張瑜瑜

加強山洪災(zāi)害防治是當(dāng)前防災(zāi)減災(zāi)的一項重要工作。建立山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)，是防治山洪災(zāi)害的一項重要的非工程性措施[1]，而預(yù)警指標(biāo)的確定是此項措施的重中之重。預(yù)警指標(biāo)是轉(zhuǎn)移與撤離的基本條件，準(zhǔn)確與否決定了避險效應(yīng)[2-3]。翟國方[4]通過對比日本洪水管理研究的新進展，指出了一些可供我國參考的舉措。劉志輝[5]基于“3S”技術(shù)對新疆融雪洪水預(yù)測預(yù)警及決策支持進行了研究。新疆地區(qū)地形特殊、缺少產(chǎn)流關(guān)鍵參數(shù)，本文以新疆拜城縣為例，選擇適合的設(shè)計暴雨洪水分析和計算方法，為沿河村落防洪預(yù)警指標(biāo)和閾值分析計算提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

拜城縣位于新疆維吾爾自治區(qū)西南部，阿克蘇地區(qū)東北部，塔里木盆地西北部，天山山脈中段南麓，東與庫車縣毗鄰，西與溫宿縣接壤，南隔卻勒塔格山與新和縣相望，北靠天山與伊犁哈薩克自治州相連，四周群山環(huán)抱，呈一帶狀盆地，地勢西高東低。拜城縣境內(nèi)共有發(fā)源于天山南坡、流域獨立的5條河流[6]，自西向東為木扎提河、喀布斯郎河、臺勒維丘克河、卡拉蘇河、克孜爾河，多年平均徑流量為27.43×108m3。

拜城縣洪水主要為冰雪消融型洪水、暴雨型洪水、冰雪消融和暴雨混合型洪水。其中以春季冰雪消融和暴雨混合型洪水及夏季局地暴雨型洪水危害較大，后者危害和造成的損失尤為嚴(yán)重。本次分析對象的確定，主要考慮當(dāng)?shù)胤篮闇p災(zāi)、地區(qū)發(fā)展規(guī)劃、前期工作深度以及資料累積程度等情況來進行篩選。

表1 分析對象基本情況

2 研究方法

2.1 設(shè)計暴雨

拜城縣山丘區(qū)屬于無資料地區(qū)，時段雨量計算采用《新疆暴雨圖集（1983年）》中的暴雨統(tǒng)計參數(shù)等值線圖進行查算，設(shè)計雨型采用圖集中推薦的暴雨時程分配。

2.2 設(shè)計洪水

（1）洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法[7]

計算各站洪峰流量系列模比系數(shù)，將各站洪峰流量模比系數(shù)經(jīng)驗分布點繪在同一張概率格紙上，對經(jīng)驗分布點進行適線求得該區(qū)域的頻率曲線，理論頻率曲線采用P－Ⅲ型曲線，分別得到不同頻率的設(shè)計洪峰流量模比系數(shù)。

采用地區(qū)洪峰流量頻率曲線法推求計算斷面設(shè)計洪峰流量[8]，計算公式如下：

式中：QP為設(shè)計洪峰流量（m3/s）；Kp為頻率為P的洪峰流量模比系數(shù)；Qd為調(diào)查歷史洪水洪峰流量；Kd為調(diào)查洪水洪峰流量模比系數(shù)。

（2）地區(qū)綜合經(jīng)驗公式

經(jīng)驗公式法是利用已有水文站的資料，將多年平均洪峰流量與主要影響洪峰流量的因素建立經(jīng)驗公式。本次利用新疆有實測洪水的中小河流水文站建立的小流域暴雨洪峰流量經(jīng)驗公式進行分析計算[9]：

式中：Qm為多年平均年最大洪峰流量（m3/s）；A為流域面積（km2）；L為主河溝長度（km）；J為主河溝坡降（‰）；f為流域形狀系數(shù):f=A/L2；Pm為流域多年平均最大一日降水量（mm）。

3 結(jié)果與分析

3.1 設(shè)計暴雨計算

暴雨時程分配根據(jù)《新疆暴雨圖集（1983年）》中的24小時典型雨序進行分析，其他時段的時程分配采用同頻率相包的形式，根據(jù)匯流時間內(nèi)的雨序與典型雨序相同的原則進行降雨分配計算。

表2 分析對象匯流時間設(shè)計暴雨時程分配表

3.2 設(shè)計洪水計算

3.2.1 洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法

洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法，可綜合出地區(qū)參數(shù)的規(guī)律性，以解決無資料流域的設(shè)計洪水[10]。本文選用表3中水文站歷年實測最大洪峰流量資料分別進行排頻分析計算，再將各站洪峰流量模比系數(shù)經(jīng)驗分布點繪在同一張概率格紙上，進行地區(qū)綜合分析，得到其地區(qū)綜合頻率曲線。再采用系列點群中心適當(dāng)照顧高水點據(jù)的經(jīng)驗適線法，并繪制洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線見圖1。頻率為P的洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合Kp值統(tǒng)計見表4。

表3 各水文站歷年最大洪峰序列頻率分析成果表

圖1 阿克蘇地區(qū)拜城縣諸河年最大洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線圖

表4 頻率為P的洪峰流量模比系數(shù)Kp值統(tǒng)計表

本次采用洪水調(diào)查成果，計算各評價單元調(diào)查斷面的設(shè)計洪峰流量。通過綜合頻率曲線查得調(diào)查洪水洪峰流量模比系數(shù)Kp，用式（1）算出設(shè)計洪峰流量。詳見表5所示。

3.2.2 地區(qū)綜合經(jīng)驗公式法

用（3）式和（4）式計算出的CV和CS值在《水利水電工程設(shè)計洪水計算手冊》附表3中查P－Ⅲ型曲線KP值，求出調(diào)查斷面各設(shè)計頻率的洪峰流量。

表5 P－Ⅲ型曲線模比系數(shù)KP值

3.2.3 結(jié)果分析

表6 分析對象設(shè)計洪水結(jié)果合理性分析表

由上表可知，P=1%的洪峰流量結(jié)果，洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法較地區(qū)綜合經(jīng)驗公式法大，但基本維持在20%左右；P=20%的洪峰流量結(jié)果，地區(qū)綜合經(jīng)驗公式法較洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法大50%～60%左右。兩種方法在低頻率時差異較大，但隨著洪水頻率的升高誤差越小，計算結(jié)果越可靠。

3.3 預(yù)警指標(biāo)結(jié)果分析

3.3.1 預(yù)警時段的確定

預(yù)警時段指雨量預(yù)警指標(biāo)中采用的典型降雨歷時，是雨量預(yù)警指標(biāo)的重要組成部分。本文充分參考流域單位線信息，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(zāi)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(zāi)對象的各個典型預(yù)警時段，從最小預(yù)警時段直至流域匯流時間。

表7 分析對象預(yù)警時段預(yù)警時段

3.3.2 預(yù)警指標(biāo)結(jié)果

將洪峰模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法和地區(qū)綜合經(jīng)驗公式法計算得出的預(yù)警指標(biāo)進行整理。

表8 預(yù)警指標(biāo)成果匯總

由表8可知，牧場和托普魯克6村2小隊的雨量預(yù)警指標(biāo)成果，綜合經(jīng)驗公式法較洪峰模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法的結(jié)果偏大一些，而尤勒袞亞村1-4組兩種方法的推求結(jié)果一樣。這是由于模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法采用的是參證站的實測資料進行計算的，而參證站控制的流域面積偏大（≥1000 km2）；而本次分析評價對象流域面積小于200 km2，洪峰模數(shù)受地形、植被、土壤以及暴雨分布等多種因素的影響，洪峰模比系數(shù)地區(qū)差異較大，規(guī)律性較差，直接移用較大流域的洪峰模數(shù)來估算較小流域的洪峰模比系數(shù)，必然會造成小流域的洪峰模比系數(shù)偏小，進而造成其預(yù)警指標(biāo)值偏大，因尤勒袞亞村1-4組的流域面積比較大，這種區(qū)別相對不明顯。而綜合經(jīng)驗公式法雖然根據(jù)水文變化的地區(qū)規(guī)律性建立洪峰與流域面積、流域形狀系數(shù)、最大一日降雨量等因素的關(guān)聯(lián)關(guān)系，但并未考慮降雨的時空分布、下墊面以及受其他因素影響造成洪水場次間的差異性等情況，因此推求出的洪水結(jié)果的可靠性值得懷疑，需要根據(jù)實際暴雨洪水資料進行校驗審核，其預(yù)警指標(biāo)的計算結(jié)果也有待商榷。

4 結(jié)論

（1）模比系數(shù)法地區(qū)綜合頻率曲線法和綜合經(jīng)驗公式法在低頻率時差異較大，但隨著洪水頻率的升高誤差越小。兩種方法都有理論或者經(jīng)驗基礎(chǔ)，但由于其他條件對其限制，其結(jié)果各不相同。

（2）當(dāng)分析評價對象流域面積小于200 km2時，確定雨量預(yù)警指標(biāo)采用洪峰模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法成果較為可靠。

[1]陳冬君.山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[D].長春:吉林大學(xué),2013:1.

[2]張毅，涂興懷，彭愛華，等.山洪災(zāi)害雨量預(yù)警分析——以樂山市犍為縣敖家鎮(zhèn)為例[J].人民珠江.2016,37(02):59-61.

[3]中國水利水電科學(xué)研究院，鄭州大學(xué).山洪災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)檢驗復(fù)核技術(shù)要求[S].2016.

[4]翟國方.日本洪水風(fēng)險管理研究新進展及對中國的啟示 [J].地理科學(xué)進展.2010,29(01):3-9.

[5]劉志輝.基于“3S”技術(shù)的新疆融雪洪水預(yù)測預(yù)警及決策支持研究[D].中國礦業(yè)大學(xué),2009.

[6]段少遠.拜城縣水資源現(xiàn)狀、存在的問題及開發(fā)對策[J].新疆農(nóng)墾經(jīng)濟,2012(8):50-52.

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[8][李春梅,王書峰.新疆阿克蘇市城市防洪規(guī)劃水文計算[J].河南水利與南水北調(diào),2010,(8):55-57].

[9]李春梅,王書峰.新疆阿克蘇市城市防洪規(guī)劃水文計算[J].河南水利與南水北調(diào),2010,(8):55-57.

[10]張衛(wèi)東.小流域設(shè)計洪峰流量的計算 [J].水利科技與經(jīng)濟,2013(7):50-51].