乡宁县山洪灾害防治非工程措施雨量预警指标的确定

2012-01-19王云峰

地下水 2012年3期

关键词：单站雨量站山洪

王云峰

(山西省临汾市水文水资源勘测分局，山西临汾041000)

乡宁县山洪灾害防治非工程措施雨量预警指标的确定

王云峰

(山西省临汾市水文水资源勘测分局，山西临汾041000)

山洪灾害来势凶猛、预见期短、破坏性大，如何获得较长的预见期，最大程度减小洪灾损失十分重要。雨量预警指标也可叫临界雨量(强)就是解决山洪灾害预报、增加洪灾预见期的基础指标。通过对乡宁县地质、地貌、历史洪灾、暴雨等资料的分析整理，采用水利部规定的计算方法，结合乡宁县现状实际，确定了全县21处小流域山洪灾害防治雨量预警指标，为今后山洪灾害防治群策群防提供科学决策依据。

乡宁县;山洪灾害防治;雨量预警指标

乡宁县位于黄河中游东岸，山西省临汾市西隅，属华北暖温带大陆性季风型气候区，暴雨频发，地质地貌复杂，以及人类活动的影响，山洪灾害发生频繁，已经成为全县当前防灾减灾中的突出问题。引发山洪灾害外动力因素是降雨，而降雨要达到一定量级或强度时才能发生山洪灾害。临界雨量是指一个流域或区域某一时间段内降水量达到或超过某一量级(强度)时，该流域或区域发生溪河洪水、泥石流、滑坡等山洪灾害，把这时的降雨量或降雨强度称为该流域或区域的临界雨量(强)。临界雨量(强)是山洪灾害预测预报的重要基础，因山洪沟坡度陡、流域面积小，从降雨发生后到灾害出现往往只有短短的十几分钟到1h，长的也只有数小时，灾害来势凶猛，预见期非常短。为了获得较长的预见期，只要预报出山洪灾害流域或区域降雨量达到或超过其临界雨量，就可做出山洪灾害预报，并据其发布警报。因此山洪灾害临界雨量的分析计算与确定对山洪灾害防治有着重要的意义。

临界雨量是进行降雨区划时需考虑的一项主要的技术指标，是山洪灾害预报预警的重要基础。但由于暴雨资料及灾害调查资料有限、规划区雨量站点稀少，造成临界雨量分析计算难度很大。因此，在计算临界雨量时，首先确定典型区域，以水文部门现有雨量站网的雨量资料为基础，以气象站资料作为补充，在分析计算典型区域内单站临界雨量的基础上，进一步来分析典型区域山洪灾害的临界雨量。对于无资料或资料比较缺乏，无条件做单站临界雨量分析的地区，临界雨量的分析方法分别采用内插法或比拟法。

1 典型区确定

1.1 考虑的主要因素

(1)区域内现有雨量站点必须达到一定的数量(平均单站控制面积在200～300 km2以下，资料条件差的地区可适当放宽)，站点分布比较均匀;有较完整、详细的山洪灾害历史发生记录或调查资料;雨量站点有时间序列较完整的雨量资料;有一定的地质资料、水文资料和气候资料。

(2)区域内人口密度较大，且有典型山洪灾害地理特征，山洪灾害频繁，受灾情况严重。

(3)典型区域是一个流域，也可以是一个区域，划分的典型区域内可包含若干条完整的流域面积不超过200 km2的小流域，尽量避免将小流域分割开，区域内的地质条件和气象条件相差不大。

根据乡宁县境内山洪灾害、雨量站资料实际情况，本次分析确定乡宁水文站以上鄂河流域为典型区。

1.2 资料收集

(1)收集水文系统、气象部门乡宁站以上控制流域内的自然地理概况、水文气候特征、流域及河道特征资料;搜集水文系统、气象部门控制流域范围内山洪灾害多发期雨量站历年降雨资料。内容包括山洪灾害多发期逐日降水资料、历年分时段最大降雨量的特征值(包括 10 min、30 min、1 h、3 h、6 h、12 h、24 h最大降雨系列)及降雨过程，暴雨中心位置及降雨范围等。

(2)从水文部门搜集乡宁水文站历史洪水水位和实测洪峰水位、洪峰流量、发生时间、山洪灾害发生过程、暴雨开始至灾害发生的时间间隔;收集乡宁县地方志中有关山洪灾害的描述等。

(3)搜集水文系统、气象部门历次山洪灾害对应的区域内降水过程的逐时段降水资料，统计过程总雨量。逐时段降雨(10 min、30 min、1 h、3 h、6 h、12 h、24 h)最大降雨量。

将收集的所有资料分类整理统计，雨量、灾害等资料直接用于临界雨量分析计算，其余资料用来进行灾害区综合条件的类比，对灾害发生的时间及程度的综合判断，对临界雨量成果进行合理性分析及比拟采用等。

2 临界雨量分析计算

临界雨量按灾害种类划分为山溪洪水灾害临界雨量、泥石流灾害临界雨量、滑坡灾害临界雨量，因典型区域内泥石流、滑坡灾害较少且缺乏相关资料，临界雨量可合并进行分析计算(假定三者临界雨量相同);按范围又可以划分为单站灾害临界雨量和区域灾害临界雨量。临界雨量的分析方法有两种:单站临界雨量和区域临界雨量。

2.1 单站临界雨量法

2.1.1 单站临界雨量分析

1)不同站点相同时段的临界雨量不尽相同，与各站点地质、地形、前期降雨量及气候条件不同有关。地形陡峭，土壤吸水能力较好，前期降雨量小，年雨量较大的地区，临界雨量就较大，相反则临界雨量就较小。在具体分析时，考虑地形、气候、前期降雨情况。

2)同一站点不同时段的临界雨量，反映该站点对于不同时间段最大降雨的敏感程度，因此对各时段的临界雨量进行综合分析，并结合山洪灾害调查资料，确定影响山洪灾害发生的重要时段。因过程总雨量也有临界值，所以各时段临界雨量必须一起综合使用，并判别山洪灾害发生的可能性，如1 h这个时段出现大于临界值的降雨时，灾害发生的可能性较小，3 h、6 h也出现大于临界值的降雨时，灾害发生的可能性较大。但只要有一个时段降雨将超过其临界值，就有可能发生山洪灾害。

3)将区域内各站同一时段的临界雨量进行统计分析，统筹考虑。

2.1.2 临界雨量计算方法

假设区域内共有S个雨量站，共发生山洪灾害N次，共统计T个时间段的雨量，Rtij为t时段第i个雨量站第j次山洪灾害的最大雨量，则各站每个时间段N次统计值中，最小的一个为临界雨量初值，即初步认为这个值是临界雨量，计算公式如下:

1)计算平均值

Rt平均为区域内大范围的平均情况，即当面降雨量超过Rt平均时，区域内有可能发生山洪灾害。

2)统计最小值

Rtmin为区域内致灾降雨强度的必要条件，即只有当区域内至少有一个站雨强超过Rtmin时，区域内才有可能发生山洪灾害。

3)统计最大值

Rtmax为区域内发生山洪灾害的充分条件，即当区域内每个站点雨强都超过Rtmax时，区域内将会有大范围的山洪灾害发生。

2.1.3 资料统计

根据上述临界雨量的计算方法，列出区域内历次山洪灾害发生的时间表，收集区域及周边邻近地区各雨量站对应的雨量资料(区域内有的地方可能未发生山洪，但雨量资料也应一并收集)，以水文部门的雨量资料为主，气象站网和实地调查雨量资料作为补充。确定对应的降雨过程开始和结束时间。降雨过程的开始时间是以连续3日每日雨量≤1 mm后出现日雨量＞1 mm的时间;降雨过程的结束时间是山洪灾害发生的时间(这里确定的是降雨过程统计时间，如灾害发生后降雨仍在持续，灾害会加重)。降雨过程时间确定后，在每次过程中依次查找并统计最大10 min、30 min、1 h、3 h、6 h、12 h、24 h雨量，过程总雨量及其每项对应的起止时间。如果过程时间长度小于对应项的时段跨度，则不统计(如降雨过程小于12 h，则不统计12 h、24 h最大雨量及其起止时间)，但过程雨量必须统计。

因影响临界雨量的因素多，且各种因素的定量关系难以区分开，各次激发灾害发生的雨量均不完全相同，因此区域内各站的临界雨量也不尽相同。根据分析计算出的区域内各单站临界雨量初值，来确定区域临界雨量，这种方法称为单站临界雨量法。区域临界雨量的取值不是一个常数，而是有一个变幅，变幅一般在Rtmin及Rt平均之间，也可适当外延，在该变幅内区域中达到临界雨量的站点相对较多，但不是全部。只要降雨量在该变幅内，区域内就有可能发生山洪灾害。临界雨量变幅不能过大，否则对山洪灾害防治意义不大。

本次分析共筛选出山洪灾害过程10次，共收集乡宁县境内12个雨量站点1980～2009年的降雨量逐日、摘录资料，并进行了分析整理，其中人工站雨量资料仅作为参考数据使用，分析成果见表1。

由于资料条件限制，本次典型区未采用区域临界法计算临界雨量，直接使用单站成果，今后再根据实际情况进行修定完善。

2.2 无资料山洪灾害区域临界雨量分析方法

对于无资料或资料比较缺乏，无条件作上述单站临界雨量或区域临界雨量分析的地区，临界雨量的分析方法主要可采用内插法、比拟法、山洪灾害实例调查法、灾害与降雨频率分析法等，以下主要阐述内插法和比拟法。

2.2.1 内插法

适用于在已分析过单站临界雨量区域内有一些雨量站空白区(或有站但无降雨量实测资料)。依据是:降雨量的分布从气候角度来看是空间连续的，临界雨量虽与地质条件及气象条件有关，但在典型区选取时，已限定区域内地质条件及气象条件相差不大，因此，可以认为临界雨量在典型区内也是连续的，可勾绘等值线。将各单站各时段临界雨量填在对应的雨量站点位置，通过勾绘等值线图的方法(每一个时段一张图)，求出空白处山洪沟的临界雨量，如果一条山洪沟有几条等值线穿过，则需据等值线图求出空白区平均值来确定临界雨量。另外，当与选定典型区相邻较近(一般区域间最近点距离不超过50 km)有雨量站(且有降雨实测资料)，绘等值线图时应参考这些资料。