娄烦县步斗村山洪灾害危险区等级的划分

张爱红

（太原市水文水资源勘测分局 山西太原 030001）

山洪灾害调查评价是对汇水面积在200 km2以下的小流域洪水影响的沿河村落进行现状防洪能力评价，划分出不同等级危险区，制定出立即转移和准备转移的雨量预警指标，为及时准确发布预警信息提供科学依据。本文以娄烦县步斗村为例，对步斗村现状防洪能力进行评价，并介绍了山洪灾害危险区等级的划分方法。

1 研究区概况

步斗村隶属山西省太原市娄烦县，位于黄河流域汾河水系岚河支流步斗沟上，小流域步斗沟集水面积约1.0 km2，河长1.5 km，流域比降49.4‰。对该村首先进行内外业调查，测绘河道纵横断面，横断面测绘间隔为50 m并编号，保证合理有效推求水面线，初步勘测出成灾断面。

2 暴雨洪水计算

步斗村所在步斗沟小流域未设立水文站，无实测洪水系列数据，故采用无资料地区间接法，根据设计暴雨推求不同频率洪水。

2.1 设计暴雨

计算设计暴雨的目的主要是根据设计暴雨来推求设计洪水，首先计算设计点雨量，然后计算出面雨量并推求出暴雨时和深的关系，进而对暴雨进行时程分配。

2.1.1 面雨量设计

根据山西省水利厅编著的《山西水文计算手册》表 6.3.1 分别查算历时 10 min、60 min、6 h、24 h 和 3 d的定点-定面关系参数值，对暴雨公式的三参数进行设计分析，得到不同频率的步斗村设计暴雨成果，见表1。

2.1.2 设计暴雨时程分配

采用时段雨量序位法（见下式），对设计的雨型和时段设计雨量成果进行时程分配。

式中，j为主雨日时段雨量排位序号，即时段雨量ΔHP，j摆放的序位，然后依次利用式（1）计算出逐时段雨量，按序位号对号排放即得到逐时段雨型。步斗村设计暴雨时程分配表见表2。

表1步斗村设计暴雨成果表

表2 步斗村设计暴雨时程分配表

2.2 计算洪水[1]

推求设计洪水的的方法很多，如直接利用流量资料计算设计洪水、利用设计暴雨来推求洪水、水文比拟法推求设计洪水等。本文根据设计暴雨来推求洪水，采用的方法为《山西省水文计算手册》中的流域水文模型法。流域水文模型法包括两部分，即流域产流计算和流域汇流计算。流域产流计算包括两部分，即设计洪水净雨深和净雨过程计算，采用双曲正切模型计算设计洪水净雨深，采用变损失率推理扣损法计算设计净雨过程；采用综合瞬时单位线法进行汇流计算。

通过实地访问、调查和考证历史文献等手段对步斗沟历史上发生的大洪水的水位、流量、重现期和发生情况进行对比分析后，计算出步斗村不同重现期的洪峰、洪量、洪水历时等洪水基本要素，成果见表3。

3 防洪现状评价

3.1 水面线推求

进行外业勘测，勘测纵横断面，基本确定成灾断面，水面线采用圣维南方程组建立模块进行推求，模块计算采用追赶法求数值解，在确定起调断面水位后，自动插值断面间水位点，然后在每两个水位点间根据最大断面自动插值流量点，得到频率P=1%、P=2%、P=5%、P=10%和P=50%的水面线，步斗村水面线计算成果见表4，计算公式如下：

连续性方程：

表3 步斗村设计洪水成果表

式中：Q——过水断面流量，m3/s；

L——沿河道的距离，m；

A——过水断面面积，m2；

t——历时，h。

动量方程：

式中：Z——水位，m；

v——断面平均流速，m/s；

g——重力加速度，m/s2；

Sf——摩阻比降，用曼宁公式计算，通常表示为Q2/K2；

K——流量模数。

采用数值解法求解上述方程组。离散时采用6点Abbott-lonescu格式，将河网离散为交替网格，河网离散图见图1。

3.2 成灾水位确定

图1 河网离散图

表4 步斗村不同频率相应的洪峰水位

成灾水位指沿河村落最容易发生山洪灾害的水位，采用成灾断面处的成灾水位表示，当洪水水位超过此水位时就会成灾。经实地勘测，利用GIS工具把居民户位置以及高程投影到5种频率洪水水面线图中，首先勾画洪水淹没线范围，然后选择淹没范围内最低频率水面线，认为距该线最远的房屋为成灾房屋，距该住户最近的断面为成灾断面，该住户的宅基高程为成灾水位，经与实地勘测结果对比得知，采用本法确定的步斗村成灾断面（控制断面）与外业勘测的成灾断面一致，故认为本法合理可靠。步斗村控制断面附近河谷地貌见图2，步斗村成灾水位及其对应洪水频率成果表见表5。

图2 步斗村控制断面附近河谷地貌图

表5 步斗村成灾水位及其对应洪水频率成果表

4 危险区等级划分

4.1 危险区范围确定

在山洪灾害外业调查中确定的危险区范围、转移路线和临时安置地点，需在分析评价中对危险区范围进行核对，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区域，根据水面线推求计算得到的河道横断面左右岸淹没位置，结合防治区地形地貌情况及居民户高程，该村百年洪水位高于历史洪水位，利用GIS工具生成百年一遇设计洪水的淹没范围为步斗村危险区范围。

4.2 危险区等级确定

根据国家山洪灾害防治评价组编制的《山洪灾害分析评价技术》危险区等级划分为极高危险、高危险、危险3个等级的区域，危险区划分标准见表6。

危险区划分时应注意：不能只依靠洪水重现期来划分，必须同时参考防护对象的设施及其控制断面水位流量关系类型等信息。步斗村在划定危险区范围内没有学校、医院等重要设施；河谷形态为漫滩型，到达成灾水位后，对人口、房屋的影响程度较轻，故未将危险区等级提升一级；步斗村上下游无塘坝、小型水库、堤防、桥涵等工程，不存在发生溃坝洪水影响和堵塞壅水影响，故未确定洪水重点影响范围。

表6 危险区等级划分标准表

根据步斗村5年一遇、20年一遇、100年一遇（或最高历史洪水位）的洪水位、危险区范围内山洪灾害调查的数据及重要基础设施信息，步斗村防洪能力为频率P=2.7%即37年一遇，根据表6确定该村村危险区等级为危险，步斗村危险区划分示意图见图3。

图3 步斗村危险划分示意图

5 结语

本文以娄烦县步斗村为例叙述了山洪灾害分析评价中危险区等级的划分，为大规模开展此项工作提供了思路，能进一步完善防洪预案，普及防洪意识，为群测群防等工作提供科学、全面、详细的技术支撑。