紫阳县蛛溪河流域山洪灾害预警浅析

2016-10-21郑太林

地下水 2016年5期

关键词：塘村山洪雨量

郑太林

(陕西省地下水管理监测局，陕西西安 710003)

紫阳县蛛溪河流域山洪灾害预警浅析

郑太林

(陕西省地下水管理监测局，陕西西安 710003)

紫阳县蛛溪河系汉江上游的二级支流，境内山高坡陡，河流众多，特殊的地理位置导致暴雨山洪灾害频发。通过对蛛溪河流域的山洪灾害调查分析、计算、评价，对区域进行危险区划分，依据危险区等级和下垫面条件提出山洪预警指标，通过降雨量测报提前预警，可保障沿河村落的防汛保安工作，做到防范在先、撤离有序。

山洪灾害；洪水计算；水位流量关系；预警雨量；临界值

蛛溪河是任河左岸一级支流，发源于陕西镇巴县星子山三叉河，境内山高坡陡，支流众多，上游称白河，在县境内斑竹园与瓦庙河汇流。流经瓦庙、毛坝，在吴家坝汇入任河。

蛛溪河流域内集镇沿河两岸建置，系典型的山区集镇，由于当地土地资源特缺，沿河村落人口居住密度相对较大。为减少洪灾损失，局部修建河堤，邻河的路基和房屋基础靠修建浆砌石挡墙挡水，其外形参差不齐、高低不平，防洪呈被动局面。因此以瓦庙镇堰塘村断面为控制断面，对流域暴雨洪水经多种方法分析计算，得到不同频率洪水流量和水位流量关系曲线，对河道防洪能力和该村的防洪现状做出分析评价，确定防护对象的成灾水位和危险区级别，从而根据不同的条件建立模型分析，拟定预警指标和撤离方案。

1　概况

任河发源于重庆市城口县的大巴山南麓的大燕山，是汉江右岸最大一级支流，也是唯一发源于大巴山南麓的一条支流。蛛溪河是任河左岸一级支流，发源于镇巴县星子山三叉河，境内山高坡陡，支流众多，上游称白河，在县境内斑竹园与瓦庙河汇流。流经瓦庙、保坪、毛坝3乡镇，在吴家坝流入任河。全长41.1 km，流域面积161.69 km2。

高强度的降雨是引起山洪灾害的最主要原因之一。溪河洪水灾害的发生主要是强降雨迅速汇聚成强大的地表径流所引起的。强降雨的局地性和短历时雨强对洪水的产生起着重要作用，前期降雨直接关系着激发洪水的雨强和雨量，它可造成土体预先饱和，当前期降雨较多时，激发洪水的雨强及雨量将降低。一般而言，洪水和降雨并不是同时发生，而是滞后于降雨，由溪河洪水诱发的灾害会随着降雨历时成正比增长。地形地质因素也是引发山洪灾害的物质基础和潜在条件，影响着山洪灾害的特性和规模。

分析评价以流域内瓦庙镇堰塘村为对象，该村落依山傍水，沿河到呈带状分布，共12户53人，房屋12座，距离河道水平距离5～212 m，按照近河就低原则确定基准断面，然后在其上下游各布置一条水文计算断面，共计3条计算断面形成的外包线覆盖整个村庄。

2　暴雨洪水分析计算

暴雨分析计算包括确定和分析小流域时段雨量、暴雨频率和暴雨时程分配3项内容。瓦庙镇堰塘村山洪灾害分析评价分析了这两种历时的设计暴雨。常规标准历时设计暴雨计算分为设计暴雨参数确定、设计暴雨雨量计算以及设计暴雨时程分配计算3步。实用水文手册[1]将安康地区分为3个暴雨相似区，蛛溪河流域属第一暴雨区。根据所属分区采用第一暴雨区的算法和参数。设计暴雨历时采用24 h计算，暴雨计算成果见表1。

洪水分析计算是在假设暴雨洪水同频的前提下，由上述暴雨量推求设计净雨，即产流计算。瓦庙镇堰塘村地处任河流域，总体来说降雨丰沛、气候湿润、植被较好、洪水过程的涨落极不对称，产流模式为“蓄满产流”。采用降雨径流相关法进行产流计算，建立降雨量加前期影响雨量与降雨量h的“H面+Ha—h”相关线，见图1。为Ⅲ江南产流区，查出相应的累计时程净雨量h，再将时程净雨量进行递减求得时段净雨量，将时段净雨量按大小次序进行叠加可求得累积净雨量。

防灾对象的典型频率设计洪水采用多种方法进行计算，即推理公式法、经验公式(包括洪峰面积相关法和综合参数法)、单位线法(部分地区采用水文比拟法计算)进行计算。

图2　瓦庙镇堰塘村小流域单位线

防灾对象分布式模型根据《山洪灾害调查评价小流域划分及技术属性提取技术要求》的分析成果确定出该流域的时段单位线信息，将此单位线与净雨分析成果进行卷积计算即可得到设计洪水过程。

瓦庙镇堰塘村小流域为防灾对象，经多种方法计算的洪水成果，对比分析后确定该村控制断面各频率(重现期)设计洪水的洪峰、洪量、上涨历时、洪水历时等洪水要素见表2。将控制断面各频率洪峰水位、人口等信息汇总，得控制断面水位-流量-人口关系表3。

图3　瓦庙镇堰塘村防洪现状评价图

3　现状防洪能力评价

根据瓦庙镇堰塘村测量资料，河床呈U型，根据横断面形状、住户地坪高程、水位以及住户在工作地图上的位置等情况确定成灾水位为473.54 m，并将其按比降转换到各断面上相应的成灾水位；从控制断面水位流量关系曲线插值可得成灾水位对应的成灾流量为548 m3/s ，防洪能力为13 a一遇。

根据现场调查瓦庙镇堰塘村的人口高程分布关系，统计成灾水位及其他特征水位、各频率设计洪水位下的累计人口和房屋数，绘制防洪现状评价见图3。根据防洪现状评价图，结合控制断面水位流量关系特点，综合确定沿河村落、集镇和城镇等防灾对象的现状防洪能力。

危险区范围采用100 a一遇设计洪水位淹没范围以内的居民区域。危险区等级划分方法是根据5 a一遇、20 a一遇、100 a一遇的洪水位，确定为极高危险区、高危险区、危险区，见图4。

图4　瓦庙镇堰塘村危险区划分图

4　预警分析

预警时段指雨量预警指标中采用的最典型的降雨历时，是雨量预警指标的重要组成部分。受防灾对象上游集雨面积大小、降雨强度、流域形状及其地形地貌、植被、土壤含水量等因素的影响，预警时段会发生变化。

根据瓦庙镇堰塘村的实际情况，选取最小预警时段1 h至流域汇流时间为防灾对象的典型预警时段。用成灾水位反推流量，由流量反推降雨。重点通过分析成灾水位、预警时段、土壤含水量等，计算得到防灾对象的临界雨量，根据临界雨量和预警响应时间综合确定雨量预警指标，并分析成果的合理性。

采用流域最大蓄水量估算法计算土壤含水量。本次计算采用Pa=0.2 Wm、Pa=0.5 Wm、Pa=0.8 Wm三个临界值对前期降雨很少、中等、很多三种情况的前期降雨进行界定，代表流域土壤较干(Pa≤0.2 Wm)、一般(Pa=0.5 Wm)以及较湿(Pa≥0.8 Wm)三种情况。流域最大蓄水量Wm取值100 mm。

表2　瓦庙镇堰塘村小流域控制断面设计洪水成果表

表3　瓦庙镇堰塘村小流域控制断面水位～流量～人口关系表

准备转移临界流量的确定与计算立即转移指标时相应的洪水过程密切相关，既不能简单的采用最长降雨历时的洪水过程线进行分析，也不能采用最短降雨历时的洪水过程线进行分析。从最大限度的保护人民群众的生命财产安全的角度考虑，并使计算性能稳定，这里取根据各预警时段的洪水过程线计算出的准备转移流量的最小值。确定好准备转移流量后，准备转移指标计算的步骤和流程与计算立即转移指标的方法类似。

临界雨量是由成灾水位反推获得，该村的立即转移雨量指标直接采用临界雨量值，可从洪水反算到降雨得出；基于立即转移指标确定准备转移雨量时，我们在洪水过程线上，按成灾水位的流量出现前的60 min左右对应的流量，反算得到相应的时段雨量，将该雨量作为准备转移雨量指标。