山洪災害風險隱患識別與影響分析
2025-09-30 00:00:00王永德
長江技術經濟 2025年4期
中圖分類號：TV87；X43文獻標志碼：A
0 引言
山洪災害突發性強、破壞性大，嚴重威脅人類社會和生態環境[]。云南省大梁子河流域因特殊的地理位置和氣候條件，山洪災害頻發，亟需開展風險隱患識別與影響分析，提升防洪減災能力[2]。
目前，國內外學者對山洪災害的防御和治理進行了大量研究。何秉順等[3提出了山洪災害防御的新概念，為山洪災害的預防和應對提供了新的視角。熊平珍[4研究了特定地區的山洪災害特征和監測預警體系。溫富雄等[5對廣西山洪災害危險區的動態管理開展研究。徐州等基于SPR與DEMATEL模型進行了村域山洪災害危險評價。付傳雄等[進行了南方多雨山區的山洪災害預警指標分析。這些研究在理論和方法上均有所創新，但大多集中于理論探討和宏觀策略，缺乏對特定小流域的精細化風險評估和管理研究。因此，本文選取云南省大梁子河流域作為研究對象，基于實地勘探數據，運用GIS技術和水文模型進行山洪災害風險隱患的識別與分析，綜合考慮流域的地形地勢、水系、土壤和植被等關鍵空間數據，計算出安全水位和流量閾值，針對不同降雨情景預測對應的安全雨量[8-10]。
1 研究區域與方法
1.1 研究區域概況
大梁子河發源于云南省文山自治州馬關縣八寨鎮養鴨塘村，途經務路者村、馬主村等村落，經紅河自治州河口縣橋頭鄉，穿流于馬關縣與河口縣之間的峽谷，向南流經小壩子鎮金竹棚村委會附近匯入齋河。河流途經的馬關縣和河口縣共有16個行政村，261個自然村，44635人。大梁子河流域位于云南省紅河自治州和文山自治州，流域面積 296.68km2 ，年雨量超 1600mm ，霧多濕度大，雨季集中于5—10月份，占 74% 。歷史記錄的山洪災害有2次，導致農田被淹、3人失蹤，造成嚴重的經濟損失。由此可見，該區域山洪災害風險大。
1.2 數據處理方法
研究數據包括基礎地理信息數據（含 30m 精度的DEM數據和 lm 精度的無人機航拍數據）、DLG矢量數據、 0.8m 分辨率的DOM遙感影像數據、監測預警設施信息、社會經濟數據以及歷史山洪災害記錄。通過內業初步排查結合外業現場調查，對跨溝道路、橋涵、塘堰壩等隱患要素進行詳細測量和記錄，將調查與分析結果整理為電子數據、報告、報表和圖表。2020—2022年高分辨率DOM遙感影像（ 0.8m 分辨率）為災害風險排查提供了翔實的地表信息；利用國家基礎地理信息網的 30m 精度DEM數據對河流水系進行精細化提取，增強了水系識別的精確度，以便精準定位風險區域；無人機航拍的 1m 分辨率影像資料為流域地形分析提供了強有力的數據支持。另外，收集并分析了2013—2015年全國山洪災害防治項目期間的小流域數據，包括流域劃分、屬性信息、土地利用和植被覆蓋等。這些數據為山洪災害的調查評估及山洪災害防御能力的提升奠定了堅實的基礎。
2 風險隱患調查及分析
2.1 風險隱患調查
綜合運用多種技術和方法進行大梁子河流域風險隱患調查，識別山洪災害風險。一是通過RTK定位系統實地調查了流域內的23座跨溝路段與橋涵，利用GIS技術進行洪水模擬，確定橋涵對周邊環境的影響范圍，識別潛在的山洪風險。再對橋涵進行斷面測量和特征參數分析，計算出阻水面積比最高為 94.7% ，最低為 12% ，平均值為 49.36% 。二是通過精確測量河道橫斷面尺寸及灘地上的建筑物和廠房結構的尺寸參數，計算阻水面積比，結果顯示溝灘區域并未被占用，不會對洪水暢通造成影響。三是對多支交匯和外洪頂托情況進行了調查，發現1處受外洪頂托的保護對象存在多支交匯的風險。該處有1條干流與2條支流匯入，流域面積分別為246、26、 22km2 ，總流域面積為 294km2 。經進一步核查，該保護對象以上流域集水面積不超過50km2 ，可以排除多支齊匯和外洪頂托風險隱患。
2.2 風險隱患分析
2.2.1 壅水影響分析
壅水是指流域內橋梁、路涵、塘堰等阻水建筑物在極端天氣事件下可能引起的上游區域洪水壅高的現象。采用水位－面積法分析橋梁阻水對上游淹沒范圍的影響。先確定阻水壅水點頂部高程，再利用DEM數據沿河道縱剖面等高線向上游倒推，確定阻水庫容、洪水淹沒范圍和受影響的保護對象。
大梁子河流域共11處保護對象受壅水影響，按橋梁高度 3m 以上、長度 10m 以上的標準，篩選出7座橋梁（橋8、橋20、橋5、橋7、橋15、橋22、橋23）進行壅水分析（見表1）。在暴雨情形下，橋梁被堵塞，上游水位快速壅水，按最不利情況分析完全阻水時上游洪水位和淹沒范圍。圖1為橋23的壅水淹沒范圍。
表1大梁子河流域橋梁壅水情況
圖1橋23壅水淹沒范圍
2.2.2 潰決影響分析
潰決影響分析主要針對塘堰壩等蓄水設施在極端情況下可能發生的潰決事件及其對下游區域的影響。流域內高度在 3m 以上且阻水庫容大于2萬 m3 的阻水建筑物，潰決后對下游保護對象（橋頭苗族壯族鄉橋頭村竹子橋）造成影響的隱患點為橋23。
潰決分析計算時，橋梁長度作為潰口寬度，橋高作為潰口高度。以橋23為例，該橋位于橋頭村上游 214.59m 處，采用瞬間全潰和簡易潰壩的計算方法，河道為“U”形，潰口寬度和高度分別為 12m 和 3.6m ，得到潰口最大瞬時流量均為 44.22m3/s 。潰決蓄水量為6.96萬 m3 ，洪水平均流速為 4m/s ，經驗系數為1.3，洪水演進流量為 43.09m3/s 。圖2為橋頭村控制斷面示意圖，該控制斷面河道糙率為0.035，比降為0.0011，根據曼寧公式，流量-水位關系圖顯示淹沒水位約為 896.129m ，結合DEM數據進行淹沒分析，得到控制斷面流量-水位關系（見圖3）。
圖2橋頭村控制斷面
圖3橋頭村控制斷面流量-水位關系曲線
2.2.3 漫流影響分析
漫流是指水體因水位升高而漫溢出原有水道或蓄水體邊界，在地表形成的非規則、分散式流動。漫流影響分析主要針對流域內特定區域，在設計洪水條件下，運用曼寧公式計算洪水位，結合DEM數據界定淹沒區域。漫流風險隱患點及保護對象見表2。
圖4為保護對象下三家橫斷面，圖5為下三家斷面流量－水位關系曲線。當設計洪水流量為57.1m3/s 時，對應淹沒水位為 1700m ，結合DEM數據進行分析后得出的漫流淹沒范圍見圖6。
表2大梁子河流域漫流風險隱患點及保護對象
圖4下三家橫斷面
圖5下三家斷面流量-水位關系曲線
圖6下三家漫流淹沒范圍
3 危險區分析
3.1危險區范圍及等級劃分
危險區范圍為最高歷史洪水位和100a一遇設計洪水位中的較高水位淹沒范圍以內的居民區域。基于多種因素（包括洪水淹沒范圍、地形地勢、人口分布、重要設施和經濟活動區等）將危險區劃分為三個等級，分別為極高危險區、高危險區和危險區。極高危險區是指在較小洪水重現期（5a一遇）下會受到嚴重影響的區域；高危險區是指在中等重現期（ 20a 一遇）下可能遭受影響的區域；危險區是指在較大重現期（ 100a 一遇）下可能受到影響的區域。通過分析，大梁子河流域11個保護對象現狀防洪能力各不相同，大多數保護對象容易受暴雨山洪災害影響。極高危險區有9個（下三家、馬主上寨、馬主中寨、務路者一組、小新寨、橋頭街、馬安田、老劉沖、大竹棚），高危險區有2個（田丫口一組、橋頭街1）。
3.2 危險區影響分析
11個危險區人口、房屋影響分析結果如下：
（1）下三家。5a重現期下，洪峰流量為 57m3/s 影響人口7人，戶數3戶，房屋3座；20a重現期下，洪峰流量為 67m3/s ，影響人口10人，戶數4戶，房屋4座；100a重現期下，洪峰流量為 89m3/s ，影響人口10人，戶數4戶，房屋4座。
（2）馬主上寨。5、20、100a重現期下，洪峰流量分別為33、47、 62m3/s ，均未對人口和房屋造成影響。
（3）馬主中寨。5、20、100a重現期下，洪峰流量分別為75、113、 153m3/s ，均未對人口和房屋造成影響。
（4）務路者一組。5、20、100a重現期下，洪峰流量分別為88、134、 183m3/s ，均未對人口和房屋造成影響。
（5）田丫口一組。5、20、100a重現期下，洪峰流量分別為71、109、 149m3/s ，均未對人口和房屋造成影響。
（6）小新寨。5、20、100a重現期下，洪峰流量分別為283、447、 618m3/s ，均未對人口和房屋造成影響。
（7）橋頭街1。5、20、100a重現期下，洪峰流量分別為17、24、 32m3/s ，均未對人口和房屋造成影響。
（8）橋頭街。5a重現期下，洪峰流量為 373m3/s 影響人口45人，房屋15座；20a重現期下，洪峰流量為 713m3/s ，影響人口84人，房屋27座；100a重現期下，洪峰流量為 1033m3/s ，影響人口110人，房屋33座。
（9）馬安田。5、20、100a重現期下，洪峰流量分別為81、118、 158m3/s ，影響人口、戶數和房屋保持不變，分別為11人、2戶、2座。
（10）老劉沖。5、20、100a重現期下，洪峰流量分別為85、123、 162m3/s ，均未對人口和房屋造成影響。
（11）大竹棚。5、20、100a重現期下，洪峰流量分別為33、47、 61m3/s ，均未對人口和房屋造成影響。
11個危險區中，除橋頭街、下三家、馬安田外，其余8個危險區在不同重現期下均未對人口、房屋造成影響。隨洪峰流量增加，橋頭街危險區影響人口和房屋數顯著上升；隨重現期增大，下三家危險區影響人口和房屋數有所增加；洪峰流量變化對馬安田危險區人口、房屋未造成影響。
3.3 預警指標分析
3.3.1預警時段確定原則
預警時段確定遵循以下三個原則： ① 確定每個分析對象上游集水區的匯流時間，這一時間為保護對象預警的最長時段。 ② 針對每個保護對象，按照所在地區暴雨特性、流域面積、平均比降、形狀系數以及下墊面情況等因素，確定比最長時段短的預警時段，通常包括1h、3h等，一般選擇兩三個典型預警時段，其中最短預警時段為1h。 ③ 結合流域暴雨特性、下墊面特性以及歷史山洪情況，分析防災對象所處河段河谷形態、洪水上漲速率、轉移時間及其影響人口等因素。本研究綜合考慮了防災對象上游的集雨面積、降雨強度、流域地形地貌、植被覆蓋情況以及土壤含水量等多種因素。
3.3.2土壤含水量及臨界流量
以實測的斷面為基礎，采用曼寧公式，對每一個防災保護對象計算成災水位對應的臨界流量。本研究中分別考慮前期土壤含水量 Pa 分別為 20% 50% 、 80% 時的臨界流量。
3.3.3臨界雨量與預警指標
臨界雨量是導致一個流域或區域發生可能致災（即達到成災水位）山洪時最小量級和強度的降雨。臨界雨量計算模型與設計洪水計算模型相似，可通過瞬時單位線法計算臨界雨量： ① 確定成災水位，計算成災流量； ② 利用成災流量、流域面積和地區經驗比例系數 k ，推算出參證站的最大可能洪峰流量； ③ 根據參證站洪峰流量的 Cv （變異系數）和 Cs （形狀系數）參數信息，確定洪峰模數對應的頻率；④ 結合頻率和暴雨參數，進行點面折減和雨力公式計算，得到一般狀態下的預警指標； ⑤ 分別計算干旱修正值和濕潤修正值； ⑥ 為反映干旱條件對預警指標的影響，將一般狀態的預警指標逐個加上干旱修正值，再乘以預警時段，得到干旱情況下的預警指標；為反映濕潤條件對預警指標的影響，將一般狀態的預警指標逐個加上濕潤修正值，再乘以預警時段，得到濕潤情況下的預警指標。
臨界雨量由成災水位對應流量的洪水推算得到，臨界雨量為立即轉移雨量指標；準備轉移雨量指標是在臨界雨量基礎上根據準備轉移時間及洪水過程線綜合進行“折減”處理得到的，一般取臨界雨量的 80% 為準備轉移雨量指標。11個保護對象的預警指標如表3所示。9處極高危險區1h立即轉移雨量為 36～83mm ，2處高危險區1h立即轉移雨量為87～90mm 。
表311個保護對象的預警指標
4結論
以云南省大梁子河流域為對象，耦合 30m DEM、 1m 無人機航拍與 0.8mDOM 遙感數據，系統識別23處跨溝路段及橋涵阻水隱患。對11處保護對象在壅水、潰決及漫流情景下的洪水演進過程進行了數值模擬和預警指標分析。主要結論如下：
（1）橋23發生潰決時，潰口最大瞬時流量為44.22m3/s ，下游保護對象橋頭村控制斷面最高水位為 896.129m 。下三家漫流情景下，設計洪水流量（57.1m3/s ）對應的淹沒水位為 1700m 。
（2）對11處保護對象在5、20、100a一遇洪水條件下進行風險分區，劃定極高危險區9處、高危險區2處。除橋頭街、下三家、馬安田外，其余8個危險區在不同重現期下均未對人口、房屋造成影響。
（3）11處保護對象中，9處極高危險區1h立即轉移雨量為 36～83mm ，2處高危險區1h立即轉移雨量為 87～90mm 。
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Identification and Impact Analysis of Risks and Hidden Hazards in Flash Flood Disasters： A Case Study on the Daliangzi River Basin in Yunnan Province
WANG Yongde （Yunan Institute of Water Resources and Hydropower Research，Kunming 650228，China ）
Abstract：To enhance the flood prevention and disaster reduction capacityof Daliangzi River Basin in Yunnan Province，this study performed the identificationand impactanalysis of risksand hidden hazards in flash flood disasters.Basedonkey spatialdata including topography，hydrography，soil，and vegetationofDaliangziRiver Basin，we utilized GIS technology and hydrological models to assess the influences of backwater，breach and overland fow，andcalculated thesafe waterlevels andfow thresholds.Inaddition，hazard zoning classification and early-warning indicatoranalysis wereconducted respectively for11 protectedobjects.Theresearch results indicate that when Bridge 23 collapses at the maximum instantaneous flow of 44.22m3/s at the breach，the highest water level in the control section of Qiaotou Village，a downstream protected object，reaches 896.129m .Additionally，when overland flow arrives in Xiasanjia Village at the designed flood flow of 57.1m3/s ，the inundation level reaches 1 700 m.Therainfallof1-hour immediate shiftis36—83mm innine extremelyhigh-riskareas，while it is 87—90 mm in twohigh-risk areas.This study notonly provides riskassessment and management strategies fortheDaliangzi River Basin，but also offers references for risk management in similar small basins.
Key words：flash flood disaster；risk assessment；GIS technology；flood prevention strategy；Daliangzi River Basin
