劉曉麗

（呂梁市水文水資源勘測分局圪洞水文站）

1 資料和方法

1.1 區(qū)域概況

方山縣地處山西省西部，黃河一級支流三川河流域北川河上游。全縣國土總面積977 km2，總?cè)丝?3.0萬人，轄2鄉(xiāng)5鎮(zhèn)，共169個行政村，270個自然村。全縣耕地總面積1.71萬hm2。屬暖溫帶大陸性干旱、半干旱季風(fēng)氣候，四季變化較明顯，春季干燥多風(fēng)，夏季炎熱少雨，秋季陰雨連綿，冬季干燥寒冷。

目前，方山縣山洪災(zāi)害防治非工程措施項目已基本建設(shè)完成，其中包括自動監(jiān)測站29處，簡易雨量站94處，簡易水位站5處，無線預(yù)警廣播101處。布設(shè)的這些站點，構(gòu)成了全縣山洪災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警體系站網(wǎng)；建成的1個縣級預(yù)警平臺和7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)級預(yù)警設(shè)施，組成了從預(yù)警平臺到重點防治區(qū)域的報警體系。

1.2 數(shù)據(jù)來源及分析方法

本項研究所采用的數(shù)據(jù)以2011年為藍(lán)本，依據(jù)水利普查及現(xiàn)場實際調(diào)查所得。文中設(shè)計暴雨和設(shè)計洪水計算，均采用《山西省水文計算手冊》（以下簡稱《水文手冊》）中的方法，其中設(shè)計暴雨采用間接法計算，設(shè)計洪水采用流域模型法計算。

2 設(shè)計暴雨與洪水

2.1 設(shè)計暴雨

采用《水文手冊》中推薦的間接法，對本縣49個沿河村莊進(jìn)行設(shè)計暴雨的計算。依據(jù)《山西省山洪災(zāi)害分析評價技術(shù)大綱》（以下簡稱《大綱》）規(guī)定，暴雨歷時確定為10 min、60 min、6 h、24 h和3 d共5種，暴雨頻率為1%、2%、5%、10%和20%，其對應(yīng)的暴雨重現(xiàn)期為100 a一遇、50 a一遇、20 a一遇、10 a一遇和5 a一遇。

從水文分區(qū)來看，方山縣位于山西省水文分區(qū)的西區(qū)，采用《水文手冊》中西區(qū)主雨日24 h雨型模板為設(shè)計雨型。計算的方法步驟為：

（1）首先，在《水文手冊》中各標(biāo)準(zhǔn)歷時點暴雨和統(tǒng)計參數(shù)等值線圖上，讀取典型歷時的點暴雨均值和Cv值。

（2）然后，根據(jù)讀取的Cv值和各歷時點暴雨均值，計算不同頻率下各標(biāo)準(zhǔn)歷時的設(shè)計點雨量。

（3）接著，根據(jù)點面折減系數(shù)，計算不同頻率下各標(biāo)準(zhǔn)歷時的設(shè)計面雨量。

（4）最后，根據(jù)設(shè)計雨型計算設(shè)計暴雨的時程分配。

2.2 設(shè)計洪水

采用《水文手冊》中推薦的雙曲正切模型進(jìn)行設(shè)計凈雨計算，凈雨過程采用變損失率推理扣損法計算；采用流域模型法對全縣的沿河村莊進(jìn)行設(shè)計洪水計算，匯流時間采用水文模型法確定分析。根據(jù)《大綱》規(guī)定，假設(shè)設(shè)計洪水與設(shè)計暴雨同頻率，設(shè)計洪水的頻率亦為1%、2%、5%、10%和20%，其對應(yīng)的洪水重現(xiàn)期為100 a一遇、50 a一遇、20 a一遇、10 a一遇和5 a一遇。設(shè)計洪水通過設(shè)計暴雨推求。

3 防洪現(xiàn)狀評價

3.1 評價方法

現(xiàn)狀防洪能力評價，主要是在設(shè)計洪水分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)水面線分析成果，劃定危險區(qū)范圍；并根據(jù)實測的居民戶高程信息，統(tǒng)計各沿河村落5個典型頻率設(shè)計洪水位下的累計戶數(shù)、人口，獲得水位-流量-人口關(guān)系，進(jìn)而綜合評價現(xiàn)狀防洪能力。針對防災(zāi)對象，主要評價內(nèi)容包括：成災(zāi)水位與控制斷面確定、控制斷面水位-流量關(guān)系曲線、成災(zāi)水位對應(yīng)的洪峰流量頻率分析、水位-流量-人口關(guān)系統(tǒng)計等四部分。

3.1.1 成災(zāi)水位與控制斷面的確定

對比臨河一側(cè)居民戶的高程與沿河村莊河段水面線，確定成災(zāi)水位。具體方法如下：

（1）根據(jù)各設(shè)計頻率洪水的淹沒范圍，確定可能威脅到居民戶的最小設(shè)計洪水重現(xiàn)期。

（2）將該重現(xiàn)期設(shè)計洪水可能淹沒的臨河一側(cè)居民戶，投影到縱斷面上，繪制出居民戶高程與該重現(xiàn)期設(shè)計洪水水面線的對比示意圖，居民戶低于水面線的即代表被淹沒。

（3）距離該洪水水面線最遠(yuǎn)的居民戶高程，即為成災(zāi)水位；距離該居民戶最近的橫斷面，即為控制斷面。

3.1.2 控制斷面水位-流量關(guān)系曲線

確定控制斷面水位-流量關(guān)系曲線時，如有實測的相關(guān)資料或成果，可優(yōu)先采用。對于無資料地區(qū)，利用各頻率水面線分析成果，繪制控制斷面-水位流量關(guān)系曲線。方山縣各沿河村莊控制斷面均無實測資料，控制斷面的水位-流量關(guān)系計算具體方法如下：

（1）對于控制斷面為河道的，根據(jù)不同頻率的設(shè)計洪峰流量，應(yīng)用水面線軟件計算沿河村莊的水面線，統(tǒng)計生成控制斷面水位-流量關(guān)系曲線。其中，河道比降數(shù)據(jù)采用省測繪院提供的縱斷面數(shù)據(jù)，橫斷面數(shù)據(jù)為修正后的省測繪院提供的數(shù)據(jù)，糙率根據(jù)各沿河村莊實際狀況選取。

（2）對于控制斷面為涉水工程的，如橋梁、涵洞等，采用水力學(xué)法計算其過水能力，將其作為致災(zāi)水位對應(yīng)的洪峰流量。因涉水工程水位-流量關(guān)系的影響因素較多，本次在其上下游選取與控制斷面相類似的斷面，計算其相應(yīng)水位-流量關(guān)系。

3.1.3 成災(zāi)水位對應(yīng)的洪水頻率

成災(zāi)水位所對應(yīng)的洪水頻率，主要根據(jù)水位-流量關(guān)系曲線，推求成災(zāi)水位對應(yīng)的洪峰流量，利用洪峰流量頻率曲線采用插值法確定其頻率以及重現(xiàn)期。

3.1.4 水位-流量-人口關(guān)系

根據(jù)防災(zāi)對象5個典型頻率設(shè)計洪水對應(yīng)的水面線和省測繪院提取的沿河村莊居民戶高程，結(jié)合地形地貌與居民戶高程情況，勾繪劃定各頻率設(shè)計洪水淹沒范圍，并統(tǒng)計不同頻率設(shè)計洪水位下的累計人口和戶數(shù)。

3.2 典型村莊現(xiàn)狀防洪能力評價

武家莊村位于方山縣大武鎮(zhèn)的董河灘溝下游，控制斷面以上流域面積28.10 km2，河長11.34 km，河道比降30.80‰。全村共65戶，135口人。該村沿河分布，村莊周邊主要河流為懂河灘溝。居民戶主要位于河流右岸，村莊緊鄰G209線，公路位于河道右側(cè)。

武家莊村附近河床為砂礫石河床，河槽較平整順直，斷面較齊整，水流較通暢，岸壁兩側(cè)均長有雜草，灘地長有雜草、小樹。綜合分析確定，武家莊村河段河槽糙率為0.025，灘地糙率為0.035。

圖1、圖2分別為武家莊村居民戶高程與水面線對比示意圖、控制斷面水位-流量關(guān)系曲線圖。

圖1 居民戶高程與水面線對比示意圖

圖2 控制斷面水位-流量關(guān)系曲線圖

根據(jù)計算結(jié)果，該村成災(zāi)水位為1 075.06 m，對應(yīng)的成災(zāi)流量和重現(xiàn)期分別為425 m3/s和50 a；在極高危險區(qū)和高危險區(qū)范圍內(nèi)無居民居?。晃ｋU區(qū)范圍內(nèi)有3戶，共15人。根據(jù)水位-流量關(guān)系曲線及成災(zāi)水位、各頻率設(shè)計洪水位下的人口、戶數(shù)統(tǒng)計信息，繪制該村的防洪現(xiàn)狀評價圖（圖3）。

圖3 防洪現(xiàn)狀評價圖

4 預(yù)警指標(biāo)及危險區(qū)圖繪制

4.1 預(yù)警指標(biāo)分析

預(yù)警指標(biāo)分析主要針對危險區(qū)內(nèi)的各個沿河村莊進(jìn)行，分為準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移和立即轉(zhuǎn)移兩級。雨量預(yù)警通過分析不同預(yù)警時段的臨界雨量得出，其指標(biāo)包括時段及其對應(yīng)雨量，具體表現(xiàn)為各個預(yù)警時段的臨界雨量、準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移雨量和立即轉(zhuǎn)移雨量。雨量預(yù)警指標(biāo)計算，采用雙曲正切產(chǎn)流模型與單位線流域匯流模型，對沿河村莊控制斷面以上流域，進(jìn)行產(chǎn)匯流模擬分析，以推求雨量預(yù)警指標(biāo)。受坡面徑流和淤地壩的影響，沿河村莊直接采用降雨頻率進(jìn)行預(yù)警指標(biāo)分析。由于臨界雨量是從成災(zāi)水位對應(yīng)的洪水流量推算的，所以，在數(shù)值上認(rèn)為臨界雨量即為立即轉(zhuǎn)移指標(biāo)。準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移指標(biāo)：當(dāng)預(yù)警時段匯流時間為0.5 h時，準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移指標(biāo)為立即轉(zhuǎn)移指標(biāo)×0.7；當(dāng)預(yù)警時段匯流時間為1 h、2 h、3 h和6 h時，前0.5 h的立即轉(zhuǎn)移指標(biāo)即為該預(yù)警時段的準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移指標(biāo)。

4.2 危險區(qū)圖繪制

根據(jù)《大綱》的要求，針對每一個防災(zāi)對象進(jìn)行危險區(qū)圖繪制，包括基礎(chǔ)底圖信息、主要信息和輔助信息3類。各類信息主要包括：

4.2.1 基礎(chǔ)底圖信息

主要為遙感底圖信息、行政區(qū)劃、居民區(qū)范圍、危險區(qū)、控制斷面、河流流向、防災(zāi)對象在縣級行政區(qū)的空間位置等。

4.2.2 主要信息

主要為各級危險區(qū)（極高、高、危險）空間分布及其人口（戶數(shù)）、房屋統(tǒng)計信息、轉(zhuǎn)移路線、臨時安置地點、典型雨型分布、設(shè)計洪水主要成果、預(yù)警指標(biāo)、預(yù)警方式、責(zé)任人、聯(lián)系方式等。

4.2.3 輔助信息

主要為編制單位、編制時間以及圖名、圖例、比例尺、指北針等地圖輔助信息。

圖4為繪制的武家莊村危險區(qū)圖。

5 結(jié)論

方山縣共160個行政村，其中位于重點防治區(qū)的行政村為49個。根據(jù)《大綱》要求和現(xiàn)場查勘情況，確定了49個沿河村落作為分析評價對象，并對其進(jìn)行了現(xiàn)狀防洪能力、危險區(qū)劃分及預(yù)警指標(biāo)等方面的分析評價，主要結(jié)論如下：

5.1 沿河村莊現(xiàn)狀防洪能力

分析評價表明，在49個沿河村莊中：有4個現(xiàn)狀防洪能力較高，大于100 a一遇洪水水位；其余45個沿河村莊，現(xiàn)狀防洪能力均在100 a一遇洪水水位以下。其中，防洪能力小于5 a一遇洪水水位的有4個，5-20 a一遇洪水水位的有25個，20-50 a一遇洪水水位的有12個，50-100 a一遇洪水水位的有4個。

5.2 沿河村莊危險區(qū)及其人口分布

圖4 武家莊村危險區(qū)劃分示意圖

將存在安全隱患的45個沿河村莊劃分成3個級別的危險區(qū)，并確定了臨時安置點和轉(zhuǎn)移路線，對每一個沿河村莊山洪災(zāi)害防治預(yù)案的編制均有重要參考價值。據(jù)統(tǒng)計，45個沿河村莊各級危險區(qū)的人口數(shù)量及所占比例為：極高危險區(qū)92人，占0.37%；高危險區(qū)568人，占2.26%；危險區(qū)2 797人，占11.13%。

5.3 沿河村莊預(yù)警指標(biāo)及其分布

本項研究分析了45個沿河村莊雨量預(yù)警指標(biāo)的分布情況，并取得了相應(yīng)成果，具體包括45個沿河村莊在土壤較濕、一般、較干等情況下，不同時段內(nèi)的雨量預(yù)警指標(biāo)。這些成果對于完善縣級平臺、綜合提高山洪災(zāi)害防治能力，具有重要作用。