小区域山洪灾害防治技术

2016-12-23帅柯舸

湖南水利水电 2016年2期

关键词：山洪降雨洪水

帅柯舸

（湖南省水利水电勘测设计研究总院　长沙市　410007）

小区域山洪灾害防治技术

帅柯舸

（湖南省水利水电勘测设计研究总院长沙市410007）

山洪灾害在山区中的小流域地区，因其流域面积较小，河道的山洪调蓄能力相对较弱，山坡的地势较为陡峭，形成的洪水持续的时间较短，在一定时间内涨幅较大且洪峰高。因此在山区中的山洪灾害具有水量集中、预见期短、突发性较强且具有很大的破坏力一系列特征。所以，山区小流域的山洪灾害的防治已经成为了我国防洪减灾工作中最为薄弱的一个环节。湖南省山区面积广，存在诸多小流域流经的地区，这些地区的流域情况相对复杂又具备多重影响因素，对流域内能够掌握的资料相对较少，相关小流域山洪灾害的研究相对滞后。因此，湖南省小流域的山洪灾害防治工作还亟待各项技术的支撑，对小流域的山洪灾害预防和治理的技术研究，具有相当重要的意义。

山区小流域山洪灾害预防治理技术

湖南省位于长江中游南岸，总流域面积达50 km2及以上的河流1 301条，境内山地、丘陵、岗地分布广泛，占到全省国土面积80.49%，受复杂地形和不稳定气候影响，极易发生山洪灾害。据调查统计，20世纪全省性洪涝灾害年份达42年，尤其是在20世纪90年代，全省的山洪灾害造成直接经济损失超过1 000亿元，因灾死亡人数达1 650人，分别占据湖南省洪涝灾害造成的经济损失和死亡人数的63.1%和87.9%。山洪灾害的破环性强、危害大、成灾快，已经成为威胁到人民群众生命财产安全最为严重的灾害之一。

近年来，随着湖南省山洪灾害防治工作的系统开展，各部门协同合作，以及各项城市防洪减灾工程的实施与完善。地处大江大河流域内的县级以上的大中型城市防洪减灾的能力已经逐渐得到了稳步的提升，然而地处山地丘陵的广大地区，因情况复杂，影响的因素多，针对山洪以及山洪引发的一系列地质灾害与水土流失的防止工程，尚不能满足当前经济社会发展需求，山洪灾害防治的形势依然严峻。

1　当前山洪灾害研究的现状及问题

山洪灾害具有以下五大特性：①突发性。山洪汇流很快，河水陡涨水流湍急，暴发历时很短，突发成灾往往使人们措手不及，防不胜防。②毁灭性。山洪多为水沙流体，含沙量高，流速大，冲击力强，其破坏形式主要有冲刷、溃决、撞击、淤埋、淹没，过境往往对房屋、水利、交通、电力、通信等基础设施造成毁灭性的破坏。③群发性。在一次持续性的强降雨过程中容易形成山洪、滑坡、崩塌和泥石流等灾害链。④易发性。由于对山洪灾害的规律性研究不够，以往的山洪灾害防御预案操作性不强，山洪灾害预见性差，防御难度较大。⑤危害性。统计不同地区、不同时间发生山洪灾害的受灾面积、成灾人口、倒塌房屋、粮食损失等，发现山洪给人民生命财产造成的损失巨大。

山洪灾害风险评估工作是开展灾前预防、灾后恢复重建、救援物资发放的重要参考依据。洪水风险图作为防洪减灾非工程措施中的一种重要方法，融合了洪水特征信息、地理信息、社会经济信息，以图表形式直观反映不同量级洪水可能造成的灾害风险及其对社会经济的损害程度，不但能有效减轻洪灾损失，而且能为及时掌握灾情提供科学的预测方法，为抗洪指挥提供科学的决策依据。

山洪灾害预警预报作为山洪灾害防治非工程措施的一项重要工作，通过提前判断山洪发生的时间、地点、规模、范围及可能造成的损失等，使山区居民及时得到信息，提前采取措施，最大程度减少人员伤亡和财产损失。山洪泥石流灾害预警预报一直是国内外研究的热点，目前，国内外山洪预警预报采取的技术途径主要是通过对山洪的危险性预测判别，研究山洪灾害威胁程度，划分山洪易发区和危险等级，结合监测和预报技术，实时监视暴雨山洪情况，预测山洪发生的时间和危害程度，从而做出山洪的预警预报。目前关于山洪泥石流灾害预警预报技术的研究主要包括空间预报技术、时间预报技术以及预警系统的研制。

2　研究区域概况

（1）研究区域自然概况。柳溪山洪沟是资江的一级直流，流域面积达122 km2，当前治理的项目所在地为安化县东坪镇管辖区域，东坪镇地处安华县中部，土地面积450 km2，人口16.1万，耕地面积3 877 hm2（58 155亩），下辖37个村、7个居委会。是安化县政治经济文化中心。

柳溪山洪沟位于安华县中部，保护土地总面积34.6 km2，保护人口5.1万人，保护耕地面积1 046.67 hm2（1.57万亩），保护企事业单位58个，详见附表。柳溪山洪沟防治区情况表。

附表　柳溪山洪沟防治区情况表

（2）研究区域山洪防御现状。柳溪属于山区，地势北高南低，地面高程沿河流方向逐渐降低，河两岸阶地宽广，宽度（50～200）m不等，地面高程一般（100 m～370 m），阶地两侧主要为山丘，山顶高层一般为（300～1 000）m，山体自然坡度较陡，一般为20°～ 40°，属于典型的山洪地质灾害易发区，植被以松、杉、楠竹等疏幼林为主，植被覆盖率56%。

柳溪沟岸主要为自然岸坡和乡村公路，岸坡顶部高程（111.79～349.78）m，高度（2.0～4.8）m，坡度陡峭，主要为土质边坡，内破（临水坡）比一般的1∶0.8～ 1∶1.8，部分塌岸，稳定性较差。

柳溪沟道宽窄不一，最宽处大于67 m，最窄处仅8 m，河床切割深度（2～5）m，平均坡降12.94‰。大部分沟床较窄，坡降大，岸坡多出当冲；少部分沟床由于河床较宽，河道坡降小，淤积严重。

由于山洪沟水道狭窄，坡降大，两岸一直没有实施护坡和护岸工程，岸坡多次被洪水和泥石流冲毁，完全处于不设防状态，一旦遭遇较大洪水，沿岸区域的大部分耕地和部分村庄将被淹没，并造成水利设施损毁，房屋倒塌，极有可能给广大群众带来巨大的经济损失，导致山洪和泥石流灾害的破坏十分严重。

（3）研究区域山洪灾害概况。柳溪山洪沟流域属于亚热带季风湿润区，多年平均年降水量1 622 mm，降雨量大，降水季节性分配不均，大强度的暴雨过程在夏季特别明显，几乎每年都会发生强度不等的山洪及泥石流，甚至某些年份一年发生2～3次洪水。

3　研究区域山洪防治存在的问题

（1）柳溪坡降陡，水流速度快，造成了当冲岸坡出现严重的崩塌和滑坡现象。

（2）由于柳溪治理段至今没有实施护坡护岸措施，因此，在历年洪水中，岸坡多次被冲毁，两岸村民的生命财产受损，大片农田水毁荒芜，严重影响两岸老百姓的生产生活和区域的社会经济发展。

（3）由于柳溪河流域2015年的乡村公路建设没有考虑水土保持的措施，所开挖的土石就地堆积于山坡之上，通过暴雨冲刷造成了大量土石滞留山洪沟，淤积和抬高了山洪沟沟床，缩小了山洪沟的过水断面，抬高了洪水水位，加剧了山洪沟所属区域的洪涝灾害。

（4）山洪沟沿岸的居住人口较多，向山洪沟倾倒垃圾，造成了柳溪沟沟床淤积以及沟道行洪不畅。

4　山洪灾害的防治技术

小流域暴雨山洪灾害预警预报系统所用到的预警预报方法主要有3种，分别为水文模型预报法、经验预报方法和临界雨量法。

（1）水文模型预报法。根据山洪灾害调查评价成果，全省统一组织对省内小流域洪水分析预报进行研究，分区建立洪水分析模型，编制小流域洪水分析软件。在此研究成果上各县根据山洪灾害小流域调查评价成果，研究小流域洪水预报参数，对典型小流域进行洪水分析预报软件的定制开发，并将该软件集成到县级平台软件中。

（2）经验预报方法。主要采用降雨径流相关法、综合单位线法对小流域洪水过程进行模拟和预报。柳溪河小流域综合单位线是根据流域特征与单位线要素或参数之间的经验关系，由流域特征推求出单位线要素而求得的。下面主要介绍降雨径流相关法。

降雨径流相关法是利用降雨径流相关曲线，由时段降雨量推求时段径流量的经验相关方法。降雨径流相关曲线结合当地实际情况，在成因分析与统计相关的基础上，用每场降雨过程流域的面平均雨量和相应产生的径流量，以及影响径流形成的主要因素建立起来的一种定量的经验关系曲线。该方法简单实用，20世纪 60年代初，降雨径流相关法作为一种流域产流量计算方法已在中国普遍使用。我国湿润和半湿润地区最常用的是P～Pa～R三变量相关图法，P～Pa～R降雨径流相关图是以次降雨P为纵坐标，相应的次洪径流深R为横坐标，降雨开始时的Pa为参数建立起来的降雨径流相关图。该图具有以下特点：P一定时，Pa越大，损失越小，R越大，故Pa等值线的数值自左向右增大；Pa一定时，P越大，损失相对于P越小，径流系数越大，P～R线的坡度随P的增大而减缓，但不小于45°。P～Pa～R降雨径流相关图作好后，就可以根据时段降雨过程P及降雨开始时的Pa，在图上求出各个时段的净雨量R。

（3）临界雨量法。包括1 h、3 h、6 h、12 h、24 h的警戒雨量和转移雨量，根据实测降雨资料和临界雨量值，如果降雨量达到或接近警戒雨量，应提高警惕，做好转移准备；若达到或接近转移雨量，应结合监测情况，当发生山洪的可能性较大时，立刻组织人员转移。柳溪河小流域山洪灾害临界雨量值是在收集该区长序列降雨资料和灾害情况的基础上，采用统计归纳法、水位反推法综合确定的。

基于这些技术的基础之上，湖南省将原有的预警平台进行了功能上的完善。在平台原有功能的基础上，补充完善了短历时实时水情查询、预警信息发布、数据上报与信息共享等功能；增加了小流域洪水分析软件；增加了预案衔接演示、图像（视频）监控、移动巡查设备管理等模块并集成调查评价成果。

县级平台软件需要满足原技术要求，新功能采用的技术要与原有系统匹配，或能进行无缝集成。