鞠飛

（遼寧省盤錦水文局，遼寧盤錦124010）

興城市山洪災害預警指標分析

鞠飛

（遼寧省盤錦水文局，遼寧盤錦124010）

山洪災害預警指標包括雨量預警指標與水位預警指標兩類，興城市山洪災害重點防治區(qū)域大都為小流域無資料地區(qū)，主要采用雨量預警指標。文中首先根據(jù)小流域集雨面積大小、降雨強度、流域形狀等因素對預警時段進行確定，然后通過水位流量反推法計算臨界雨量，最后做出合理性分析。

山洪災害；預警指標；興城市；預警分析

1 概 述

興城市位于遼寧省西南部，居遼西走廊中部偏西、葫蘆島市南部。東臨遼東灣，南以六股河與綏中縣分界，西和建昌縣接壤。興城市依山傍海，西北依遼西松嶺余脈，老黃頂、大青山、五頂山、大摸虎山、九龍山等10余座500 m以上的山峰均在這一區(qū)域內(nèi)，是興城河、煙臺河、女兒河發(fā)源地。地勢依次由西北向東南傾斜，呈階梯狀降低；西北低山區(qū)720.78 km2，中部丘陵區(qū)871.17 km2，東南沿海漫崗平原區(qū)521.3 km2，自然概貌為“六山一水三分田”。

山洪災害預警指標包括雨量預警指標與水位預警指標兩類，可根據(jù)該地區(qū)實際情況，分為告知、警戒、和緊急3級。在有水利工程設施（如水庫、水文站、水位站等）、且資料較全的流域可以采用水位預警指標進行預警，無上述資料的流域內(nèi)的防災對象，采用雨量預警指標。由于興城市評價流域內(nèi)大都為小流域，流域匯流時間短，又難以獲取水利工程全面的水位、流量等相關(guān)資料，因此，各防災對象主要采用雨量預警指標，以提高預見期。

雨量預警通過分析不同預警時段的臨界雨量得出。臨界雨量是指導致一個流域或區(qū)域發(fā)生的山溪洪水可能致災時，即達到成災水位時，降雨達到或超過的最小量級和強度。降雨總量和雨強、土壤含水量以及下墊面特性是臨界雨量分析的關(guān)鍵因素；基本分析思路是根據(jù)成災水位，采用比降面積法、曼寧公式或水位流量關(guān)系等方法，推算出成災水位對應的流量，再根據(jù)設計暴雨洪水計算方法和典型暴雨時程分布，反算洪峰達到成災流量的各個預警時段的降雨量。臨界雨量是面平均雨量，單站與多站情況下的雨量預警指標按代表雨量的方法確定。

雨量預警指標要素包括時段及其對應雨量兩個要素，具體表現(xiàn)為各個預警時段的臨界雨量，以及各預警時段的準備轉(zhuǎn)移雨量和立即轉(zhuǎn)移雨量。

2 預警時段的確定

預警時段指雨量預警指標中采用的典型降雨歷時，是雨量預警指標的重要組成部分。受防災對象上游集雨面積大小、降雨強度、流域形狀及其地形地貌、植被、土壤含水量等因素的影響，預警時段會發(fā)生變化，因此，需要合理地確定。原則和方法如下：

1）最長時段確定：可以將流域匯流時間作為預警指標的最長時段。

2）典型時段確定：對于小于最長時段典型時段的確定，即根據(jù)防災對象所在地區(qū)暴雨特性、流域面積大小、平均比降、形狀系數(shù)、下墊面情況等因素，確定比匯流時間小的短歷時預警時段。

3）綜合確定：充分參考前期基礎工作成果的流域單位線信息，結(jié)合流域暴雨、下墊面特性以及歷史山洪情況，綜合分析防災對象所處河段的河谷形態(tài)、洪水上漲速率、轉(zhuǎn)移時間及其影響人口等因素后，確定各防災對象的各個典型預警時段。

興城市的10個小流域匯流時間均小于4 h。另外結(jié)合興城市現(xiàn)有的降雨觀測儀器型號和雨情信息傳輸手段，確定興城市防災對象預警時段確定為1，2，3，6，24 h。

3 計算臨界雨量

根據(jù)興城市的水文資料情況，在確定各防災對象成災水位、預警時段的基礎上，選用水位流量反推法計算防災對象的臨界雨量。

3.1 資料評估

1）基礎資料

水位流量反推法假定降雨與洪水同頻率，在這樣的假設條件下，所需資料僅是山洪災害預警地點的斷面地形資料、設計暴雨或設計洪水。斷面地形資料經(jīng)過簡單測量即可獲得，設計暴雨或設計洪水通過水文手冊或者暴雨圖集等基礎性資料即可獲得，分析方法則采用最為基礎的水文計算。

評估暴雨圖集、水文手冊等基礎性資料的現(xiàn)勢性，流域匯流時間歷時降雨雨型時間序列的完整性以及時間步長精度，判斷其是否滿足暴雨山洪陡漲陡落、歷時短暫等特性的要求。

2）地形資料

評估防災對象所在河道的比降、縱斷面與橫斷面信息是否完整、河道斷面演變是否頻繁；是否具有保護對象以上匯水面積等信息；評價流域匯流時間分析所需地形資料是否齊全。

3）水文資料

評估防災對象溝（河）道的特征水位和特征流量等信息。主要包括水位、流量、已有的歷史暴雨洪水調(diào)查資料及有關(guān)山洪記載的歷史文獻資料等。其中，水位資料為山洪災害發(fā)生期洪水位要素；流量資料為山洪災害發(fā)生期洪水要素；實測洪水比降、根據(jù)實測資料率定的河道糙率等。評估資料是否滿足成果合理性分析要求。

3.2 模型構(gòu)建

假定斷面處有一洪峰流量，則有一個1 h的時段降雨，經(jīng)過產(chǎn)匯流后形成的洪水過程的洪峰等于，同樣有一個3 h的時段降雨，經(jīng)過產(chǎn)匯流后形成的洪水過程的洪峰也等于，則和的頻率相同，均等于的頻率。以此類推，會有許多個時段的降雨，經(jīng)過產(chǎn)匯流后形成的洪水過程的洪峰均等于，且頻率都與的頻率相同。在此假定的基礎上，首先確定預警保護對象處的臨界洪水位，然后根據(jù)斷面特征、水位～流量關(guān)系，確定對應的流量，且認為該流量為臨界流量為，同時確定其對應的頻率，最后計算頻率為的各時段降雨量，即為各時段的臨界雨量。

3.3 臨界雨量計算

在確定各防災對象成災水位、預警時段的基礎上，選用水位流量反推法計算防災對象的臨界雨量。確定方法如下：

1）根據(jù)《遼寧省中小河流（無資料地區(qū)）設計暴雨洪水計算方法》，按照推理公式法計算各頻率設計洪峰流量，繪制設計洪峰流量與頻率關(guān)系曲線。

2）根據(jù)《遼寧省中小河流（無資料地區(qū)）設計暴雨洪水計算方法》，計算防災對象典型頻率預警時段（1，2，3，6，24 h，歷時）設計暴雨，繪制預警時段設計暴雨與頻率關(guān)系曲線。

3）根據(jù)防災對象成災水位，通過防災對象控制斷面水位-流量關(guān)系曲線，查得成災水位對應流量Q災。通過設計洪峰流量-頻率關(guān)系曲線，查得Q災的相應頻率。最后通過預警時段設計暴雨-頻率關(guān)系曲線，查得各預警時段對應的臨界雨量值。

4 雨量預警指標綜合確定及思考

綜合考慮可能影響雨量預警指標的因素，如防災對象因所在河段的河谷形態(tài)不同、洪水上漲與淹沒速度的差別、以及山洪災害預警、轉(zhuǎn)移響應時間，在臨界雨量的基礎上綜合確定防災對象的告知、警戒和緊急三級預警指標。

此次計算中，臨界雨量是從成災水位對應流量的洪水推算得到的，其量值為凈雨，在確定各級別預警指標時還要考慮實時的流域蓄水情況。故在數(shù)值上認為臨界雨量即為緊急的預警指標，這是從洪水反算到降雨得出的信息；對于告知、警戒指標，在臨界雨量基礎上進行折減處理，但同時應當以該雨量的降雨過程進行暴雨洪水的復核，以避免與成災水位及相應的暴雨洪水頻率差異過大，增強成果的合理性。

在理論上，基于緊急預警指標確定告知預警指標時，在洪水過程線上，按成災水位向下降低水位級對應的流量反推時段雨量，將該雨量作為告知和警戒預警指標。但經(jīng)過對防災對象計算結(jié)果來看，有時計算的指標不盡合理。

4.1 存在問題

1）成災水位向下降低水位級差值很難確定，差值小，查得的時段雨量沒有變化，差值大，與當?shù)睾拥兰暗貏莶幌喾?/p>

2）經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)，很多小流域的時段雨量預警指標偏小，不符合當?shù)貙嶋H。

4.2 解決辦法

1）結(jié)合當?shù)財嗝?、地勢情況，在成災水位確定前提下，先確定告知水位，由告知水位反推降雨，時段雨量結(jié)果可能偏小，但由于小流域河流洪水漲速快，所以時段雨量值小也要用；而后由緊急和告知兩個指標的平均值確定為警戒預警指標。

2）時段雨量預警指標偏小時，充分考慮流域上、下游和相鄰斷面的情況，綜合確定。

5 成果合理性分析

合理性分析是預警指標成果校核的重要內(nèi)容，可采用以下方法，進行預警指標的合理性分析：

1）與當?shù)厣胶闉暮κ录嶋H資料對比分析，即用實際事件的資料進行預警指標的合理性檢查；

2）將多種方法的計算結(jié)果進行對比分析，以盡量避免因某一種方法的不確定性而產(chǎn)生的較大偏差；

3）與流域大小、氣候條件、地形地貌、植被覆蓋、土壤類型、行洪能力等因素相近或相同防災對象的預警指標成果進行比較和分析，即采用比擬的思想，對預警指標成果進行合理性檢查。

此外，由于雨量預警指標分析是從洪水到降雨的反算過程，因此，應注意分析反算過程產(chǎn)生誤差的主要因素及注意的問題，以保證成果合理性。具體表現(xiàn)為：①防災對象成災水位確定要具有代表性；②水位流量關(guān)系計算時注意比降、糙率的合理性；③降雨徑流計算時注意合理地選擇產(chǎn)流、匯流、演進各個環(huán)節(jié)的算法與參數(shù)值。興城市各流域防災對象在計算過程中已經(jīng)考慮上述三方面內(nèi)容，并進行了相應分析，保證計算過程和計算參數(shù)的準確性，從而保證指標的合理性。

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2016-08-03