云南省华坪县山洪灾害预警指标检验复核分析

王永德，姚天宝

(1.云南省水利水电科学研究院，云南 昆明 650228； 2.楚雄欣源水利电力勘察设计有限责任公司，云南 楚雄 675000)

华坪县位于云南省西北部，境内山峦起伏，沟壑纵横，全县平均海拔1 160.0 m，最高海拔3 198.3 m，最低海拔为1 015.0 m，相对高差2 183.3 m。华坪县复杂的地理位置和地形地貌，致使该地区山洪灾害频发。据统计，华坪县在1950～2015年的65 a间洪涝灾害造成的损失累计达7.0亿多元；在1996～2015年的20 a中，因山洪、泥石流、滑坡灾害而死亡了56人，其中由暴雨引起的滑坡造成51人死亡，山洪造成5人死亡，20 a的山洪灾害造成的损失高达5.2亿元。暴雨、山洪灾害已成为制约华坪县社会稳定和经济发展的重要因素[1-3]。2013年至今，云南省华坪县完成了山洪灾害防治区176 个沿河村落的预警指标前期调查评价、数据处理分析以及检验复核分析等各项工作。实践表明：在实际应用中，应注意收集基础资料，根据实际应用情况，对预警指标进行不断修正，以提高预警指标的精度及实用性。本文选取华坪县的3个典型村落，检验复核山洪灾害调查评价中的水位流量关系，分析设计暴雨洪水计算方法的适用性及参数的合理性，进行成灾洪水雨量特征值计算、成灾洪水雨量特征值和预警指标所处阈值区间的确定，并对预警指标偏离度计算、预警指标检验结论、预警指标偏差原因等内容进行分析。

1 基础资料整理

预警指标检验复核分析是华坪县乃至整个云南省现阶段在山洪灾害治理中重点开展的工作，包括前期数据调查评价、数据分析以及检验复核分析。在进行华坪县前期资料调查中发现：在沿河村落所在河道均没有布设水位站，预警指标只能通过雨量预警指标进行检验复核分析。雨量预警指标检验复核主要通过调查近期发生的较大洪水资料，通过调查评价近期山洪灾害中水位流量关系，分析设计暴雨洪水计算方法的适用性及参数取值的合理性，检验复核预警指标。本文如果对40个沿河村落逐一分析，篇幅大且工作量重复，因此选取了中心镇部分村落的洪水资料作为典型实例进行分析，在进行水位流量关系检验复核分析时，以中心镇竹屏社区河段为研究对象；进行设计暴雨洪水计算方法的适用性及相应参数的合理性分析时，以石龙坝水文站为研究对象；进行临界雨量及预警指标检验复核分析时，以过三关庙竹屏 7 组河段为研究对象。河段基本资料如表1～2所列。

表1 基本资料收集情况Tab.1 Basic data collection table

表2 设计点暴雨统计成果Tab.2 Results of rainstorm statistical parameters at the design point

2 设计暴雨洪水计算方法分析

2.1 水位流量关系检验复核分析

以华坪县中心镇竹屏社区为典型实例，根据洪水调查资料进行水位流量关系检验复核。中心镇竹屏社区河段河道较弯曲，河段布置了1个纵断面,3个横断面,纵断面上下游均布置在村落外围，横断面把整个村落包括在内。河段断面平面布置如图1所示，横纵断面如图2～5所示。

图1 中心镇竹屏社区河段平面布置Fig.1 Plan of river section in Zhuping Community,Central Town

图2 中心镇竹屏社区河段上断面Fig.2 The river upper section in Zhuping Community,Central Town

图3 中心镇竹屏社区河段中断面(控制断面)Fig.3 The river middle section of in Zhuping Community, Central Town (control section)

图4 中心镇竹屏社区河段下断面Fig.4 The river lower section in Zhuping Community,Central Town

图5 中心镇竹屏社区河段纵断面Fig.5 The river profile section in Zhuping Community,Central Town

(1) 方法。采用曼宁公式建立水位流量关系[4-6]，重点复核控制断面所处河段是否顺直(至少50 m范围)以及河段河底纵坡有无突变，本文选取河道中断面为控制端面，河段顺直。

(2) 糙率。通过现场勘测，根据所在河流控制断面的河道形态、河床粗糙程度、植被生长状况、河道弯曲程度以及河岸建筑物等因素分析山洪灾害调查评价中糙率取值的合理性[3]。中心镇竹屏社区控制断面的现场基本情况如图6所示，控制断面河段顺直，岸坡有堤防，河底为泥土和碎石，两岸为公路和居民区，对河段糙率值进行了初估，河底糙率为0.04，漫过堤防后，房屋阻水严重，两岸糙率为0.30。

图6 中心镇竹屏社区控制断面实景Fig.6 The real view of control section of zhuping community, central town

(3) 比降。根据调查近期洪水洪痕的沿程分布数据，以洪痕数据点分布情况确定河道水面线，对比洪痕水面线比降与山洪灾害调查评价中比降取值，来分析山洪灾害调查评价的合理性。计算河段调查了1998 年1处洪痕，2015年9月16 日7处洪痕(见图7)，分析计算可知：计算河段洪水比降为1.564‰，实测水面线比降为 2.301‰，河道比降为2.308‰，对比调查洪水比降与测时水面线比降、河道比降，可以看出洪痕调查成果可靠，调查水面线比降合理，综合考虑，采用2015年洪水比降1.564‰作为推流比降。

河段水位-流量计算关系如图8所示，采用曼宁公式计算洪峰流量[7-8]，计算成果如表3所列。推算2015年9月15日洪水流量为605 m3/s，成果较可靠。根据竹屏社区居民的描述，“9·15”洪水是他们见过的最大洪水。历史上也没有记录过这么大的洪水，由此推算此次洪水为100 a一遇。

图8 中心镇竹屏社区水位流量关系Fig.8 Relationship between water level and discharge in Zhuping Community,Central Town

2.2 设计暴雨洪水计算方法适用性及相应参数合理性分析

华坪县境内的基本水文(位)站有石龙坝、文乐站，山洪灾害调查分析涉及的主要雨量站有边凹、鲤鱼、梭罗、华坪、龙洞、田坪站等。本次分析评价收集了华坪县水文站和雨量站的水文气象资料，如：水文站历年最大流量资料、水位资料，雨量站历年最大10 min、最大1 h、最大6 h和最大24 h点雨量值，对这些资料进行分析计算，整理出各站点设计暴雨的计算参数。石龙坝站为国家基本水文站，资料系列较长，将石龙坝1960～2013年最大1，3，6 h以及最大24 h的暴雨量系列分别进行经验频率计算，按P—Ⅲ型线型，利用适线法确定统计参数。由适线法所得到的参数与查《图集》所得到的参数进行比较，结果如表4所列。

表4 石龙坝站暴雨统计成果Tab.4 Results of rainstorm statistical parameters of Shilongba Station

将两种方法得到的最大1，3，6 h和最大24 h的雨量值进行对比可知，实测计算与查图两种方法得到的结果相近。因此，山洪灾害调查分析中的设计暴雨洪水计算选择的方法是适用的，计算中的参数选择也是较为合理的。

3 临界雨量及预警指标检验复核

雨量预警指标检验主要包括成灾洪水雨量特征值计算和预警指标所处阈值区间确定、预警指标偏离度计算、预警指标检验结论、预警指标偏差原因分析等内容[9-11]。综合云南省华坪县近期发生的山洪灾害、前期调查得到的洪水资料和山洪灾害调查评价成果资料，确定中心镇竹屏社区三关庙竹屏 7 组作为典型对象进行预警指标检验复核。

3.1 防灾对象预警指标检验复核

(1) 检验复核对象，确定其基本情况。根据云南省华坪县近几年山洪灾害受灾情况，选择中心镇竹屏社区三关庙竹屏7 组作为山洪灾害预警指标检验复核对象。据调查，华坪县中心镇竹屏社区于2015年9月15～16日发生强降雨导致鲤鱼河上游河水暴涨，中心镇竹屏社区三关庙竹屏7组位于鲤鱼河县城段，上下游没有突然出现较大缩窄和展宽的现象，其控制断面以上流域面积为17.86 km2，汛期雨量集中，且16日02:00左右洪峰到达县城全部漫堤，2.5 km2的中心城区被淹，形成了“9·15”特大洪水。根据划定的调查范围进行暴雨资料的收集工作，从丽江市水文局和华坪县水务局获得华坪县龙洞、田坪、田坪(气象站)、鲤鱼、梭罗5个雨量站典型洪水同步实测降雨资料。

(2) 调查评价成果提取。根据《云南省华坪县山洪灾害分析评价报告》，出于对设计偏安全和与实际山洪发生时降雨最为接近情况的考虑，结合分析前期土壤湿润情况，提取竹屏社区三关庙竹屏7组1，3 h和6 h对应的最大雨量预警指标和设计暴雨成果作为评价成果[11-14]，分别为53.61，71.00 mm，设计暴雨成果计算如表5所列。

表5 设计暴雨成果计算Tab.5 The calculation table of design rainstorm results

(3) 成灾洪水降雨量资料。针对竹屏社区三关庙竹屏7组收集降雨资料，滑动统计成灾洪水成灾时间之前每一时段的降雨量，雨量代表站为鲤鱼雨量站，成灾洪水降雨资料见表6。对于中心镇竹屏社区三关庙竹屏7组2015年“9·15”成灾洪水，滑动统计整场降雨1，3 h和6 h三个预警时段的最大雨量，作为该场成灾洪水的雨量特征值，代表站降雨量统计结果列于表6。1,3,6 h雨量特征值分别为47.0，39.5，86.5 mm。

表6 代表站降雨量统计Tab.6 The represents the statistical table of station rainfall

3.2 雨量预警指标检验复核分析

(1) 计算预警指标偏离度。通过成灾洪水雨量特征值和预警指标的频率区间[15-17]，计算预警指标的偏离度，若偏离度在±10%允许范围内，则将成灾洪水雨量特征值与预警指标调整为同一区间，本次进行1，3 h和6 h偏离度计算分析，篇幅所限，仅列取竹屏社区三关庙竹屏7组1，6 h预警指标检验过程表，结果列于表7～8。

预警指标偏离度=

(1)

(2) 雨量预警指标检验过程复核及结论。针对竹屏社区三关庙竹屏7 组1 h预警指标，由表7可知：洪水编号为20150915 的成灾洪水雨量特征值所处频率区间位于预警指标所处区间的左侧，偏离度为12%，虽在10%范围外，但偏离度只是略大，认为预警指标较合适。综上考虑，认为针对竹屏社区三关庙竹屏7组1 h预警指标较合适。

表7 竹屏社区三关庙竹屏7组1 h预警指标检验过程Tab.7 Test process of 1h warning indicators in Zhuping Community, Sanguanmiao, Zhuping Group 7

注： √表示预警指标所在频率区间； #表示成灾洪水雨量特征值所在频率区间。

注： √表示预警指标所在频率区间； #表示成灾洪水雨量特征值所在频率区间。

针对竹屏社区三关庙竹屏7组6 h预警指标，由表8可知：洪水编号为20150915的预警指标所处频率区间位于成灾洪水雨量特征值所处区间的左侧，偏离度为-18%，预警指标偏小。

表8 竹屏社区三关庙竹屏7组6 h预警指标检验过程Tab.8 Test process of 6h warning indicators in Zhuping Community, Sanguanmiao, Zhuping Group 7

预警指标偏差原因分析：华坪县气象局及华坪县水务局观测收集到的实时降雨资料，前期降雨量很小，土壤未湿润，本文在进行计算分析时以土壤达到湿润情况进行计算分析，故导致雨量特征值所在频率区间位于预警指标所在频率区间右侧情况，预警指标偏小。综上考虑，认为针对竹屏社区三关庙竹屏7组6 h预警指标偏小。由此可得竹屏社区三关庙竹屏7组预警指标检验成果(见表9)。

表9 预警指标检验复核成果Tab.9 inspection and review results of early warning indicators

4 结 论

华坪县山洪灾害预警指标检验复核分析是按照《山洪灾害预警指标检验复核技术要求》，对山洪灾害检验复核对象预警指标进行了检验分析计算及率定，并对华坪县部分预警指标进行初步修正，增强预警指标的合理性和可操作性。由此得出以下结论：

(1) 华坪县防灾对象沿河村落所在河道均没有布设水位站，分析评价预警指标只分析了雨量预警指标，未能提供流域以上水位站水位预警指标，水位预警指标检验复核工作应在建设好水位站后进行。

(2) 在本次山洪灾害调查中发现：中心镇鲤鱼河2015年9月15日的洪灾，其防灾对象小流域上游接近源头地区田坪村监测站点较少，而下游监测站点的降雨量较小，影响了预警精度。今后通过完善预警系统建设，应在其行政区域内主要保护对象所在小流域中，设置2～3个监测上游雨量的观测站点和观测下游流量的匹配站点，加强观测，并用新的观测资料不断复核和校正现有预警指标等成果。

(3) 防灾对象现状防洪能力的评价及预警指标的划定都是以控制断面为依据，由于河道冲淤变化、人类活动等因素的影响，同一河段的水面比降也在动态变化之中，推算得到的成灾水位和预警指标也应有所不同，因此，以控制断面的水位来判断沿河村落内全部居民户的受灾情况，会存在一定的不确定性。为此，建议在实际应用中，还应注意收集基础资料，并根据实际应用情况，对预警指标进行不断修正。