張愛(ài)紅

（太原市水文水資源勘測(cè)分局 山西太原 030001）

山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)是對(duì)匯水面積在200 km2以下的小流域洪水影響的沿河村落進(jìn)行現(xiàn)狀防洪能力評(píng)價(jià)，劃分出不同等級(jí)危險(xiǎn)區(qū)，制定出立即轉(zhuǎn)移和準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移的雨量預(yù)警指標(biāo)，為及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)布預(yù)警信息提供科學(xué)依據(jù)。本文以?shī)錈┛h步斗村為例，對(duì)步斗村現(xiàn)狀防洪能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，并介紹了山洪災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)等級(jí)的劃分方法。

1 研究區(qū)概況

步斗村隸屬山西省太原市婁煩縣，位于黃河流域汾河水系嵐河支流步斗溝上，小流域步斗溝集水面積約1.0 km2，河長(zhǎng)1.5 km，流域比降49.4‰。對(duì)該村首先進(jìn)行內(nèi)外業(yè)調(diào)查，測(cè)繪河道縱橫斷面，橫斷面測(cè)繪間隔為50 m并編號(hào)，保證合理有效推求水面線，初步勘測(cè)出成災(zāi)斷面。

2 暴雨洪水計(jì)算

步斗村所在步斗溝小流域未設(shè)立水文站，無(wú)實(shí)測(cè)洪水系列數(shù)據(jù)，故采用無(wú)資料地區(qū)間接法，根據(jù)設(shè)計(jì)暴雨推求不同頻率洪水。

2.1 設(shè)計(jì)暴雨

計(jì)算設(shè)計(jì)暴雨的目的主要是根據(jù)設(shè)計(jì)暴雨來(lái)推求設(shè)計(jì)洪水，首先計(jì)算設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量，然后計(jì)算出面雨量并推求出暴雨時(shí)和深的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)暴雨進(jìn)行時(shí)程分配。

2.1.1 面雨量設(shè)計(jì)

根據(jù)山西省水利廳編著的《山西水文計(jì)算手冊(cè)》表 6.3.1 分別查算歷時(shí) 10 min、60 min、6 h、24 h 和 3 d的定點(diǎn)-定面關(guān)系參數(shù)值，對(duì)暴雨公式的三參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，得到不同頻率的步斗村設(shè)計(jì)暴雨成果，見(jiàn)表1。

2.1.2 設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配

采用時(shí)段雨量序位法（見(jiàn)下式），對(duì)設(shè)計(jì)的雨型和時(shí)段設(shè)計(jì)雨量成果進(jìn)行時(shí)程分配。

式中，j為主雨日時(shí)段雨量排位序號(hào)，即時(shí)段雨量ΔHP，j擺放的序位，然后依次利用式（1）計(jì)算出逐時(shí)段雨量，按序位號(hào)對(duì)號(hào)排放即得到逐時(shí)段雨型。步斗村設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配表見(jiàn)表2。

表1步斗村設(shè)計(jì)暴雨成果表

表2 步斗村設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配表

2.2 計(jì)算洪水[1]

推求設(shè)計(jì)洪水的的方法很多，如直接利用流量資料計(jì)算設(shè)計(jì)洪水、利用設(shè)計(jì)暴雨來(lái)推求洪水、水文比擬法推求設(shè)計(jì)洪水等。本文根據(jù)設(shè)計(jì)暴雨來(lái)推求洪水，采用的方法為《山西省水文計(jì)算手冊(cè)》中的流域水文模型法。流域水文模型法包括兩部分，即流域產(chǎn)流計(jì)算和流域匯流計(jì)算。流域產(chǎn)流計(jì)算包括兩部分，即設(shè)計(jì)洪水凈雨深和凈雨過(guò)程計(jì)算，采用雙曲正切模型計(jì)算設(shè)計(jì)洪水凈雨深，采用變損失率推理扣損法計(jì)算設(shè)計(jì)凈雨過(guò)程；采用綜合瞬時(shí)單位線法進(jìn)行匯流計(jì)算。

通過(guò)實(shí)地訪問(wèn)、調(diào)查和考證歷史文獻(xiàn)等手段對(duì)步斗溝歷史上發(fā)生的大洪水的水位、流量、重現(xiàn)期和發(fā)生情況進(jìn)行對(duì)比分析后，計(jì)算出步斗村不同重現(xiàn)期的洪峰、洪量、洪水歷時(shí)等洪水基本要素，成果見(jiàn)表3。

3 防洪現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

3.1 水面線推求

進(jìn)行外業(yè)勘測(cè)，勘測(cè)縱橫斷面，基本確定成災(zāi)斷面，水面線采用圣維南方程組建立模塊進(jìn)行推求，模塊計(jì)算采用追趕法求數(shù)值解，在確定起調(diào)斷面水位后，自動(dòng)插值斷面間水位點(diǎn)，然后在每?jī)蓚€(gè)水位點(diǎn)間根據(jù)最大斷面自動(dòng)插值流量點(diǎn)，得到頻率P=1%、P=2%、P=5%、P=10%和P=50%的水面線，步斗村水面線計(jì)算成果見(jiàn)表4，計(jì)算公式如下：

連續(xù)性方程：

表3 步斗村設(shè)計(jì)洪水成果表

式中：Q——過(guò)水?dāng)嗝媪髁浚琺3/s；

L——沿河道的距離，m；

A——過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2；

t——?dú)v時(shí)，h。

動(dòng)量方程：

式中：Z——水位，m；

v——斷面平均流速，m/s；

g——重力加速度，m/s2；

Sf——摩阻比降，用曼寧公式計(jì)算，通常表示為Q2/K2；

K——流量模數(shù)。

采用數(shù)值解法求解上述方程組。離散時(shí)采用6點(diǎn)Abbott-lonescu格式，將河網(wǎng)離散為交替網(wǎng)格，河網(wǎng)離散圖見(jiàn)圖1。

3.2 成災(zāi)水位確定

圖1 河網(wǎng)離散圖

表4 步斗村不同頻率相應(yīng)的洪峰水位

成災(zāi)水位指沿河村落最容易發(fā)生山洪災(zāi)害的水位，采用成災(zāi)斷面處的成災(zāi)水位表示，當(dāng)洪水水位超過(guò)此水位時(shí)就會(huì)成災(zāi)。經(jīng)實(shí)地勘測(cè)，利用GIS工具把居民戶位置以及高程投影到5種頻率洪水水面線圖中，首先勾畫(huà)洪水淹沒(méi)線范圍，然后選擇淹沒(méi)范圍內(nèi)最低頻率水面線，認(rèn)為距該線最遠(yuǎn)的房屋為成災(zāi)房屋，距該住戶最近的斷面為成災(zāi)斷面，該住戶的宅基高程為成災(zāi)水位，經(jīng)與實(shí)地勘測(cè)結(jié)果對(duì)比得知，采用本法確定的步斗村成災(zāi)斷面（控制斷面）與外業(yè)勘測(cè)的成災(zāi)斷面一致，故認(rèn)為本法合理可靠。步斗村控制斷面附近河谷地貌見(jiàn)圖2，步斗村成災(zāi)水位及其對(duì)應(yīng)洪水頻率成果表見(jiàn)表5。

圖2 步斗村控制斷面附近河谷地貌圖

表5 步斗村成災(zāi)水位及其對(duì)應(yīng)洪水頻率成果表

4 危險(xiǎn)區(qū)等級(jí)劃分

4.1 危險(xiǎn)區(qū)范圍確定

在山洪災(zāi)害外業(yè)調(diào)查中確定的危險(xiǎn)區(qū)范圍、轉(zhuǎn)移路線和臨時(shí)安置地點(diǎn)，需在分析評(píng)價(jià)中對(duì)危險(xiǎn)區(qū)范圍進(jìn)行核對(duì)，危險(xiǎn)區(qū)范圍為最高歷史洪水位和100年一遇設(shè)計(jì)洪水位中的較高水位淹沒(méi)范圍以內(nèi)的區(qū)域，根據(jù)水面線推求計(jì)算得到的河道橫斷面左右岸淹沒(méi)位置，結(jié)合防治區(qū)地形地貌情況及居民戶高程，該村百年洪水位高于歷史洪水位，利用GIS工具生成百年一遇設(shè)計(jì)洪水的淹沒(méi)范圍為步斗村危險(xiǎn)區(qū)范圍。

4.2 危險(xiǎn)區(qū)等級(jí)確定

根據(jù)國(guó)家山洪災(zāi)害防治評(píng)價(jià)組編制的《山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)技術(shù)》危險(xiǎn)區(qū)等級(jí)劃分為極高危險(xiǎn)、高危險(xiǎn)、危險(xiǎn)3個(gè)等級(jí)的區(qū)域，危險(xiǎn)區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表6。

危險(xiǎn)區(qū)劃分時(shí)應(yīng)注意：不能只依靠洪水重現(xiàn)期來(lái)劃分，必須同時(shí)參考防護(hù)對(duì)象的設(shè)施及其控制斷面水位流量關(guān)系類型等信息。步斗村在劃定危險(xiǎn)區(qū)范圍內(nèi)沒(méi)有學(xué)校、醫(yī)院等重要設(shè)施；河谷形態(tài)為漫灘型，到達(dá)成災(zāi)水位后，對(duì)人口、房屋的影響程度較輕，故未將危險(xiǎn)區(qū)等級(jí)提升一級(jí)；步斗村上下游無(wú)塘壩、小型水庫(kù)、堤防、橋涵等工程，不存在發(fā)生潰壩洪水影響和堵塞壅水影響，故未確定洪水重點(diǎn)影響范圍。

表6 危險(xiǎn)區(qū)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)表

根據(jù)步斗村5年一遇、20年一遇、100年一遇（或最高歷史洪水位）的洪水位、危險(xiǎn)區(qū)范圍內(nèi)山洪災(zāi)害調(diào)查的數(shù)據(jù)及重要基礎(chǔ)設(shè)施信息，步斗村防洪能力為頻率P=2.7%即37年一遇，根據(jù)表6確定該村村危險(xiǎn)區(qū)等級(jí)為危險(xiǎn)，步斗村危險(xiǎn)區(qū)劃分示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 步斗村危險(xiǎn)劃分示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

本文以?shī)錈┛h步斗村為例敘述了山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)中危險(xiǎn)區(qū)等級(jí)的劃分，為大規(guī)模開(kāi)展此項(xiàng)工作提供了思路，能進(jìn)一步完善防洪預(yù)案，普及防洪意識(shí)，為群測(cè)群防等工作提供科學(xué)、全面、詳細(xì)的技術(shù)支撐。