洪水主要由暴雨形成，多發生于6～9月，尤以7～8月最頻繁[14-15]。

2 南烏河流域山洪災害易發程度分區及成因分析

2.1 山洪災害易發程度分區

南烏河流域超過90%的土地面積屬于山丘區，完全平坦地區僅占總面積的2.2%，加之當地雨水充足、雨量集中，土體普遍偏黏、易于產流，具備山洪大面積暴發的本底條件。此外，一方面考慮到當地人口聚落較為分散、基礎防御設施不足的現狀，流域山洪災害隱患較大；另一方面，由于當地森林資源保存較好，植被覆蓋率很高，區域地質活動總體亦不活躍，南烏河流域的土壤侵蝕并不嚴重，松散體和不穩定坡體的分布范圍也不大，因此發育的山洪類型以山溪性洪水為主，滑坡、泥石流等次生過程較少發生。

大起伏山地(山地高差，m)和高強度降雨(降雨強度，mm/min)是山洪發育的兩個基本條件，將兩類要素圖層進行代數疊加，可以得到南烏河流域山洪易發程度分布圖，采用自然斷點法，可將其分為低易發區、中易發區和高易發區3類(見圖2)。

圖2 南烏河流域山洪易發分布Fig.2 Susceptibility distribution of mountain torrent in Nam Ou River Basin

如圖2所示，南烏河流域現階段山洪中、高易發區總面積為13 362.3 km2，占土地總面積的54.3%，其中，中易發區8 701.4 km2，占總土地面積的35.4%；高易發區4 660.9 km2，占土地總面積的18.9%；尚有11 253.4 km2的土地為山洪易發程度相對較低的低易發區，占流域土地總面積的45.7%。 從分省區域差異來看，流域北部的豐沙里省山洪易發情況最為嚴峻，中、高易發區土地面積約9 593.3 km2，占全流域土地總面積的39.0%。烏多姆賽省和瑯勃拉邦省山洪發育的自然條件相當，瑯勃拉邦省的中、高易發區較之于烏多姆賽省分別多出488.1 km2和18.6 km2，瑯勃拉邦省的中、高易發區面積占全流域面積較之于烏多姆賽省多出2.1%。

2.2 山洪災害成因分析

山洪災害是自然和人為因素綜合作用的產物，其中自然因素是山洪發育的基礎和潛在條件，而人為因素既可能是山洪形成的助力因子，亦是山洪成災不可或缺的承災要素。老撾南烏河流域降雨量大且較集中，林草覆蓋率高，但是郁閉度低，人口聚落分散、缺乏基本防御設施。山高、坡陡、谷深、地形破碎的特殊自然地理環境與降水相對集中、降雨強度大、頻率高的氣候因素，加之落后的耕作方式和部分生產建設活動亂挖、亂采、亂棄是導致山洪廣泛發育的主要原因。

3 南烏河流域山洪災害危險度分析

3.1 分析方法

對于山洪災害危險性評估，目前依方法論的差異可分為過程分析法和要素(成因)分析法兩類[16-17]。過程分析法主要基于降雨-產流和洪水演進模型模擬[18]，輸出結果可以具體到不同時頻洪水的淹沒特征和流速分布。然而，過程分析法對山丘區暴雨特征分布、河道糙率、斷面形態等資料的可靠性要求較為苛刻。要素分析法根據山洪災害與主要自然因子的經驗關系來確定評估對象的危險屬性，一般使用GIS背景下的圖層代數疊加方法，綜合山洪形成要素圖層得到評估對象的危險度分布特征[19]。與過程分析法相比，要素分析法理論框架成熟、應用對象靈活，對資料精度要求低，雖然不能直接給出具體的洪水淹沒范圍，但得到的區域危險格局對于初步風險管理仍然具有重要的參考價值，且相對容易驗證，具有較高的可靠性。因此，對于缺少山洪災害防御工作基礎的老撾來說，是更為適合推廣和應用的方法。本研究在要素危險評估的框架下，采用GIS、FFPI、CN等多種技術手段構建評估體系，對老撾南烏河流域的山洪災害危險格局進行比較研究。

FFPI算法的原理是基于土壤類型、土地利用、地形坡度和植被覆蓋4類要素與降雨產流之間的物理和經驗關系，將各要素的作用按10個程度梯度進行量化賦分，之后在GIS技術支持下，通過這4類要素圖層的代數疊加獲得山洪災害危險性分布圖。CN圖層算法，即CN-降雨侵蝕力法，其原理是根據土壤類型、土地利用類型與降雨產流之間的水文關系，提出的一種反映下墊面入滲或產流潛能的經驗參數，該參數結合降雨和前期土壤濕度數據，計算得到各場次降雨的產流量。同時，考慮雨強和降雨動能的降雨侵蝕力指標，計算山洪發育的外營力因素。將產流量和外營力因素歸一化并進行乘積疊加，得到最終的山洪災害危險性分布圖。

3.2 山洪災害危險度分布

基于老撾自然資源與環境保護部提供的老撾全國13個雨量站點1994～2009年逐月雨量數據，以及中國氣象局提供的中國云南省及其周邊68個雨量站點1951～2002年逐月雨量數據，采用降雨侵蝕力指標、土壤與土地利用類型指標、地形類指標、森林覆蓋指標、流域形狀及面積指標，以及各省山洪災害危險度等各類要素指標圖層，得到基于FFPI算法的南烏河流域山洪災害危險性分布圖，將產流量和外營力因素歸一化并進行乘積疊加，可以得到基于CN-降雨侵蝕力算法的危險性分布圖(見圖3)。

圖3 基于FFPI和CN圖層算法的南烏河流域山洪災害 危險度分布Fig.3 Distribution of risk degree of mountain torrent disasters in Nam Ou River Basin based on FFPI and CN layer algorithm

FFPI算法側重于對區域下墊面特征的綜合反映，特別突出了土壤入滲屬性對山洪發育的影響。始成土由于礫石和沙粒含量較高，產流能力偏弱，所在區域的山洪易發水平明顯低于周邊。同時，地形的作用也較為顯著，流域北部、中部和南部大起伏山地的危險性特征均處于較高水平。比較而言，基于CN圖層算法的危險圖則具有更為明顯的空間趨勢分布特征，山洪危險性由西北向東南逐步降低，集中體現了降雨分布格局對山洪發育的直接影響。

4 南烏河流域山洪災害防御模式構建

考慮到老撾目前的國家財政和經濟發展水平，當地山洪防治應本著“低成本、高效益、首先保障人民群眾的生命安全”的原則開展工作，故以中國投入/產出比較高的“以防為主、防治結合”“以非工程措施為主，工業措施與非工程措施相結合”的山洪防治理念亦適用于老撾。在此基礎上，針對當地具體的小流域人文與自然地理特征，給出了基本的分區防御對策，如表1所列。

表1 南烏河流域山洪災害防治對策Tab.1 Prevention measurements of mountain torrent disasters in Nam Ou River Basin

4.1 水雨情監測系統布設

基于中國-東盟海上合作基金，長江水利委員會開展實施了“中國-東盟國家防洪抗旱應急管理合作”項目，在南烏河流域Nam Phak河支流建立了雨量墑情站(見圖4)，并對監測數據進行定期分析，結果與老撾方共享。

圖4 南烏河流域水雨情監測系統布設Fig.4 Installation of water and rain monitoring system in Nam Ou River Basin

雨量墑情站的水雨情監測系統主要包括雨量計、墑情傳感器、無線傳輸系統等，用于監測當地降雨量和土壤含水量。采用野外一體化機架和不銹鋼機箱方式安裝布置設備，雨量計安裝在一體化機架頂端，不銹鋼機箱安裝在機架中部側面。太陽能電池板、通訊模塊天線等合理、牢固地安裝在機架上，各安裝點需要在水平和垂直方向具備一定的調節能力以避免安裝設備的相互干擾或遮擋。將RTU、通訊模塊(GPRS、衛星終端)、充放電控制器、蓄電池等集成在一體化不銹鋼機箱內，采用線槽布置線纜、接線端子壓接線纜頭。墑情傳感器采用“三點法”布設，防護措施選用焊接的鋼筋籠或者鋼絲網防護，減少人為破壞。

4.2 山洪災害預警系統

山洪災害預警系統由基于平臺的山洪災害防御預警系統和山洪災害群測群防預警系統組成[20-21]。基于平臺的山洪災害防御預警系統，主要由信息匯集子系統、信息查詢子系統、預報決策子系統和預警子系統組成，其中預警子系統流程如圖5所示。防御預警系統在縣級以上防汛指揮部門建立，山洪災害嚴重的區域應建立該系統，以獲取實時水雨情信息，及時制作、發布山洪災害預報警報；群測群防預警系統包括預警發布及程序、預警方式、警報傳輸和信息反饋通信網、警報器設置等；預警信息、預警方式、預警等應根據各地的具體條件，因地制宜地確定，預警方式、預警信號應簡便，且易于被老百姓接受。

圖5 預警子系統組成及流程示意Fig.5 Composition and flow chart of pre-warning subsystem

山洪災害群測群防體系是山洪災害防御工作的重要內容，與監測預警體系相輔相成、互為補充，共同發揮災害防御作用，形成“專群結合”的山洪災害防御體系[22]。依據中國經驗，山洪災害防治區內的村按照“十個一”的標準進行建設：建立一套責任制體系，編制一個防御預案，至少安裝一個簡易雨量報警器(重點區域適當增加)，配置一套預警設備(重點村配置一套無線預警廣播)，制作一個宣傳欄，每年組織一次培訓、開展一次演練，每個危險區應確定一處臨時避險點、設置一組警示牌，每戶發放一張明白卡(含宣傳手冊)。

(1) 對于責任制體系，南烏河流域的山洪災害防御工作可實行縣、村兩級首長負責制，建立縣(區)、村兩級群測群防組織指揮機構。有山洪災害防御任務的縣級行政區，縣級防汛抗旱指揮部統一領導和組織山洪災害防御工作；有山洪災害防御任務的村也成立簡易的山洪災害防御工作組。

(2) 對于防御預案，山洪災害應急處置流程設定是防御預案編制的重點。按照危害程度和發展情況，山洪災害可分為特重大、重大、較大、輕微四級，按照不同級別采取不同的應急處置流程。

(3) 對于簡易雨量報警器，由室外承雨器和室內告警器兩部分組成。室外承雨器采用翻斗式雨量計采集降雨，采集到的雨量數據通過無線或有線傳輸發送至室內告警器；室內告警器具有雨量統計功能，通過微處理器分析和判斷降雨數據，達到臨界雨量時發出聲、光、語音多種方式報警，警告群眾警惕可能暴發的山洪并開始組織轉移。

(4) 宣傳、培訓和演練是山洪災害群測群防體系的重要組成部分。通過培訓和演練，讓山洪災害防治區居民認識到防御山洪災害的重要性，進一步提高對山洪災害的認識和理解，有效提高自救能力；可印刷《山洪災害防御知識宣傳手冊》，語言通俗易懂，圖文并茂，宣傳山洪災害防御知識；還可制作宣傳牌、宣傳欄，制作警示牌，公布當地山洪災害的危險區、安全區及轉移方案。

5 結 語

目前老撾還未開展山洪災害預警等工作，山洪災害防御體制機制不健全。南烏河流域內地形以山地丘陵為主，起伏大、坡度陡，加之當地降雨量大、暴雨集中，當地盛行的遷移農業(特別是刀耕火種)對森林植被破壞力較大，一系列水電開發項目的建設和使用等均增大了當地山洪災害防御壓力。本文通過分析南烏河流域山洪災害成因，運用多種算法計算得到南烏河流域山洪災害危險度分布圖，得出南烏河流域中高易發區面積占流域總面積的54.3%，山洪危險度分布由西北向東南方向逐漸降低。從非工程措施角度，本文考慮了水雨情監測設備安裝、山洪災害防御預警系統及群測群防預警系統構建，提出了南烏河典型小流域山洪災害防御模式，為老撾山洪災害監測預警技術及防治體系構建提供參考，對推進“一帶一路”倡議、促進中國與老撾在山洪災害防御方面的信息共享與合作具有重要意義。