小流域防洪评价与洪水预警机制研究

周淑英，蒋 碧

(1.浙江省防汛机动抢险总队衢州支队，浙江 衢州 324002；2.浙江九州治水科技股份有限公司，浙江 衢州 324000)

小流域防洪评价与洪水预警机制研究

周淑英1，蒋 碧2

(1.浙江省防汛机动抢险总队衢州支队，浙江 衢州 324002；2.浙江九州治水科技股份有限公司，浙江 衢州 324000)

基于实地调查和资料分析，根据浙江省龙游县庙下溪小流域自然地理和社会经济状况，测算庙下溪小流域山洪灾害的区域分布和灾害影响程度，并对沿河村落防洪现状进行科学评价，分析了防洪预警方法、预警结果的合理性，进而划定受山洪威胁的沿河村落危险区，按自然村为单元确定预警指标和阈值，为山洪灾害监测预警和防御提供科学依据.

小流域；防洪；危险区；洪水预警

衢州市位于浙江省西部，由于气候条件复杂、地形地质条件特殊，台风、强降雨引发的溪河洪水和由此诱发的滑坡、泥石流等山洪灾害发生频繁，给人民群众生命财产安全带来极大的损害.近年来，我国山洪灾害有加剧的趋势，且造成的损失也越来越大，成为我国洪涝灾害中致人伤亡的主要灾种[1-2]，山洪灾害防治已迫在眉睫.

近几年，在防治山洪灾害非工程措施方面，浙江省大力推进基层防汛防台体系和山洪灾害防治非工程措施建设，已初步建成基层防汛防灾体系[3].龙游县隶属于浙江省衢州市，属浙中丘陵盆地区，2013年被列入山洪灾害调查评价重点县，该县近些年分别于2004年、2007年、2008年和2011年发生过较大规模的山洪灾害，对农田、房屋、学校、水利电力设施等造成极大损坏，人民群众生命财产安全受到极大威胁.本文在总结前人山洪灾害防治措施的基础上，对沿河村落防洪现状进行科学评价，划定受山洪威胁的沿河村落危险区，按自然村为单元确定预警指标和阈值，进一步增强山区防灾减灾能力，为龙游县山丘区构建和谐社会、促进社会经济环境协调发展提供安全保障[4].

1 研究区概况

龙游县地势总特点是南高、北矮、中间低，呈马鞍形，北部有千里岗余脉，最高峰马槽山，海拔940.1 m(黄海高程)；南部属仙霞岭余脉，最高峰在西南庙下乡的桃源尖，海拔1 438.9 m(黄海高程)；中部为丘陵冈地及河谷平原，海拔最低点位于中部湖镇下童村，为33 m.以中部衢江河谷平原为界，南、北山脉均向河谷平原延伸，南部依次为中山、低山、平原带，北部依次为高丘、低丘、缓坡岗地.

庙下溪小流域主要途经浙江省龙游县庙下乡，属钱塘江水系.该流域上游无水库调洪，由西源溪和南源溪汇流而成.流域内的村庄分布较多，主要有毛连里、长生桥、八角殿、陈村、浙源里、严村、梅林村、芝坑口、凉蓬、庙下等行政村，流域出口断面位于溪口镇.据统计，庙下溪小流域内共有耕地483.87 ha，居民7 258户，人口11 754人.受地理气候影响，每年汛期庙下溪流域极易发生高强度暴雨.另外，受东风波及强对流天气影响，带来的暴雨历时短、范围小、强度大，短时间发生洪水灾害.庙下溪流域内山势高峻、山峰林立、坡陡谷深，有利于降雨后地表径流汇集，洪水流速大、涨势猛、冲刷力强、破坏力大，易于产生滑坡和泥石流.

2 防洪现状评价

2.1 现状评价计算

防洪现状评价是在设计洪水计算分析的基础上，分析防灾对象的现状防洪能力，进行危险区划分和区域内人口、房屋等统计分析，为山洪灾害防御预案编制、人员转移、临时安置等提供支撑.

2.2 成灾水位对应的洪水频率分析

本文分析评价中，成灾水位根据现场调查得出，其所对应的流量即为现状防洪能力.根据庙下村山洪灾害调查成果，控制断面成灾水位高程为145.30 m，对应流量为173 m3/s，通过设计洪水频率试算，其防洪能力约为2年一遇(P=50%).

2.3 现状防洪能力确定

基于现场调查成果中关于沿河村落、集镇和城镇人口高程分布数据，以及控制断面设计洪水计算成果，统计确定各频率洪水淹没高程下累计人口，得到控制断面水位—流量—人口数据表(见表1).

根据庙下村控制断面水位—流量—人口数据关系，得到庙下村防洪现状评价表(见表2).

表1 控制断面水位—流量—人口关系数据表

表2 庙下村现状防洪现状评价表

由表2可知，庙下村现状防洪能力不到5年一遇，极高危险区内有5户15人，高危险区和危险区内分别有333人和694人.

2.4 危险区等级划分

(1)危险区范围确定

根据相关规范要求，危险区范围为最高历史洪水位和100年一遇设计洪水位中的较高水位淹没范围以内的居民区域[5].

将本次庙下村山洪灾害调查成果与100年一遇设计洪水位成果比较，确定以100年一遇设计洪水位淹没范围为危险区范围.

(2)危险区等级划分方法

根据5年一遇、20年一遇、100年一遇的洪水位，确定危险区等级，结合庙下村地形地貌情况，划定对应等级的洪水危险区范围.在危险区等级划分时，对学校、医院等重要设施应提升一级危险区等级.因此本次对位于5～20年一遇洪水淹没范围内的庙下小学危险区等级进行调整，将其划入极高危险区.

在上述基础上，得出庙下村各级危险区高程人口分布情况(见表3).

表3 庙下村各级危险区高程人口分布数据表

(3)转移路线及安置点

在统计分析的基础上，结合现场实际情况，分析可知山洪灾害调查初步确定的转移路线和安置点基本合理，因此本文分析评价转移路线按照山洪灾害调查确定的转移路线，安置点为庙下村委会.

3 洪水预警

3.1 指标分析方法

小流域山洪灾害预警指标是针对具体防灾对象来说的，是时间与空间、定性与定量相结合的衡量参数[6].预警指标包括雨量预警指标和水位预警指标2类，分为准备转移指标和立即转移指标2级.在本评价中，防灾对象为庙下村，该流域内未建有水文控制站，同时简易水位站也都距离庙下村较近，基本没有预警时间，故预警指标只考虑分析雨量预警指标，本文分析评价根据资料的实际情况，结合设计洪水成果，采用浙江省瞬时单位线法对临界雨量进行分析[7].

瞬时单位线法的模式建立在3个基本假定上：(1)流域入流集中于调节中心；(2)流域对净雨的调蓄作用可以看作为几个串联水库的调节；(3)前后洪水互不影响，符合叠加原理.

计算公式为：

U(t)=(t/K)(n-1)×e-t/k/[K×τ(n)]

(1)

式中：U(t)—t时刻的瞬时单位线纵高；

K—反映流域汇流时间的参数；

n—调节次数；

τ(n)—n阶不完全伽玛函数；

t—时间.

对设计流域求出n和k两个参数，按以上公式即可求出瞬时单位线.由水库的流域特征值，根据n～F、M1(10)～L/J1/3、b～J1/3F-1/4关系式，分别查得汇流参数n=1.5，a=27.535，b=0.67.按上述求得的瞬时单位线汇流参数，代入瞬时单位线一般式即可推得设计洪水.计算时段采用1 h，临界雨强为35 mm/h.由此求得的设计洪水成果(见表4).

表4 庙下村控制断面以上设计洪水计算成果表

3.2 土壤含水量及临界雨量计算

根据汇流时间分析，综合确定预警时段为1 h、3 h和4 h.

根据《山洪灾害分析评价技术要求》，考虑浙江省为南方湿润地区，当含水量<0.5 Wm时，土壤较干；当含水量在0.5～0.8 Wm时土壤水分均衡；当含水量>0.8 Wm时，土壤较湿润.根据《浙江省中小河流设计暴雨洪水图集(产、汇流部分)》，Wm值估算为100 mm，则土壤含水量一般情况按比例0.5 Wm为50 mm，土壤含水量较湿情况按比例0.8 Wm为80 mm.

根据蓄满产流模型[8]，计算产流量，汇流采用浙江省瞬时单位线法计算.通过反复试算，得到临界雨量成果(见表5).

表5 临界雨量计算成果表

3.3 代表雨量的确定

根据浙江省瞬时单位线分析计算的雨量预警指标是面平均雨量，庙下溪小流域上游有和岭脚雨量站，本文分析评价以和岭脚站作为该流域的代表雨量.根据龙游县最大1 h降雨等值线图可以得出庙下溪小流域的形心位置和和岭脚站的雨量均值基本一致，在没有突变情况，可以直接将流域面雨量指标换算成点雨量作为代表雨量站点预警指标(见表6).

表6 大洪水平均情况下代表雨量站(和岭脚站) 预警指标成果表

3.4 预警结果与合理性分析

3.4.1 预警指标计算

本文分析评价中，以浙江省瞬时单位线计算的临界雨量为基础，主要考虑土壤含水量一般和含水量丰富两种状态，以成灾水位对应的临界雨量作为立即转移指标，经计算得出不同土壤含水量(前期降雨)情况下各级雨量预警指标(见表7、图1).

表7 雨量预警指标成果表

图1 不同土壤含水量情况下预警雨量临界曲线图

根据以上指标计算成果及临界曲线图，考虑不同土壤含水量影响，立即转移指标1 h、3 h、4 h时段的阈值范围分别为35～42 mm、50～59 mm、54～65 mm；准备转移指标1 h、3 h、4 h时段的阈值范围分别为30～36 mm、43～50 mm、46～55 mm.

参照《浙江省中小河流设计暴雨洪水图集(产、汇流部分)》[9]，大洪水平均情况下，前期土壤含水量一般为75 mm左右，大致在土壤含水量偏多的情况，与Pa=0.8 Wm情况接近，故在大洪水平均情况下采用准备转移和立即转移指标(见表8、图2).

表8 各等级雨量预警指标数据表

图2 预警雨量临界曲线图

3.4.2 合理性分析

根据历史资料记载，庙下溪小流域分别于2007年6月26日下午14～17时、2008年9月5日16～21时，发生2次典型山洪，收集这段时间内和岭脚站雨量站资料.

通过分析这2场典型山洪灾害的降雨资料可以得出：山洪灾害发生前，流域内皆有降雨，土壤含水量较为湿润.根据“2007.6.25”的降雨资料，分析可得14～17时3 h累积降雨量达到48.9 mm，比预警指标42 mm高6.9 mm，达到预警条件；同样，“2008.9.5”的降雨，18～21时3 h累积雨量达到46.6 mm，比预警指标42 mm高4.6 mm，也达到预警条件，因此可以证明本文分析评价计算的雨量预警指标与实际相符.

4 结 论

通过对龙游县庙下溪小流域防洪现状进行评价和防洪预警方法的研究，对预警结果的合理性进行了论证，具体结论如下：

(1)沿河村落防洪现状评价

对庙下村进行成灾水位对应洪峰流量的频率分析，根据需要辅助分析沿河道路、桥涵、沿河房屋地基等特征水位对应洪峰流量的频率，制作控制断面水位—流量—人口关系图表，确定庙下村现状防洪能力不到5年一遇，极高危险区内有5户15人，高危险区和危险区内分别有333人和694人.

(2)沿河村落山洪危险区划分

在沿河村落防洪现状评价基础上，采用频率法对危险区进行等级划分，即极高、高和危险三级.同时，结合庙下村地形地貌、交通条件等信息分析可知山洪灾害调查初步确定的转移路线和安置点基本合理，安置点为庙下村村委会.

(3)沿河村落、集镇和城镇预警指标分析计算

预警指标分析根据资料的实际情况，选择合理的分析计算方法进行预警指标分析计算，重点分析流域土壤较干、较湿、一般三种情况下的临界雨量，进而确定立即转移指标1 h、3 h、4 h时段的阈值范围分别为35～42 mm、50～59 mm、54～65 mm，准备转移指标1 h、3 h、4 h时段的阈值范围分别为30～36 mm、43～50 mm、46～55 mm.

[1] 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)：23-25.

[2] 邱瑞田，黄先龙，张大伟，等.我国山洪灾害防治非工程措施建设实践[J].中国防汛抗旱，2012，22(1)：31-33.

[3] 于桓飞，张新海，葛杭建.浙江省山洪灾害防治与调查创新方法[J].浙江水利科技，2016，10(6):18-20.

[4] 胡琳琳，汪荣胜.龙游县山洪灾害防治县级非工程措施建设实施方案[R].杭州：浙江省水利河口研究院，2010.

[5] 全国山洪灾害防治项目组.山洪灾害分析评价技术要求[Z].北京：国防防汛抗旱总指挥部，2014.

[6] 许拯民.马斯京根法应用研讨[J].华北水利水电大学学报：自然科学版,2005,26(4):1-3.

[7] 钮泽宸，张佩琳，傅联森.浙江省瞬时单位线法[J].浙江水利科技，1990(1):1-12.

[8] 魏永霞，王丽学.工程水文学[M].北京：中国水利水电出版社，2008:144-153.

[9] 浙江省水利水电勘测设计院.浙江省中小流域设计暴雨洪水图集(产、汇流部分)[R].杭州：浙江省水利水电勘测设计院，1984.

ResearchonFloodControlEvaluationandWarningIndicatorsinSmallWatershed

ZHOU Shu-ying1, JIANG Bi2

(1.Quzhou Detachment of Zhejiang Flood Control Mobile Emergency Detachment, Quzhou 324002, China; 2.Zhejiang Jiuzhou Water Control Technology Co., Ltd., Quzhou 324000, China)

Flood disasters is a kind of natural disaster caused by continuous heavy rainfall in the mountain areas. In recent years, the frequent occurrence of mountain flood disaster in Longyou County, Zhejiang Province, not only causes devastating damage to the infrastructure of the hilly area, but also poses a great threat to the people’s life and safety. Based on field survey and data analysis, the rational analysis on natural geography and social economic conditions of Miaoxia Stream watershed is conducted, and the regional distribution and disaster impact caused by mountain torrents disaster are investigated and evaluated. A scientific evaluation on flood control capacity of the villages in flood threat zone, as well as warming approaches, is also delineated. Taking the natural village as a unit to determine early warning indicators and threshold, exploring countermeasures for beaten villages in small watershed are talked about to provide technical support for flood disasters monitoring and early warning and defense.

small watershed; flood control; danger zone; flood warning

2017-07-17

周淑英(1973-)，女，浙江江山人，高级经济师，从事防汛抗旱研究工作.

10.3969/j.issn.2095-7092.2017.05.006

TV87

A

1008-536X(2017)05-0022-05