山洪灾害分析评价方法论述

楼　骏　李少明　刘　勇

(1.浙江同济科技职业学院，浙江 杭州　311231；2.杭州市水利规划研究与科技推广中心， 浙江 杭州　310016；3.天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室， 天津　300072)



山洪灾害分析评价方法论述

楼骏1李少明2刘勇3

(1.浙江同济科技职业学院，浙江 杭州311231；2.杭州市水利规划研究与科技推广中心， 浙江 杭州310016；3.天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室， 天津300072)

本文基于水位-流量-人口关系的防洪能力评价方法和水位流量反推法的雨量预警指标分析，以乐清市山洪分析评价为例，给出了山洪灾害分析评价流程。在大量调查工作的基础上，提出了山洪灾害分析注意事项及改进措施，对其他地区及以后的山洪灾害分析、预警具有重要的参考价值。

山洪灾害； 分析评价； 方法

近年来，山洪灾害在中国呈频发、易发、多发、重发的趋势，具有分布广、突发性强、成灾快、季节性强、区域性明显的特点，给人员和财产所造成的危害越来越严重，因此，开展山洪灾害的防治意义重大。

目前，中国正在全国范围内开展山洪灾害调查，掌握山洪灾害不同危险级别区域内的人口、房屋分布及沿河村落的防洪现状，并以此调查数据为基础，分析评价各沿河村落不同区域的防洪能力，为后期山洪灾害防治、预警建设提供必要的数据支撑。其中，山洪灾害分析评价是最主要的内容，本文以乐清市寺前村为例，详细介绍了山洪灾害分析评价中基于水位-流量-人口关系的防洪能力评价方法和基于水位流量反推法的雨量预警指标分析，并根据实际过程中发现的问题，提出相应的注意事项及改进措施。

1　山洪灾害评价与分析

1.1基本流程

根据《山洪灾害分析评价技术要求》，山洪灾害分析评价要基于小流域暴雨洪水分析计算的基本原理与方法，充分利用山洪灾害调查评价基础数据和工作底图、水文气象资料及各地山洪灾害调查成果等3个主要方面资料进行。

基本流程：ⓐ收集整理核对基础数据和调查成果数据，并导入山洪灾害调查评价数据终端；ⓑ暴雨洪水设计计算；ⓒ防洪现状能力评价；ⓓ绘制危险区图。

上述流程中，设计暴雨洪水计算方法比较成熟，可根据各省实际情况选择方法。防洪现状能力评价与预警指标分析的方法，是本文重点内容。

1.2基于水位-流量-人口关系的防洪能力评价方法

a.根据现场测量的横断面情况，选取最危险横断面为控制断面。并根据曼宁公式绘制控制断面的水位流量关系曲线，计算公式如下：

(1)

(2)

(3)

式中R——水力半径，m；

A——过流面积，m2；

χ——湿周，m；

n——河道糙率；

v——流速，m/s；

Q——流量，m3/s；

J——河道坡降，取值如下。

J的取值范围：①河道较顺直，中间无陡坎、跌水现象时:

(4)

②河道较弯曲，中间存在陡坎、跌水现象时:

(5)

b.根据现场调查的防灾对象人口高程分布关系，统计确定成灾水位(及其他特 征水位)下的累计人口、户数和房屋数。为统计人口-高程曲线，需要将所有房屋高程统一转换至控制断面所在高程，高程转换公式：

(6)

式中H′——转换后控制断面所在高程,m；

H——外业调查所测实际高程,m；

Li——房屋所在横断面沿河道到控制断面的长度,m，其中在控制断面下游侧房屋为正值，上游侧为负值；

J——河道坡降。

成灾水位定义为人口-高程曲线中最少人口所在高程，若低于控制断面堤防高程，则取堤防高程。

c.根据现场调查的防灾对象人口高程分布关系，统计各频率设计洪水位下的累计人口、户数和房屋数。各频率的设计洪水位根据其对应的洪峰流量与河道控制断面水位-流量关系曲线，采用插值法得到。

1.3基于水位流量反推法的雨量预警指标分析

雨量预警指标包括时段及其对应雨量两个要素，具体表现为各个预警时段的临界雨量，以及各预警时段的准备转移雨量和立即转移雨量。预警时段以分析对象上游集水区的汇流时间为最长时段，再选取2～3个比汇流时间小的典型预警时段得到。临界雨量是指在一个流域区域内发生溪河洪水、泥石流等山洪灾害时的降雨量和降雨强度。由于临界雨量是从成灾水位对应流量的洪水推算得到，故在数值上认为成灾水位对应临界雨量即为立即转移的雨量指标。对于准备转移指标，在临界雨量基础上根据准备转移时间及洪水过程线综合进行“折减”处理后得到。目前，国内确定临界雨量的方法主要包括：统计归纳法、内插法、比拟法、水位反推法等。根据浙江省山洪实际情况和试点经验，该次山洪灾害以水位反推法确定雨量临界指标。

水位反推法的基本分析思路如下：

a.根据成灾水位，采用曼宁公式或水位流量关系等方法，推算出成灾水位对应的流量。

b.在确定成灾水位、预警时段以及土壤含水量分析计算的基础上，考虑流域土壤含水量较干、一般及较湿等情况，根据设计暴雨洪水计算方法和典型暴雨时程分布，反算洪峰达到成灾流量的各个预警时段的降雨量。

2　实例分析

乐清市位于浙江省东南沿海，背山靠海，行政隶属温州市。其西北部山区面积约占乐清市面积的72%，地势陡、河源短、流速快，历来是温州地区山洪灾害的重灾区。经对部分资料整理后，初步确定西北部大荆镇、仙溪镇的80个山丘区沿河村落为此次山洪灾害调查与分析评价的对象。下面以寺前村为例对此次乐清市山洪灾害分析评价中的方法流程进行说明。

通过现场入户调查、河道断面测量导入山洪灾害调查评价数据终端，得到寺前断面设置及上下游卫星地貌图。寺前控制断面水位-流量-人口对照关系和防洪现状能力评价图见图1和图2。

图1　寺前控制断面水位流量人口对照关系

图2　寺前村防洪现状能力评价

对于寺前村选取了1h、2h、3h三个预警时段，设计暴雨计算采用浙江省暴雨图集法，将立即转移指标的85%作为准备转移指标，最终所得预警指标见下表，预警指标成果图见图3。

寺前村临界雨量预警指标表

图3　寺前村预警指标成果

3　改进与注意之处

通过对乐清市80个沿河村落的山洪灾害调查与分析评价，发现个别环节存在需要改进和注意之处。

3.1建议改进之处

a.在遇到弯折段河道时，房屋高程转换过程中Li的取值问题，见图4。横断面1与横断面2交叉区域的房屋的Li会存在分歧，必然会对人口-高程曲线造成影响，故而对于多弯曲段河道、地势突变的沿河村落该防洪能力评价方法有待改进。建议按保守的原则进行抉择：即选择两个需要抉择的横断面上游侧横断面到控制断面的河道长度作为Li，图4中案例，可按横断面1到控制断面的Li取值。

图4　某村卫星地貌

b.沿河村落的防洪能力评价实质上属于三维问题，该防洪能力评价方法是以控制断面为基础的，控制断面的选择对分析结果影响较大，而控制断面的选择在实际调查中有一定随机性，故而控制断面定位时需要相当谨慎。

c.防洪能力评价方法中，沿岸的房屋原则上应当使用洪水水面坡降进行高程转换，这里以较为方便测量的河底坡降作为转换参数会略有误差，尤其是多弯折段河道，凹岸侧往往会有雍水现象，应用上述方法偏于危险，因此，对于历史洪痕比较明显的村落，建议优先使用历史洪痕坡降作为J，若使用河底坡降作为J时，建议对凹岸侧的房屋在高程转换时，位于控制断面上游侧的房屋J可乘以略大于1的系数，在控制断面下游侧的房屋J可微乘以略小于1的系数。

d.预警指标是在成灾水位、预警时段及土壤含水量的基础上分析的，因此，对于上述三者取值时应当谨慎。对于土壤含水量的计算，若资料缺乏，可采用前期降雨对流域土壤含水量进行估算，推荐采用流域最大蓄水量估算法。

3.2注意之处

a.控制断面即最危险的横断面选取，关系到分析评价的质量，选取时应谨慎，尤其注意桥梁、堰坝等阻水处。

b.房屋高程在进行转换时，若河岸后排房屋高程低于前排房屋，应将后排房屋高程按照前排房屋的高程进行转换。

c.预警指标分析中，准备转移指标是在立即转移指标基础上折减所得，在折减过程中应考虑河谷形态、洪水上涨速度、预警响应时间等因素，出现不利情况时可略微增大折减系数。

4　结　语

本文以乐清市山洪分析评价为例，对山洪灾害评价与分析的流程做简要叙述，并给出了基于水位-流量-人口关系的防洪能力评价方法和基于水位流量反推法的雨量预警指标分析。通过对乐清市大量的山洪灾害调查与分析评价，从房屋高程转换参数Li的取值问题、控制断面的选取、防洪能力评价中坡降J的取值及预警指标，提出了建议改进和注意之处，对其他地区及以后的山洪灾害分析、预警具有重要的参考价值。

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[2]叶勇,王振宇,范波芹.浙江省小流域山洪灾害临界雨量确定方法分析[J].水文,2008,28(1):56-58.

[3]李中平,张明波.全国山洪灾害防治规划降雨区划研究[J].水资源研究,2005,26(2):32-34.

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[5]孙丹丹.北京市门头沟区山洪灾害防御体系建设[J].水利建设与管理，2014(1):81-83.

On analysis and evaluation methods of mountain torrent disaster

LOU Jun1, LI Shaoming2, LIU Yong3

(1. Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology , Hangzhou 311231, China;2.HangzhouWaterResourcesPlanningResearchandTechnologyPromotionCenter,Hangzhou310016,China;3.TianjinUniversityStateKeyLaboratoryofHudraulicEngineeringSimulationandSafty,Tianjin300072,China)

In the paper, the mountain torrent analysis and evaluation of Leqing are adopted as examples for providing mountain torrent disaster analysis and evaluation process, which based on the flood control capacity evaluation method of water level back-stepping method. Precautions and improvement measures in mountain torrent disaster analysis are proposed after a large number of field works. It has important reference value for future mountain torrent disaster analysis and early warning in other areas.

mountain torrent disaster; analysis and evaluation; methods

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.08.014

TV212.5+3

A

1005- 4774(2016)08- 0059- 04