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        山區(qū)山洪災(zāi)害調(diào)查評價

        2018-07-05 09:09:44陸永新
        水科學(xué)與工程技術(shù) 2018年3期

        陸永新

        (河北省承德水文水資源勘測局,河北 承德067000)

        承德市山區(qū)因局部強降雨引發(fā)的山洪災(zāi)害每年均有發(fā)生,造成大量人員傷亡和財產(chǎn)損失,對經(jīng)濟發(fā)展和社會安全穩(wěn)定構(gòu)成巨大威脅,開展山洪災(zāi)害調(diào)查評價工作對于保護人民生命財產(chǎn)安全及實施山洪災(zāi)害防治工作具有重要意義。圍場縣位于承德市北部,是承德市降水最少的縣,但由于植被及地質(zhì)條件等原因,是承德市山洪災(zāi)害多發(fā)縣。本文以圍場縣作為研究對象對歷史山洪災(zāi)害進行調(diào)查研究具有很強的代表性。

        1 研究區(qū)概況

        圍場滿族蒙古族自治縣位于河北省承德市北部。東鄰內(nèi)蒙古赤峰市,北接內(nèi)蒙古克什克騰旗,西北與內(nèi)蒙古多倫縣相連。全縣總面積9219km2,是承德市面積最大的縣。西北、北、東分別與內(nèi)蒙古自治區(qū)為鄰,西南和南面分別與豐寧縣、隆化縣接壤,是華北地區(qū)通往內(nèi)蒙古和東北地區(qū)的要道之一。

        圍場縣是典型的大陸性氣候區(qū),其地域分布差異很大,降雨時空分布不均,年際和季節(jié)性變化幅度大。由于地形復(fù)雜,山間對流旺盛,多局部暴雨或雷陣雨。河床坡降陡,落差大,源短流急,河水暴漲暴落,徑流年內(nèi)分配相差較懸殊,平時河水很小,干旱時除小灤河外其他河流均有逝流,汛期時河水暴滿,泛濫成災(zāi),沖淤良田。各河源頭植被較好,但中下游受人為破壞,造成水土流失嚴重。

        圍場滿族蒙古族自治縣屬于河北省地質(zhì)構(gòu)造4個區(qū)中的內(nèi)蒙古背斜區(qū)[1],境內(nèi)山巒起伏、溝壑縱橫,自然坡度為1/150~1/350。圍場滿族蒙古族自治縣是灤河、遼河兩大水系的發(fā)源地,境內(nèi)共有河流7條,10km2以上支流218條。其中:灤河水系有小灤河、吐魯根河、蟻螞吐河、伊遜河;遼河水系有陰河、烏拉岱河、舍利嘎河。圍場縣是山洪災(zāi)害多發(fā)縣。造成山洪災(zāi)害的原因:①受地理位置和自然條件影響,汛期7、8、9月份降雨集中,降水強度大,產(chǎn)流迅速,因此降雨是山洪災(zāi)害形成的主導(dǎo)因素和激發(fā)條件;②生態(tài)環(huán)境遭到破壞,植被覆蓋率低,不能有效地發(fā)揮對雨水的攔蓄作用;③現(xiàn)有的防洪工程運行年代久,防洪標準低,老化失修,加之缺少攔蓄工程,調(diào)節(jié)能力差,不能有效抵御較高標準洪水侵襲。

        2 前期資料收集、分析及評價

        前期資料的收集、分析、評價是山洪災(zāi)害調(diào)查評價的基礎(chǔ)。根據(jù)SL324—2005《基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)及標識符標準》收集圍場縣內(nèi)所有雨量、水文站最新的基本情況[2];收集圍場縣內(nèi)建國以來雨量站最大10min,1h,6h,24h年最大點雨量,并計算對應(yīng)的統(tǒng)計參數(shù)(均值、變差系數(shù)Cv、偏態(tài)系數(shù)Cs);選取圍場縣代表性雨量站做24h暴雨程分配;收集圍場縣內(nèi)水文站歷年最大流量資料,組成流量系列并計算年最大流量系列統(tǒng)計參數(shù)(均值、離差系數(shù)Cv、偏態(tài)系數(shù)Cs);搜集圍場縣內(nèi)洪水要素摘錄資料及實測降水量摘錄資料;收集整理了境內(nèi)蒸發(fā)站蒸發(fā)資料;收集整理圍場縣相對應(yīng)的暴雨洪水計算方法和參數(shù)資料。

        3 歷史洪水調(diào)查

        3.1 洪水調(diào)查步驟及方法

        3.1.1 典型流域與歷史洪水場次選取原則

        小流域是指面積一般在200km2以下的一個獨立完整的集水區(qū)[3]。

        典型洪水調(diào)查視已有資料情況,原則上每縣不少于3~5個小流域,洪水場次一般3場。重點調(diào)查典型流域建國以來有記錄的較大洪水。典型場次洪水由以下幾方面綜合分析確定:

        (1)歷史上山洪災(zāi)害發(fā)生頻率較高的區(qū)域內(nèi)發(fā)生的山洪。

        (2)量級較大且造成較大損失的山洪。

        (3)資料詳實可靠、災(zāi)情記錄齊全便于調(diào)查分析的。

        3.1.2 洪水調(diào)查

        (1)在進行調(diào)查時,一般是先聯(lián)系村干部,由其推薦當?shù)啬昙o較長、對洪水最為熟悉的干部或居民,進行座談和指認洪痕,經(jīng)過反復(fù)對證分析,認為可靠后,即予標記洪痕位置,然后進行測量工作,并繪制出位置草圖。

        (2)洪水調(diào)查資料的整理工作,主要有河道調(diào)查斷面的最大洪峰流量的計算、水文站實測資料的整理等。關(guān)于調(diào)查河段最大洪峰流量的計算,系先判斷分析所調(diào)查的洪水痕跡、水面比降或河道比降的正確性,以確定采用的比降值,并根據(jù)附近其他河流實測的河床糙率資料及調(diào)查資料中有關(guān)調(diào)查河段的河床質(zhì)、灘地植被等情況,選定計算用的糙率值。

        3.1.3 洪水計算

        根據(jù)調(diào)查實際情況和勘測資料情況,確定采用比降面積法計算洪峰流量[4]。

        式中 Qc為恒定流流量(m3/s);Kˉ為河段平均輸水率;A上,A下為比降上、下斷面過水面積(m2);g為重力加速度,g=9.81m/s2;L為比降上、下斷面間距(m);Sc為恒定流態(tài)下的水面比降;ξ為斷面沿程收縮或擴散系數(shù)(收縮取負號,擴散取正號代入公式),河段斷面收縮時,一般可取ξ=0;斷面突然擴散時,ξ=0.5~1.0;逐漸擴散時,ξ=0.3~0.5。 α 為動能校正系數(shù)[5],與斷面上流速分布均勻與否有關(guān),一般較順直、底坡不大且斷面較規(guī)則的河段,其值介于1.05~1.15之間。對于山區(qū)河流,當?shù)灼螺^大,且斷面不規(guī)則、流速分布極不均勻時,可用式(2)近似計算。

        式中為斷面上最大點流速(m/s),V為斷面平均流速(m/s)。

        3.2 洪水調(diào)查評價成果

        3.2.1 調(diào)查洪水情況

        選取圍場縣某小流域作為調(diào)查評價對象,流域面積72km2,自然村落34個。走訪了4位村里年齡較大農(nóng)民。

        1974年7月25日天氣:連陰3,4d,前后山生泥石流(當?shù)匕傩账追Q“放水泡”),傍晚雨開始大了,夜間有水下來了,早晨5:00~6:00,山前山泥水和河里大水一起來了,村頭河邊土包阻水,水進村了,沖毀房屋多處,沖走多頭大牲畜,二號自然村內(nèi)低洼處水1m多,過河道路沖毀。現(xiàn)在七組這個地方村里沒進水,那時沒有這條道,道在對岸的,水到了新道的靠田這邊,對岸水沒超出那邊的樹趟子邊,就在那土坎子,那年以后沒大水,那邊就是當年過水后樣子。河里的水基本平槽,但未出槽。

        3.2.2 洪水調(diào)查斷面位置概況

        調(diào)查斷面位置位于圍場縣某村七組樹林邊河道右坎,到調(diào)查斷面河長17.34km,集水面積66.9km2。3.2.3 推流結(jié)果

        3.2.3.1 過水斷面面積

        過水斷面為單式斷面,根據(jù)斷面圖計算各斷面洪水位以下的斷面面積,如圖1,圖2。經(jīng)計算:上斷石過水面積65.01m2;下斷面過水面積66.79m2。

        圖1 洪水調(diào)查上斷面

        圖2 洪水調(diào)查下斷面

        3.2.3.2 水面比降

        繪制洪痕高程點分布圖,經(jīng)計算得出平均值Sc=0.0163作為水面比降計算值。

        圖3 洪水調(diào)查洪痕分布

        3.2.3.3 河床糙率

        調(diào)查河段較順直,河槽基本穩(wěn)定,為單式斷面,河床質(zhì)為沙卵石,根據(jù)寬深比、平均水深值,參考《水文測驗手冊》中華北東北地區(qū)河流洪水糙率系數(shù)表[6],采用n=0.04。

        3.2.3.4 α值

        動能校正系數(shù),與斷面上流速分布均勻與否有關(guān),調(diào)查河段較順直、底坡不大且斷面較規(guī)則,其值介于1.05~1.15之間,取α=1.1。

        3.2.3.5值

        測驗河段布置有比降上、下兩個斷面,過水面積沿程遞增,按規(guī)范要求,值可按式(3)計算:3.2.3.6 洪峰流量

        對1974年7月25日典型洪水做了測量和計算,采用比降面積法計算洪峰流量。經(jīng)計算洪峰流量為270m3/s。對該洪水重現(xiàn)期進行評定,該洪水為30年一遇。

        4 結(jié)語

        (1)北方山區(qū)山洪災(zāi)害每年均有發(fā)生,造成大量人員傷亡和財產(chǎn)損失。以圍場縣作為研究對象對歷史山洪災(zāi)害進行調(diào)查評價具有很強的代表性。

        (2)降水是山洪災(zāi)害形成的主因,然而生態(tài)環(huán)境差,水土流水嚴重,植被覆蓋率低,是山洪災(zāi)害頻發(fā)的重要原因。承德市最北部圍場縣降水最少,是山洪災(zāi)害高發(fā)區(qū)。

        (3)選取圍場縣一個閉合小流域作為例子,采用比降面積法推算歷史洪水洪峰流量,結(jié)果符合水文測驗規(guī)范要求。

        [1]圍場滿族蒙古族自治縣地方志編纂委員會.圍場年鑒[Z].2015.

        [2]SL324—2005,基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)及標識符標準[S].

        [3]鞠飛.興城市山洪災(zāi)害沿河村落河溝斷面測量技術(shù)要求和問題分析[J].廣東水利水電,2016 (12):39-41.

        [4]朱俊峰,高文志.比降—面積法在潮河上游“6·23”暴雨洪水調(diào)查中的應(yīng)用[J].河北水利,2016 (7):42-42.

        [5]楊玉閣,陳祖輝,趙慶生.天然河道水流動能校正系數(shù)的分析與應(yīng)用[J].東北水利水電,2010,28(9):39-40.

        [6]賈爾恒·祖根別克.天然河道糙率確定方法探討[J].水利科技與經(jīng)濟,2014,20(7):72-73.

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