河南省山洪灾害分析评价概述

程艳涛 刘大川 罗清元

摘 要：河南省山洪灾害分析评价主要在全省79个县、7.82万km2的山洪灾害防治区，按照10～50km2划分小流域，以小流域为单元，开展山洪灾害基本情况、小流域基本特征、水文、社会经济等情况的调查，综合分析沿河村落和城镇的防洪现状，以村为单元划定危险区，科学确定预警指标和阈值，为及时准确预警和灾害防御提供基础支撑。

1 分析评价背景

依据《全国中小河流治理和病险水库除险加固、山洪地质灾害防御和综合治理总体规划》、《全国山洪灾害防治项目实施方案》（2013～2015年）和《河南省山洪灾害防治项目实施方案》（2013～2015年），山洪灾害防治项目主要开展山洪灾害防治非工程措施（山洪灾害调查评价、已建非工程措施补充完善）和重点山洪沟治理两大方面的建设任务。

通过开展山洪灾害分析评价，深入分析山洪灾害防治区暴雨特性、小流域特征、社会经济和历史山洪灾害情况，分析小流域洪水规律，评价山洪灾害重点防治区内沿河村落、集镇、城镇的现状防洪能力，划分不同等级危险区，科学确定预警指标和阈值，为及时准确发布预警信息、安全转移人员提供基础支撑。山洪灾害分析评价范围为《全国中小河流治理和病险水库除险加固、山洪地质灾害防御和综合治理总体规划》中确定的我省7.82km2的山洪灾害防治区，涉及13个地级市、79个县（市、区）。2013年度山洪灾害防治建设任务分析评价14个县，2014年度建设任务分析评价33个县，2015年度建设任务分析评价32个县。

2 技术路线

山洪灾害分析评价工作基于基础数据处理和山洪灾害调查的成果，针对沿河村落、集镇和城镇等具体防灾对象开展，按主要包括暴雨洪水计算、分析评价、预警指标。暴雨洪水计算阶段。假定暴雨洪水同频率，根据指定频率，选择适合当地实际情况的小流域设计暴雨洪水计算方法，对各防灾对象所在小流域进行设计暴雨分析计算，对相应的控制断面进行设计洪水分析计算，得到控制断面各频率的洪峰流量、洪量、上涨历时、洪水过程以及洪峰水位，采用概化法与目测法等方法确定河谷形态，分析水位流量关系曲线类型，并分析和论证计算成果的合理性。分析评价阶段。基于小流域设计暴雨洪水计算的成果，进行沿河村落、集镇和城镇等防洪现状评价、预警指标分析等分析评价工作。雨量预警指标可采用经验估计、降雨分析以及模型分析等方法进行分析确定。基本方法是根据成灾水位反推流量，由流量反推降雨。水位预警指标采用洪水演进方法和历史洪水分析方法进行分析确定。

3 设计暴雨计算

设计暴雨计算所涉及的小流域指防灾对象控制断面以上或以其下游不远处为出口的完整集水区域。设计暴雨计算是无实测洪水资料情况下进行设计洪水计算的前提，也是确定预警临界雨量的重要环节，计算内容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。

3.1 暴雨历时确定

暴雨历时分析是根据流域大小和产汇流特性，确定小流域设计暴雨所需要考虑的最长暴雨历时及其典型历时。暴雨历时分析包括流域汇流时间、常规标准历时和自行确定历时3类。根据河南省设计暴雨分析计算的经验以及长期以来的应用实际，本项目暴雨历时选定为1 小时、3小时、6小时、流域汇流时间、24小时等时段的设计暴雨，因此这样选择是十分合理的。流域汇流时间的确定：根据小流域地貌单位线底宽确定，取整数，例如大于5小时、小于6小时取6小时，以此类推。

3.2 暴雨频率确定

分析评价计算暴雨的频率为5年一遇、10年一遇、20 年一遇、50年一遇、100 年一遇 5 种。

3.3 设计雨型确定

采用《河南省暴雨图集》提供的方法确定设计暴雨雨型，开展时程分配计算。

3.4 计算方法

由于计算单元均位于河南省山丘区，不仅没有流量资料，基本雨站也极少;即使有雨量站，也缺乏长系列的观测资料。因此在本项目设计暴雨分析计算时，采用《河南省暴雨图集》提供的基础资料和方法，完全能够满足《山洪灾害调查技术要求》。利用GIS和河南省1：50000矢量图层，将小流域图层、《河南省暴雨各类图集》暴雨特征分布曲线叠加在矢量图层上。以每个小流域形心为特征点，提取各类暴雨参数值。

4 设计洪水分析计算

设计洪水分析中，假定暴雨与洪水同频率，即5年一遇、10年一遇、20年一遇、50年一遇、100年一遇5种，基于设计暴雨成果，以沿河村落、集镇和城镇附近的河道控制断面为计算断面，进行各种频率设计洪水的计算和分析，再根据控制断面的水位流量关系，将洪峰流量转化为水位，并分析水位流量关系曲线类型，为现状防洪能力评价和预警指标分析提供支撑。

4.1 产流计算

产流计算可以采用水文比拟法、暴雨图集中产流方案、初损后损法、蓄满产流模型（新安江）等方法。

4.2 匯流计算

根据山洪的特点，汇流计算成果主要包括洪峰流量、洪量、上涨历时、洪水历时。可以采用经验公式法、地貌单位线法、水文比拟法、洪峰模数法、水面线法、分布式模型等方法。汇流计算时依据的设计暴雨时段为1、3、6、24、汇流时间5种时段，计算时段为30分钟。

4.3 水位流量关系计算及设计水位分析

4.3.1 水位流量关系计算

采用水位流量关系或曼宁公式等水力学方法，将沿河村落、集镇和城镇河道控制断面设计洪水洪峰流量转换为对应的水位，绘制水位流量关系曲线。

根据本次量算的河道断面资料，计算出河道坡降及控制断面水力参数，采用曼宁公式推求控制断面水位流量关系，计算公式为：

Q=×A×R2/3×J1/2

式中：Q—流量（m3/s）;

n—河床糙率;

A—相应水位过水断面面积（m2）;

R=A/X ;R—水力半径（m），X—湿周（m）;

J—水力坡降。

根据该方法可以分析计算出每个断面的水位流量关系曲线。

4.3.2 各频率设计洪水洪峰流量的相应水位推求

根据已经计算获取的各频率设计洪水洪峰流量，在水位流量关系曲线上可以查得相应水位。

4.4 防洪现状评价

防洪现状评价是在设计洪水计算分析的基础上，分析沿河村落、集镇和城镇等防灾对象的现状防洪能力，为山洪灾害防御预案编制、人员转移、临时安置等提供支撑。现状防洪能力分析主要内容是沿河村落、集镇和城镇等防灾对象成灾水位对应洪峰流量的频率分析，并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，综合评价现状防洪能力。

5 预警指标分析

预警指标包括雨量预警指标与水位预警指标2类，分为准备转移和立即转移两级。雨量预警通过分析不同预警时段的临界雨量得出。临界雨量指导致一个流域或区域发生山溪洪水可能致灾时，即达到成灾水位时，降雨达到或超过的最小量级和强度，降雨总量和雨强、土壤含水量以及下垫面是临界雨量分析的关键因素;基本分析思路是根据成灾水位，采用比降面积法、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值，再根据设计暴雨洪水计算方法和典型暴雨时程分布，反算设计洪水洪峰达到该流量值时，各个预警时段设计暴雨的雨量。水位预警指标包括立即转移水位和准备准以水位。对应于立即转移水位和准备转移水位的雨量预警指标分别为立即转移雨量和准备转移雨量预警指标。

作者简介：程艳涛（河南省水文水资源局 河南郑州 450003）;

程艳涛（1983.10），男 汉族 河南南阳人 学历：研究生 职称：工程师，从事水文水资源工作。