祝武斌（隴南水文水資源勘測局，甘肅 成縣 742500）

甘肅省成縣山洪災(zāi)害臨界雨量分析計(jì)算

祝武斌
（隴南水文水資源勘測局，甘肅 成縣 742500）

針對成縣暴雨特性和山洪特性，采用山洪災(zāi)害與降雨頻率分析法分區(qū)計(jì)算其臨界雨量，為該地區(qū)山洪災(zāi)害防治提供技術(shù)支撐。為相似地區(qū)山洪災(zāi)害防治臨界雨量計(jì)算提供了借鑒。

山洪災(zāi)害；臨界雨量；分析；計(jì)算

1 概況

1.1 自然地理概況

成縣地處秦嶺山脈南麓丘陵河谷地帶，位于甘肅省東南部，隴南市北部偏東，東北與徽縣接壤，西與西和縣相鄰，南以西漢水為界與康縣相望，東南與陜西省略陽縣毗鄰。成縣南北寬約55km，東西長約52km，地理坐標(biāo)介于東經(jīng)105°24′至105° 57′，北緯 33°31′至 34°02′之間，縣境總面積1678.32km2。

1.2 地形地貌

成縣地處隴南山地東部。西北屬北秦嶺山脈南麓，中部屬徽成盆地，南部為南秦嶺山脈北緣。地勢西北高東南低。地貌主要為中山區(qū)，次為丘陵和小面積川壩。西漢水和長豐河流經(jīng)地區(qū)為小面積狹長谷地。成縣的地貌形態(tài)可分為兩個(gè)主要類型:一是山地，約占縣域面積的三分之二，集中分布在西北部和南部。二是盆地，為徽成盆地的一部分，分布于城關(guān)、拋沙、店村、紅川、陳院、水泉、小川等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，面積300km2。

1.3 氣候環(huán)境

成縣屬大陸性季風(fēng)氣候，四季分明。冬季受來自北方和西北冷空氣影響，夏季盛行東南季風(fēng)和來自孟加拉灣的溫暖季風(fēng)的影響，氣候地域差異大，垂直變化明顯。成縣的多年平均降水量為685.7m m。全縣年平均陸面蒸發(fā)量為493.8m m，干旱指數(shù)為1.006，按甘肅省氣候分區(qū)屬溫帶半濕潤地區(qū)。

2 暴雨、洪水特征

成縣境內(nèi)降水較豐富，但在時(shí)空分布上很不均勻，據(jù)成縣水文站1956～2013年58年的降水資料分析，連續(xù)最大四個(gè)月降水主要集中在6～9月，占全年降水量的68%左右，冬春季降水偏少，夏秋季降水量較大，且多為暴雨，歷時(shí)短，雨量大，產(chǎn)流快，容易形成山洪、泥石流災(zāi)害。

3 資料收集

3.1 境內(nèi)及周邊水文站、雨量站情況

成縣境內(nèi)有兩個(gè)水文站，分別是西漢水鐔家壩（二）水文站及長豐河成縣水文站；成縣境內(nèi)有8個(gè)雨量站，分別是紅川、黃渚關(guān)、二郎、小川、成縣、紙坊、化埡、鐔家壩雨量站。另外，在這次臨界雨量的分析計(jì)算中也采用了第Ⅰ典型區(qū)域的徽縣麻沿雨量站資料。

3.2 時(shí)段雨量統(tǒng)計(jì)計(jì)算

統(tǒng)計(jì)成縣境內(nèi)及周邊紅川、黃渚關(guān)、二郎、小川、成縣、紙坊、化埡、鐔家壩、麻沿各雨量站10m i n、30m i n、1h、3h、6h、12h、24h降水量，對于無10m i n、30m i n、1h、3h降水資料的人工觀測雨量站，應(yīng)用暴雨強(qiáng)度i與降水歷時(shí)T的關(guān)系予以換算。

4 臨界雨量分析計(jì)算

臨界雨量按災(zāi)害種類劃分為山溪洪水災(zāi)害臨界雨量、泥石流災(zāi)害臨界雨量、滑坡災(zāi)害臨界雨量。因典型區(qū)域內(nèi)泥石流、滑坡災(zāi)害較少且缺乏相關(guān)資料，臨界雨量可合并進(jìn)行分析計(jì)算（假定三者臨界雨量相同）。目前臨界雨量的計(jì)算方法一般有單站臨界雨量法、區(qū)域臨界雨量法和災(zāi)害與降水頻率分析法。

4.1 利用單站臨界雨量分析計(jì)算區(qū)域臨界雨量（單站臨界雨量法）

4.1.1資料統(tǒng)計(jì)

首先根據(jù)成縣境內(nèi)歷次山洪災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間表，收集區(qū)域及周邊鄰近地區(qū)各雨量站對應(yīng)的雨量資料，確定對應(yīng)的降雨過程開始和結(jié)束時(shí)間。降雨過程的開始時(shí)間，是以連續(xù)3日每日雨量≤1m m后出現(xiàn)日雨量＞1m m的時(shí)間；降雨過程的結(jié)束時(shí)間是山洪災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間（這里確定的是降雨過程統(tǒng)計(jì)時(shí)間，如災(zāi)害發(fā)生后降雨仍在持續(xù)，災(zāi)害會加重）。過程時(shí)間確定后，在每次過程中依次查找并統(tǒng)計(jì)10m i n、30m i n、1h、3h、6h、12h、24h及3d降水量對應(yīng)的起止時(shí)間。如果過程時(shí)間長度小于對應(yīng)項(xiàng)的時(shí)段跨度，則不統(tǒng)計(jì)（如降雨過程小于12h，則不統(tǒng)計(jì)12h、24h最大雨量及其起止時(shí)間）。

4.1.2單站臨界雨量的計(jì)算

假設(shè)區(qū)域內(nèi)共有S個(gè)雨量站，共發(fā)生山洪災(zāi)害N次，共統(tǒng)計(jì)T個(gè)時(shí)間段的雨量，Rtij為t時(shí)段第i個(gè)雨量站第j次山洪災(zāi)害的最大雨量，則各站每個(gè)時(shí)間段N次統(tǒng)計(jì)值中，最小的一個(gè)為臨界雨量初值，即初步認(rèn)為這個(gè)值是臨界雨量，計(jì)算公式如下:

4.1.3單站臨界雨量分析

（1）不同站點(diǎn)相同時(shí)段的臨界雨量不盡相同，與各站點(diǎn)地質(zhì)、地形、前期降雨量及氣候條件的不同有關(guān)。地形陡峭，土壤吸水能力較好，前期降雨量小，年雨量較大的地區(qū)，臨界雨量就較大，相反則臨界雨量就較小。

4.1.4區(qū)域內(nèi)各站同一時(shí)段的臨界雨量統(tǒng)計(jì)分析

（1）計(jì)算平均值

Rt可視為區(qū)域內(nèi)大范圍的平均情況，即當(dāng)面降雨量超過時(shí)，區(qū)域內(nèi)有可能發(fā)生山洪災(zāi)害。

（2）統(tǒng)計(jì)最小值

Rtimin可視為區(qū)域內(nèi)致災(zāi)降雨強(qiáng)度的必要條件，即只有當(dāng)區(qū)域內(nèi)至少有一個(gè)站雨強(qiáng)超過 Rtimin時(shí)，區(qū)域內(nèi)才有可能發(fā)生山洪災(zāi)害。

（3）統(tǒng)計(jì)最大值

當(dāng)前二銨銷售正處于清淡期，在問及二銨秋季肥的表現(xiàn)時(shí)，湖北鄂中化工銷售部孫經(jīng)理說：“整體來說，二銨在國內(nèi)秋季市場表現(xiàn)較好，尤其在底肥施用上，二銨擠占了傳統(tǒng)底肥部分市場，價(jià)格和銷量也達(dá)到預(yù)期。但二銨之前價(jià)格的上揚(yáng)，主要受物流和成本增加影響，企業(yè)在盈利上并無利好?？梢哉f，目前企業(yè)在二銨生產(chǎn)上并無太多利潤可言，主要是為了保證產(chǎn)品供應(yīng)，保護(hù)市場份額，保證生產(chǎn)線產(chǎn)能。所以即使在成本線上，甚至低于成本線情況下，企業(yè)也在維持生產(chǎn)，以確保綜合效益?！?/p>

RtimaX可視為區(qū)域內(nèi)發(fā)生山洪災(zāi)害的充分條件，即當(dāng)區(qū)域內(nèi)每個(gè)站點(diǎn)雨強(qiáng)都超過 RtimaX時(shí)，區(qū)域內(nèi)將會有大范圍的山洪災(zāi)害發(fā)生。

4.2 區(qū)域山洪臨界雨量的分析計(jì)算（區(qū)域臨界雨量法）

4.2.1資料收集與統(tǒng)計(jì)

計(jì)算區(qū)域內(nèi)與歷次山洪災(zāi)害對應(yīng)的各時(shí)段最大面平均雨量。假設(shè)區(qū)域內(nèi)共有S個(gè)雨量站，共發(fā)生山洪災(zāi)害N次，共統(tǒng)計(jì)T個(gè)時(shí)段的面平均雨量，面平均雨量計(jì)算可采用算術(shù)平均法、泰森多邊形法、雨量等值法等，具體方法根據(jù)典型區(qū)域的實(shí)際情況而定。但都要保證計(jì)算得到的面平均雨量的精度。R t j為t時(shí)段第j次山洪災(zāi)害對應(yīng)雨量過程中的最大面平均雨量，則區(qū)域內(nèi)各時(shí)段有N個(gè)（每次災(zāi)害一個(gè)）最大面平均雨量值。

4.2.2區(qū)域臨界雨量的初值確定

統(tǒng)計(jì)N次山洪災(zāi)害各時(shí)段最大雨量面平均值的最小值，即為各時(shí)段區(qū)域山洪臨界雨量初值。

4.2.3區(qū)域臨界雨量分析

區(qū)域山洪災(zāi)害臨界雨量，可作為判別區(qū)域內(nèi)有無山洪災(zāi)害發(fā)生的定量指標(biāo)。因在統(tǒng)計(jì)山洪災(zāi)害次數(shù)時(shí)，只要區(qū)域內(nèi)有1個(gè)站發(fā)生了山洪災(zāi)害，就認(rèn)為區(qū)域內(nèi)有山洪災(zāi)害發(fā)生。因此，它無法判別區(qū)域內(nèi)受災(zāi)面積的大小及災(zāi)害嚴(yán)重程度。

4.3 災(zāi)害與降雨頻率分析法

通過對災(zāi)害場次的調(diào)查，分析山洪災(zāi)害的頻率，取與山洪災(zāi)害發(fā)生頻率相同的降雨量設(shè)計(jì)值即為臨界雨量初值。通過與周邊鄰近地區(qū)的臨界雨量進(jìn)行綜合對比分析，最后合理確定臨界雨量值。

4.4 成縣各典型區(qū)域臨界雨量的計(jì)算

4.4.1各典型區(qū)域臨界雨量計(jì)算方法的確定

成縣各典型區(qū)域山洪、泥石流災(zāi)害的主要來源是暴雨，各典型區(qū)域?yàn)?zāi)害場次的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相對準(zhǔn)確可靠，因此可采用災(zāi)害與降雨頻率分析法來分析確定各典型區(qū)域的臨界雨量。

4.4.2歷史山洪災(zāi)害場次統(tǒng)計(jì)及頻率計(jì)算

（1）山洪、泥石流災(zāi)害場次統(tǒng)計(jì)

根據(jù)《成縣志》及《成縣山洪災(zāi)害防御預(yù)案》中對歷史山洪災(zāi)害的記錄情況，統(tǒng)計(jì)出山洪災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間及場次，見表1。

（2）山洪、泥石流災(zāi)害發(fā)生頻率計(jì)算

通過對Ⅰ區(qū)（北部的黃渚、二郎、王磨地區(qū)）歷史山洪、泥石流災(zāi)害調(diào)查統(tǒng)計(jì)，自1934年至2013年間，該區(qū)域內(nèi)共發(fā)生山洪、泥石流災(zāi)害11次，山洪泥石流災(zāi)害發(fā)生的頻率為13.8%。

通過對Ⅱ區(qū)（西部的紙坊、沙壩、蘇元、索池、小川地區(qū)）歷史山洪、泥石流災(zāi)害調(diào)查統(tǒng)計(jì)，自1934年至2013年間，該區(qū)域內(nèi)共發(fā)生山洪、泥石流災(zāi)害6次，山洪泥石流災(zāi)害發(fā)生的頻率為7.5%。

通過對Ⅲ區(qū)（東部的陳院、城關(guān)、店村、紅川地區(qū)）歷史山洪、泥石流災(zāi)害調(diào)查統(tǒng)計(jì)，自1934年至2013年間，該區(qū)域內(nèi)共發(fā)生山洪、泥石流災(zāi)害9次，山洪泥石流災(zāi)害發(fā)生的頻率為11.2%。

通過對Ⅳ區(qū)（南部的雞峰、黃陳、鐔河、宋坪地區(qū)）歷史山洪、泥石流災(zāi)害調(diào)查統(tǒng)計(jì)，自1934年至2013年間，該區(qū)域內(nèi)共發(fā)生山洪、泥石流災(zāi)害4次，山洪泥石流災(zāi)害發(fā)生的頻率為5.0%。

表1 成縣臨界雨量典型區(qū)域山洪災(zāi)害場次統(tǒng)計(jì)表

4.4.3臨界雨量分析計(jì)算

統(tǒng)計(jì)出各典型區(qū)域內(nèi)各雨量站10m i n、30m i n、1h、3h、6h、12h、24h、3d最大降水量，再用算術(shù)平均法求出區(qū)域內(nèi)10m i n、30m i n、1h、3h、6h、12h、24h、3d面平均最大降水量，分別點(diǎn)繪出10m i n、30m i n、1h、3h、6h、12h、24h、3d面平均最大降水量頻率（P-Ⅲ型）曲線。

再根據(jù)各典型區(qū)域?yàn)?zāi)害發(fā)生的頻率，在點(diǎn)繪的相應(yīng)區(qū)域10m i n、30m i n、1h、3h、6h、12h、24h、3d面平均最大降雨量頻率（P-Ⅲ型）曲線上查出對應(yīng)頻率的降水量，即為該區(qū)域各時(shí)段臨界雨量的計(jì)算值。各典型區(qū)域臨界雨量計(jì)算成果見表2。

表2 成縣各典型區(qū)域臨界雨量計(jì)算成果表

從表2看出，成縣不同區(qū)域的臨界雨量稍有差異，其中I區(qū)、I I區(qū)明顯較 I I I區(qū)、I V區(qū)偏少10%—15%。

根據(jù)《全國山洪災(zāi)害防治規(guī)劃山洪災(zāi)害臨界雨量分析計(jì)算細(xì)則》規(guī)定，確定以相應(yīng)時(shí)段臨界雨量的3/4值作為短歷時(shí)（10m i n、30m i n、1h）“準(zhǔn)備撤離雨量”預(yù)警指標(biāo)，即當(dāng)短歷時(shí)降水量達(dá)到相應(yīng)時(shí)段的臨界雨量的3/4值，并且降水仍在持續(xù)時(shí)，須作出準(zhǔn)備撤離的預(yù)警；確定以相應(yīng)時(shí)段臨界雨量的2/3作為長歷時(shí)“準(zhǔn)備撤離雨量”預(yù)警指標(biāo)，即當(dāng)長歷時(shí)（3h、6h、12h、24h、3d）降水量達(dá)到相應(yīng)時(shí)段的臨界雨量的2/3值，并且降水仍在持續(xù)時(shí)，須作出準(zhǔn)備撤離的預(yù)警。

5 結(jié)語

通過本文分析，分區(qū)確定了成縣山洪災(zāi)害臨界雨量，為充分發(fā)揮山洪災(zāi)害防治系統(tǒng)的作用及時(shí)預(yù)警、撤離提供了技術(shù)支撐。為相似地區(qū)的山洪災(zāi)害臨界雨量的確定提供了參考。在實(shí)際的山洪災(zāi)害防治工作中，為確保人民生命財(cái)產(chǎn)安全，計(jì)算的臨界雨量值僅供參考，必須根據(jù)前期降雨、地質(zhì)等情況，具體問題具體分析。

［1］《全國山洪災(zāi)害防治規(guī)劃山洪災(zāi)害臨界雨量分析計(jì)算細(xì)則》［M］.中國水利水電出版社，2013.

［2］《甘肅省暴雨洪水圖集》［M］.甘肅省科技出版社，1988.

［3］李滿剛，水文頻率計(jì)算方法的探討［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2012（05）.

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：1672-2469（2015）03-0026-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.03.011

祝武斌（1974年—），男，工程師。