典型平原区农村基层防汛体系洪涝灾害评价及预警指标研究与实践

石 磊

(辽宁省阜新水文局， 辽宁 阜新 123000)

当前随着国家防汛指挥措施的日益完善，大江大河、中小河流以及山区洪水灾害基层地区的防御能力显著提升[1]。 但在平原区农村基层体系建设中还存在明显的薄弱环节[2]。为此水利部联合国家相关部委在2017年5月出台关于加强农村基层体系防御能力提升的建设方案，力争到“十三五”末基本完成各项建设任务，加快补齐短板，提升防汛抗洪和防灾减灾能力[3]。辽宁省防汛预报预警措施主要集中在山洪灾害频繁发生的东部山区和西部低山丘陵区，使得项目建设地区的防汛预报预警能力显著增强[4- 13]。与此相对，位于中部的平原区就成为了防汛预报预警建设的薄弱地区，主要分布在沈阳、鞍山、辽阳、营口、大连、锦州、盘锦等市[14]。纵观1949年后辽宁典型暴雨洪水，尤其是像1995年大洪水、2010年大洪水等，平原区依然是受洪涝灾害威胁较重的地区，同时受人们居住相对集中的影响，洪涝灾害一旦发生造成的经济损失较为严重[15]。为此开展典型平原区农村基层防汛体系洪涝灾害评价及预警指标构建十分必要。本文对农村基层防汛预报预警体系中洪涝灾害评价技术难点进行系统归纳和总结，并提出适合于平原区特点的洪涝灾害评价新技术和预警指标构建新方法，成果对于平原区农村基层防汛体系洪涝灾害评价及预警指标构建具有重要的参考价值。

1 平原区农村基层防汛预报预警体系中洪涝灾害评价难点

目前在平原区洪涝灾害防御中大都根据经验对可能受到洪涝威胁的村落及其区域进行预警指标的分析，对区域暴雨洪水特点分析研究较少，未能对暴雨和洪水对应的频率关系进行危险区的划定。危险区划分范围过大使得所有居民点预警针对性较低，人员转移难度大。

(1) 平原区村屯危险等级不明、社会经济分布状况不清、河道和村屯基础特性不全。获取洪涝灾害评价和预报预警的基础数据十分困难。

(2) 平原区河流多样，产汇流关系十分复杂。平原区设计洪水简单、高效的计算方法现在还未进行研究。

(3) 平原区农村基层防汛体系重点危险、一般危险的危险等级标准划分较难，村屯的防洪能力依靠传统方法很难进行洪涝灾害的评价。

(4) 目前洪涝灾害防御大多凭经验，导致预警范围大、针对性不强。如何实现平原区具体防灾对象的预警指标的精准评价是当前防汛研究的难点。

2 研究方法

2.1 洪涝灾害分析方法

(1) 低洼易涝村落危险区划分方法。对区域暴雨洪水和历史洪水淹没的范围进行分析，按照重点危险和一般危险对低洼易涝村落的危险程度进行划分，按照设计暴雨频率分析方法，确定雨量预警指标时段和阈值。

(2) 外洪威胁村落分析评价。分析中小河流防洪规划和防洪工程设计资料，根据设计洪水标准，推算外洪威胁村落河道控制断面的防洪标准，划分外洪威胁村落的危险等级(重点危险和一般危险2级)，确定水位(流量)预警指标。

(3) 平原区排涝洪水计算。根据当地农田分布特点分别划分从上游至下游的旱田、水田和苇田的排水面积，根据《辽宁省治涝规划》中辽宁中部平原涝区农田排水计算成果，采用平均排除法，排涝标准取最大20a一遇。旱田的洪涝按照24h以及2d降水进行田间积水排出设计；水田按照3～5d降水不同水稻生长阶段进行水层滞蓄设计；苇田区在秋季排水时期按立秋(8 月8 日)以后一周内将田间水位排干至地表以下20～30cm 设计。排涝流量按其控制面积乘以相应的排水模数计算：

Q=M·F

(1)

式中，Q—排涝流量的设计值，m3/s；M—水田的排涝模数，m3/s/km2；F—设计断面的集水面积，km2。各区不同频率排水模数采用《辽宁省治涝规划》中计算成果，详细的农田面积划分情况、采用的各频率排水模数以及按照上述公式计算的农田排水流量成果见表1。

2.2 预警指标新方法

(1)场次洪涝灾害的频率分析方法。对历史洪涝灾害进行调查，分析其发生灾害的频次，例如某一区域从1960年以来洪涝灾害出现的次数为6次，则对其洪涝灾害发生的频次进行计算：P=6/(2019-1960+1)=10%。与洪涝灾害相同频率的降雨值为雨量预警指标的初值，但通过数据分析雨量和洪涝频率不同步，则需要进行转换，对于洪涝灾害对应频率的降水概率进行确定，将该降水初值作为初始时段雨量预警指标值。

(2)雨量预警指标综合确定。鉴于洪涝灾害区域村屯下垫面与降雨时空分布特征有所差别，确定雨量预警指标需要考虑的要素包含洪涝淹没速率、预警发生的等级、人口转移所需要的时间以及区域农田排涝速率，对预警指标的时段进行划分，设定为告知和警戒2个预警指标等级，将频率为2%的雨量设计值作为预警指标的一般值进行告知预警，出现警戒时候的预警指标的雨量临界值大于雨量设计值。

(3)临界水位计算。当选择河道(预警对象)控制断面处有堤防或水利工程设计成果时(或设计水面线)，河道两侧堤防设计与建设情况通过对河道大断面地形测量进行分析得到，控制断面(预警对象)位置处可直接采用已有设计洪水成果。堤防设计达到标准时候的保证水位作为其断面预警水位，若设计标准未达到，为保证堤防汛期的防汛安全，则需要降低堤防高程到堤防超高后对堤防质量进行评估而后适当降低作为其水位临界值。

3 实例分析

3.1 实例概况

本文以盘锦地区为研究区域，该区域属于辽宁省典型平原区，盘锦涉及平原地区的村屯共有435个行政村落，该区域洪涝灾害存在以下特点：洪水涨落速率较慢、以外洪和内涝为主要灾害、居住的人口区域较为集中、交通以及电力的条件较为适宜、基础监测设施条件较好、洪涝灾害一旦发生人员伤亡以及财产损失较大。为降低平原地区农村洪涝灾害的影响程度，以盘锦典型平原区为研究实例，对其洪涝灾害发生程度进行评估，并分析其具体预警指标，对平原地区洪涝灾害的预警能力进行提升。

3.2 平原区地形测量

由于平原区地形测量仪器信号干扰较大且测量范围较广，将地形测量数据和91卫图进行套合解决上述2个难点。对该软件的7个参数进行数据转换，需要对现场各特征点进行测量处理，在将各特点数据导入到软件中进行数据处理，对村庄、道路、水系的三维数据进行展点处理，即节省了测量效率，又降低了测量强度。

表1 平原涝区农田(旱田、水田及苇田)排水流量成果

在实际应用中发现91卫图助手软件中显示的高程与实际测量高程存在一定的误差，软件中生成的等高线与实际测量绘制的等高线也存在偏差，并且软件中没有设置在图上直接勾画等高线的功能。地理信息软件较好地解决了上述问题，保证了等高线的精度要求。首先将实际测量数据导入地理信息软件中，进行等高线的勾绘，然后将勾绘好的等高线数据导入91卫图助手软件中生成等高线。这样将高精度的等高线导入91卫图助手软件，使实际测量数据和91卫图助手软件本身具有的高清晰影像耦合在一起，实现影像和矢量完美套合。

3.3 水下测量处理

由于平原区河流常年有水且水较深，采用LNCORSRTK水下部分无法进行正常测量，因此，断面测量陆域部分采用LNCORSRTK法进行测量，测至两岸水边;水域部分采用ADCP流量测验方法进行测量，用LNCORSRTK法测量的水边高程平均值与ADCP测量的断面水深之差，做为水下部分河底高程，然后进行断面资料整合，最终形成完整的断面资料。解决了LNCORSRTK无法进行水下测量的难题。断面测量(整合)成果见表2。

表2 新生总干断面测量(整合)成果表 单位：m

3.4 外洪威胁村落洪涝评价

结合平原区地形测量和分析数据，对外洪威胁村落的淹没面积和对应的水位建立相关曲线，结合雨量综合预警分析成果对低洼易涝村落重点、一般危险区范围进行认定。

(1)在村落等高线图上，分别量算等高线包括的面积。建立H—F关系曲线图，以盘锦大洼区新兴镇后尾坝、育新五连为例，如图1所示。

图1 后尾坝、育新五连高程与面积关系

(2)累积计算2个等高线间的容积△V，建立H—V关系曲线，以盘锦西市区滨海办事处大水塘村兴隆屯、大洼区新兴镇后尾坝、育新五连为例，如图2所示。

(3)当流域(区域)包气带蓄水量达到饱和时，在不考虑雨期蒸发和渗漏的情况下，根据时段暴雨(P)所产生的淹没水位(h)，建立水位—人口关系曲线，如图3所示。

4 预警指标体系构建

4.1 预警时段的划分

防灾对象上游集雨面积大小、降雨强度、流域形状及其地形条件、地貌特征、土地覆被以及土壤含水分布等要素影响预警指标时段的划分。根据雨量监测仪器和信号传输的方式，可以确定防灾预警对象的时段。

4.2 预警结果

结合综合预警方法，对6个时段的预警指标进行确定，划分为告知和警戒2个等级的雨量预警指标，内涝村屯和外洪威胁预警指标结果见表3—4。

图2 尾坝、育新五连水位与库容关系

图3 尾坝、育新五连水位与人口关系

表3 低洼易涝村落雨量预警指标表

表4 外洪威胁预警指标表

4.3 预警措施

(1)告知预警主要措施。根据防汛部门的气象信息对预警进行发布，成立巡逻小组。当降雨发生后，对可能出现的异常情况，马上采取相关措施向群众发出预警，并立即向主要行政领导报告相关情况。

(2)警戒性预警实施措施。防汛部门根据气象预警信息发布警戒预警，并通知乡镇行政主要领导在告知预警的基础上，降雨开始后进行巡逻，频次为1次/h。向值班领导报告巡查情况，并落实相关报告。若未巡查出问题，也需要进行定时联系。发生汛情，应立即启动相关预案向周围群众进行预警，并立即做好相关转移和向安全区撤离准备，并向防汛部门主要领导进行情况的报告。乡镇领导立即指挥救灾和抢险。

(3)紧急性预警实施措施。防汛部门根据气象预警信息进行紧急预警的发布，乡镇防汛主要领导采用分包责任制的方式到达责任区域，暴雨发生后进行巡查，频次为半小时一次。并向指挥部报告相关情况，发现异常汛情，应立即启动相关预案向周围群众预警，向预案指定地点进行人员的安全转移，并立即向相关领导报告有关情况，防汛指挥部成员立即组织防汛技术人员赶往洪涝区，指挥救灾和抢险工作，同时相关市政、电力及交通部门按照各自防汛责任进行救灾和抢险工作。

5 结论

(1) 平原区临界水位确定的控制断面若已达到设计标准，堤防设计达到标准时候的保证水位作为其断面预警水位，反之，需对堤防安全进行评估，适当降低其安全超高后作为水位预警临界值。

(2)将实际测量数据导入地理信息软件中，进行等高线的勾绘，然后将勾绘好的等高线数据导入91卫图助手软件中生成等高线，这样可实现平原区高精度的等高线绘制工作。

(3)洪涝淹没分析将会是平原区农村基层防汛体系洪涝防御的重要决策依据，在以后的研究中还需要结合水力学模型完成平原区洪涝淹没模拟分析。