成县山洪灾害临界雨量分析计算

祝武斌

（陇南水文水资源勘测局，甘肃成县742500）

成县山洪灾害临界雨量分析计算

祝武斌

（陇南水文水资源勘测局，甘肃成县742500）

针对成县暴雨特性和山洪特性，采用灾害与降雨频率分析法计算其临界雨量。随着区域内山洪、泥石流灾害资料和降水资料的累积以及计算方法的不断更新和完善，确定的临界雨量值不断接近灾害发生时的真实值。更好地适应和满足了流域内山洪、泥石流灾害防治的需求。

山洪灾害；临界雨量；分析；计算

1 概况

1.1 自然地理概况

成县地处秦岭山脉南麓丘陵河谷地带，位于甘肃省东南部，陇南市北部偏东，东北与徽县接壤，西与西和县相邻，南以西汉水为界与康县相望，东南与陕西省略阳县毗邻。成县南北宽约55km，东西长约52km，地理坐标介于东经105°24＇至105°57＇，北纬33°31＇至34°02＇之间，县境总面积1678.32km2。

1.2 地形地貌

成县地处陇南山地东部。西北属北秦岭山脉南麓，中部属徽成盆地，南部为南秦岭山脉北缘。地势西北高东南低。地貌主要为中山区，次为丘陵和小面积川坝。西汉水和长丰河流经地区为小面积狭长谷地。

成县的地貌形态可分为两个主要类型:一是山地，约占县域面积的三分之二，集中分布在西北部和南部。二是盆地，为徽成盆地的一部分，分布于城关、抛沙、店村、红川、陈院、水泉、小川等乡镇，面积300km2。

1.3 气候环境

成县属大陆性季风气候，四季分明。冬季受来自北方和西北冷空气影响，夏季盛行东南季风和来自孟加拉湾的温暖季风的影响，气候地域差异大，垂直变化明显。成县的多年平均降水量为685.7mm。全县年平均陆面蒸发量为493.8mm，干旱指数为1.006，按甘肃省气候分区属温带半湿润地区。

2 暴雨、洪水特征

成县境内降水较丰富，但在时空分布上很不均匀，据成县水文站1956～2013年58年的降水资料分析，连续最大四个月降水主要集中在6～9月，占全年降水量的68%左右，冬春季降水偏少，夏秋季降水量较大，且多为暴雨，历时短，雨量大，产流快，容易形成山洪、泥石流灾害。

3 资料收集

3.1 测站情况

成县境内有两个水文站，分别是西汉水镡家坝（二）水文站及长丰河成县水文站；成县境内有8个雨量站，分别是红川、黄渚关、二郎、小川、成县、纸坊、化垭、镡家坝雨量站。另外，在这次临界雨量的分析计算中也采用了第Ⅰ典型区域的徽县麻沿雨量站资料。

3.2 时段雨量统计

统计成县境内及周边红川、黄渚关、二郎、小川、成县、纸坊、化垭、镡家坝、麻沿各雨量站10min、30min、1h、3h、6h、12h、24h降水量，对于无10min、30min、1h、3h降水资料的人工观测雨量站，应用暴雨强度i与降水历时T的关系予以换算。

4 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）。目前临界雨量的计算方法一般有单站临界雨量法、区域临界雨量法和灾害与降水频率分析法。

4.1 单站临界雨量法

4.1.1 资料收集与统计

根据成县境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。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≤1mm后出现日雨量＞1mm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）。过程时间确定后，在每次过程中依次查找并统计10min、30min、1h、3h、6h、12h、24h及3d降水量对应的起止时间。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12h，则不统计12h、24h最大雨量及其起止时间）。

4.1.2 单站临界雨量的计算

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:

4.1.3 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的不同有关。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。

（2）同一站点不同时段的临界雨量，能反映该站点对于不同时间段最大降雨的敏感程度，因此需要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，实际工作中，各时段临界雨量必须一起综合使用，以此来判别山洪灾害发生的可能性。如1h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，3h、6h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超过其临界值，就有可能发生山洪灾害。

4.1.4 区域内各站同一时段的临界雨量统计分析

（1）计算平均值

（2）统计最小值

Rtmin可视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可视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。

4.1.5 利用单站临界雨量分析计算区域临界雨量

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。

4.2 区域临界雨量法

4.2.1 资料收集与统计

首先根据区域内各雨量站历次山洪灾害发生的时间，收集对应的雨量资料（区域内只要有一个站发生山洪，视为该区域内发生了山洪，则区域内所有雨量站都要收集和统计对应的降雨过程资料降雨过程的划分与单站方法相同。

计算区域内与历次山洪灾害对应的各时段最大面平均雨量。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个时段的面平均雨量，面平均雨量计算可采用算术平均法、泰森多边形法、雨量等值法等，具体方法根据典型区域的实际情况而定。不管使用哪种方法，都要保证计算得到的面平均雨量的精度。Rtj为t时段第j次山洪灾害对应雨量过程中的最大面平均雨量（通过滑动平均得出），则区域内各时段有N个（每次灾害一个）最大面平均雨量值。

4.2.2 区域临界雨量的初值确定

统计N次山洪灾害各时段最大雨量面平均值的最小值，即为各时段区域山洪临界雨量初值。

4.2.3 区域临界雨量分析

区域山洪灾害临界雨量，可作为判别区域内有无山洪灾害发生的定量指标。因在统计山洪灾害次数时，只要区域内有1个站发生了山洪灾害，就认为区域内有山洪灾害发生。因此，它无法判别区域内受灾面积的大小及灾害严重程度。

4.3 灾害与降雨频率分析法

通过对灾害场次的调查，分析山洪灾害的频率，取与山洪灾害发生频率相同的降雨量设计值即为临界雨量初值。通过与周边邻近地区的临界雨量进行综合对比分析，最后合理确定临界雨量值。

4.4 成县各典型区域临界雨量的计算

4.4.1 各典型区域临界雨量计算方法的确定

由于无法搜集到成县详细全面的历史山洪、泥石流灾害调查资料以及与之对应的区域降水、暴雨中心降水，无法采用单站临界雨量法或区域临界雨量法来分析计算各典型区域的临界雨量。成县各典型区域山洪、泥石流灾害的主要来源是暴雨，各典型区域灾害场次的统计数据相对准确可靠，因此可采用灾害与降雨频率分析法来分析确定各典型区域的临界雨量。

4.4.2 历史山洪灾害场次统计及频率计算

（1）山洪、泥石流灾害场次统计

根据《成县志》及《成县山洪灾害防御预案》中对历史山洪灾害的记录情况，统计出各典型区域山洪灾害发生的时间及场次，见表1。

（2）山洪、泥石流灾害发生频率计算

通过对Ⅰ区（北部的黄渚、二郎、王磨地区）历史山洪、泥石流灾害调查统计，自1934年至2013年间，该区域内共发生山洪、泥石流灾害11次，那么山洪泥石流灾害发生的频率P=11/（2013 -1934+1）=13.8%。

通过对Ⅱ区（西部的纸坊、沙坝、苏元、索池、小川地区）历史山洪、泥石流灾害调查统计，自1934年至2013年间，该区域内共发生山洪、泥石流灾害6次，那么山洪泥石流灾害发生的频率为: P=6/（2013-1934+1）=7.5%。

通过对Ⅲ区（东部的陈院、城关、店村、红川地区）历史山洪、泥石流灾害调查统计，自1934年至2013年间，该区域内共发生山洪、泥石流灾害9次，那么山洪泥石流灾害发生的频率为:P=9/（2013-1934+1）=11.2%。

通过对Ⅳ区（南部的鸡峰、黄陈、镡河、宋坪地区）历史山洪、泥石流灾害调查统计，自1934年至2013年间，该区域内共发生山洪、泥石流灾害4次，那么山洪泥石流灾害发生的频率为:P=4/（2013-1934+1）=5.0%。

表1 成县临界雨量典型区域山洪灾害场次统计表

4.4.3 临界雨量分析计算

（1）点绘各时段最大降水量频率（P-Ⅲ型）曲线

统计出各典型区域内各雨量站10min、30min、1h、3h、6h、12h、24h、3d最大降水量，再用算术平均法求出区域内10min、30min、1h、3h、6h、12h、24h、3d面平均最大降水量，分别点绘出10min、30min、1h、3h、6h、12h、24h、3d面平均最大降水量频率（P-Ⅲ型）曲线。

（2）临界雨量计算

根据各典型区域灾害发生的频率，在点绘的相应区域10min、30min、1h、3h、6h、12h、24h、3d面平均最大降雨量频率（P-Ⅲ型）曲线上查出对应频率的降水量，即为该区域各时段临界雨量的计算值。各典型区域临界雨量计算成果见表2。

5 结语

确定以相应时段临界雨量的3/4值作为短历时（10min、30min、1h）“准备撤离雨量”预警指标，即当短历时（10min、30min、1h）降水量达到相应时段的临界雨量的3/4值，并且降水仍在持续时，须作出准备撤离的预警；确定以相应时段临界雨量的2/3作为长历时（3h、6h、12h、24h、3d）“准备撤离雨量”预警指标，即当长历时（3h、6h、12h、24h、3d）降水量达到相应时段的临界雨量的2/3值，并且降水仍在持续时，须作出准备撤离的预警。

TV124

B

1672-2469（2015）10-0052-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.10.16

祝武斌（1974—），男，工程师。