程艷濤 劉大川 羅清元

摘 要：河南省山洪災(zāi)害分析評價主要在全省79個縣、7.82萬km2的山洪災(zāi)害防治區(qū)，按照10～50km2劃分小流域，以小流域為單元，開展山洪災(zāi)害基本情況、小流域基本特征、水文、社會經(jīng)濟(jì)等情況的調(diào)查，綜合分析沿河村落和城鎮(zhèn)的防洪現(xiàn)狀，以村為單元劃定危險區(qū)，科學(xué)確定預(yù)警指標(biāo)和閾值，為及時準(zhǔn)確預(yù)警和災(zāi)害防御提供基礎(chǔ)支撐。

1 分析評價背景

依據(jù)《全國中小河流治理和病險水庫除險加固、山洪地質(zhì)災(zāi)害防御和綜合治理總體規(guī)劃》、《全國山洪災(zāi)害防治項目實施方案》（2013～2015年）和《河南省山洪災(zāi)害防治項目實施方案》（2013～2015年），山洪災(zāi)害防治項目主要開展山洪災(zāi)害防治非工程措施（山洪災(zāi)害調(diào)查評價、已建非工程措施補(bǔ)充完善）和重點山洪溝治理兩大方面的建設(shè)任務(wù)。

通過開展山洪災(zāi)害分析評價，深入分析山洪災(zāi)害防治區(qū)暴雨特性、小流域特征、社會經(jīng)濟(jì)和歷史山洪災(zāi)害情況，分析小流域洪水規(guī)律，評價山洪災(zāi)害重點防治區(qū)內(nèi)沿河村落、集鎮(zhèn)、城鎮(zhèn)的現(xiàn)狀防洪能力，劃分不同等級危險區(qū)，科學(xué)確定預(yù)警指標(biāo)和閾值，為及時準(zhǔn)確發(fā)布預(yù)警信息、安全轉(zhuǎn)移人員提供基礎(chǔ)支撐。山洪災(zāi)害分析評價范圍為《全國中小河流治理和病險水庫除險加固、山洪地質(zhì)災(zāi)害防御和綜合治理總體規(guī)劃》中確定的我省7.82km2的山洪災(zāi)害防治區(qū)，涉及13個地級市、79個縣（市、區(qū)）。2013年度山洪災(zāi)害防治建設(shè)任務(wù)分析評價14個縣，2014年度建設(shè)任務(wù)分析評價33個縣，2015年度建設(shè)任務(wù)分析評價32個縣。

2 技術(shù)路線

山洪災(zāi)害分析評價工作基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理和山洪災(zāi)害調(diào)查的成果，針對沿河村落、集鎮(zhèn)和城鎮(zhèn)等具體防災(zāi)對象開展，按主要包括暴雨洪水計算、分析評價、預(yù)警指標(biāo)。暴雨洪水計算階段。假定暴雨洪水同頻率，根據(jù)指定頻率，選擇適合當(dāng)?shù)貙嶋H情況的小流域設(shè)計暴雨洪水計算方法，對各防災(zāi)對象所在小流域進(jìn)行設(shè)計暴雨分析計算，對相應(yīng)的控制斷面進(jìn)行設(shè)計洪水分析計算，得到控制斷面各頻率的洪峰流量、洪量、上漲歷時、洪水過程以及洪峰水位，采用概化法與目測法等方法確定河谷形態(tài)，分析水位流量關(guān)系曲線類型，并分析和論證計算成果的合理性。分析評價階段?；谛×饔蛟O(shè)計暴雨洪水計算的成果，進(jìn)行沿河村落、集鎮(zhèn)和城鎮(zhèn)等防洪現(xiàn)狀評價、預(yù)警指標(biāo)分析等分析評價工作。雨量預(yù)警指標(biāo)可采用經(jīng)驗估計、降雨分析以及模型分析等方法進(jìn)行分析確定。基本方法是根據(jù)成災(zāi)水位反推流量，由流量反推降雨。水位預(yù)警指標(biāo)采用洪水演進(jìn)方法和歷史洪水分析方法進(jìn)行分析確定。

3 設(shè)計暴雨計算

設(shè)計暴雨計算所涉及的小流域指防災(zāi)對象控制斷面以上或以其下游不遠(yuǎn)處為出口的完整集水區(qū)域。設(shè)計暴雨計算是無實測洪水資料情況下進(jìn)行設(shè)計洪水計算的前提，也是確定預(yù)警臨界雨量的重要環(huán)節(jié)，計算內(nèi)容包括確定和分析小流域時段雨量、暴雨頻率和暴雨時程分配。

3.1 暴雨歷時確定

暴雨歷時分析是根據(jù)流域大小和產(chǎn)匯流特性，確定小流域設(shè)計暴雨所需要考慮的最長暴雨歷時及其典型歷時。暴雨歷時分析包括流域匯流時間、常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)歷時和自行確定歷時3類。根據(jù)河南省設(shè)計暴雨分析計算的經(jīng)驗以及長期以來的應(yīng)用實際，本項目暴雨歷時選定為1 小時、3小時、6小時、流域匯流時間、24小時等時段的設(shè)計暴雨，因此這樣選擇是十分合理的。流域匯流時間的確定：根據(jù)小流域地貌單位線底寬確定，取整數(shù)，例如大于5小時、小于6小時取6小時，以此類推。

3.2 暴雨頻率確定

分析評價計算暴雨的頻率為5年一遇、10年一遇、20 年一遇、50年一遇、100 年一遇 5 種。

3.3 設(shè)計雨型確定

采用《河南省暴雨圖集》提供的方法確定設(shè)計暴雨雨型，開展時程分配計算。

3.4 計算方法

由于計算單元均位于河南省山丘區(qū)，不僅沒有流量資料，基本雨站也極少;即使有雨量站，也缺乏長系列的觀測資料。因此在本項目設(shè)計暴雨分析計算時，采用《河南省暴雨圖集》提供的基礎(chǔ)資料和方法，完全能夠滿足《山洪災(zāi)害調(diào)查技術(shù)要求》。利用GIS和河南省1：50000矢量圖層，將小流域圖層、《河南省暴雨各類圖集》暴雨特征分布曲線疊加在矢量圖層上。以每個小流域形心為特征點，提取各類暴雨參數(shù)值。

4 設(shè)計洪水分析計算

設(shè)計洪水分析中，假定暴雨與洪水同頻率，即5年一遇、10年一遇、20年一遇、50年一遇、100年一遇5種，基于設(shè)計暴雨成果，以沿河村落、集鎮(zhèn)和城鎮(zhèn)附近的河道控制斷面為計算斷面，進(jìn)行各種頻率設(shè)計洪水的計算和分析，再根據(jù)控制斷面的水位流量關(guān)系，將洪峰流量轉(zhuǎn)化為水位，并分析水位流量關(guān)系曲線類型，為現(xiàn)狀防洪能力評價和預(yù)警指標(biāo)分析提供支撐。

4.1 產(chǎn)流計算

產(chǎn)流計算可以采用水文比擬法、暴雨圖集中產(chǎn)流方案、初損后損法、蓄滿產(chǎn)流模型（新安江）等方法。

4.2 匯流計算

根據(jù)山洪的特點，匯流計算成果主要包括洪峰流量、洪量、上漲歷時、洪水歷時?？梢圆捎媒?jīng)驗公式法、地貌單位線法、水文比擬法、洪峰模數(shù)法、水面線法、分布式模型等方法。匯流計算時依據(jù)的設(shè)計暴雨時段為1、3、6、24、匯流時間5種時段，計算時段為30分鐘。

4.3 水位流量關(guān)系計算及設(shè)計水位分析

4.3.1 水位流量關(guān)系計算

采用水位流量關(guān)系或曼寧公式等水力學(xué)方法，將沿河村落、集鎮(zhèn)和城鎮(zhèn)河道控制斷面設(shè)計洪水洪峰流量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的水位，繪制水位流量關(guān)系曲線。

根據(jù)本次量算的河道斷面資料，計算出河道坡降及控制斷面水力參數(shù)，采用曼寧公式推求控制斷面水位流量關(guān)系，計算公式為：

Q=×A×R2/3×J1/2

式中：Q—流量（m3/s）;

n—河床糙率;

A—相應(yīng)水位過水?dāng)嗝婷娣e（m2）;

R=A/X ;R—水力半徑（m），X—濕周（m）;

J—水力坡降。

根據(jù)該方法可以分析計算出每個斷面的水位流量關(guān)系曲線。

4.3.2 各頻率設(shè)計洪水洪峰流量的相應(yīng)水位推求

根據(jù)已經(jīng)計算獲取的各頻率設(shè)計洪水洪峰流量，在水位流量關(guān)系曲線上可以查得相應(yīng)水位。

4.4 防洪現(xiàn)狀評價

防洪現(xiàn)狀評價是在設(shè)計洪水計算分析的基礎(chǔ)上，分析沿河村落、集鎮(zhèn)和城鎮(zhèn)等防災(zāi)對象的現(xiàn)狀防洪能力，為山洪災(zāi)害防御預(yù)案編制、人員轉(zhuǎn)移、臨時安置等提供支撐?，F(xiàn)狀防洪能力分析主要內(nèi)容是沿河村落、集鎮(zhèn)和城鎮(zhèn)等防災(zāi)對象成災(zāi)水位對應(yīng)洪峰流量的頻率分析，并根據(jù)需要輔助分析沿河道路、橋涵、沿河房屋地基等特征水位對應(yīng)洪峰流量的頻率，綜合評價現(xiàn)狀防洪能力。

5 預(yù)警指標(biāo)分析

預(yù)警指標(biāo)包括雨量預(yù)警指標(biāo)與水位預(yù)警指標(biāo)2類，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。臨界雨量指導(dǎo)致一個流域或區(qū)域發(fā)生山溪洪水可能致災(zāi)時，即達(dá)到成災(zāi)水位時，降雨達(dá)到或超過的最小量級和強(qiáng)度，降雨總量和雨強(qiáng)、土壤含水量以及下墊面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(zāi)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(zāi)水位對應(yīng)的流量值，再根據(jù)設(shè)計暴雨洪水計算方法和典型暴雨時程分布，反算設(shè)計洪水洪峰達(dá)到該流量值時，各個預(yù)警時段設(shè)計暴雨的雨量。水位預(yù)警指標(biāo)包括立即轉(zhuǎn)移水位和準(zhǔn)備準(zhǔn)以水位。對應(yīng)于立即轉(zhuǎn)移水位和準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移水位的雨量預(yù)警指標(biāo)分別為立即轉(zhuǎn)移雨量和準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移雨量預(yù)警指標(biāo)。

作者簡介：程艷濤（河南省水文水資源局 河南鄭州 450003）;

程艷濤（1983.10），男 漢族 河南南陽人 學(xué)歷：研究生 職稱：工程師，從事水文水資源工作。