曾 適，同 斌，熊金和

(長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局長(zhǎng)江上游水文水資源勘測(cè)局，重慶 400020)

山洪災(zāi)害突發(fā)性強(qiáng)，破壞力大，在局部地區(qū)引發(fā)的災(zāi)害往往會(huì)給人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全帶來巨大威脅；同時(shí)，由于山洪災(zāi)害多發(fā)生在小流域，用常規(guī)的降雨徑流等洪水預(yù)報(bào)方法很難對(duì)其進(jìn)行預(yù)報(bào)預(yù)警。因此，山洪致災(zāi)雨量預(yù)警方法的研究對(duì)減小山洪災(zāi)害的危害具有極為重要的意義。目前常見的山洪災(zāi)害預(yù)警分析中主要有經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法、降雨分析法以及模型分析法等，本文就降雨分析法預(yù)警模式在西沖河流域的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 降雨分析法

降雨分析法的3個(gè)關(guān)鍵要素為降雨、土壤含水量以及流域下墊面。發(fā)生山洪的區(qū)域往往以小流域居多，而小流域地形地貌、植被覆蓋、土壤類型等下墊面因素相對(duì)穩(wěn)定，主要的變化因素為降雨和土壤含水量，且土壤含水量受長(zhǎng)時(shí)段降雨影響非常大，二者均可以通過降雨強(qiáng)度及時(shí)段降雨進(jìn)行分析后得出，進(jìn)而分析得出山洪發(fā)生與場(chǎng)次降雨和前期降雨某種組合值的臨界關(guān)系。該方法適用于有較長(zhǎng)系列降雨資料的區(qū)域，對(duì)于無資料的區(qū)域可借用鄰近區(qū)域降雨資料進(jìn)行分析。

針對(duì)具體的小流域，降雨分析法是通過計(jì)算其降雨強(qiáng)度以及時(shí)段降雨等信息，用來分析山洪發(fā)生與否的臨界條件。通常認(rèn)為，降雨強(qiáng)度及時(shí)段降雨的某種組合達(dá)到和超過一定臨界值后，即會(huì)發(fā)生山洪，該組合也稱為降雨驅(qū)動(dòng)指標(biāo)，表達(dá)式如下：

RTI=R×I

(1)

式中：I為某時(shí)段降雨強(qiáng)度，mm/h；R為該時(shí)段之前的有效累計(jì)降雨量，mm，即：

(2)

式中：I為某時(shí)段降雨強(qiáng)度，mm/h；R為該時(shí)段之前的有效累計(jì)降雨量，mm；R0為本次前段降雨量，Ri為本次降雨開始前i天日降雨量(因前八天雨量的權(quán)重小于0.17，予以忽略不計(jì)，故有效累積雨量只考慮前6 d的降雨影響)，a為日降雨量加權(quán)系數(shù)，一般a=0.8，各地應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況率定和調(diào)整。

1.1 代表雨量站

降雨分析法雨量預(yù)警指標(biāo)是面平均雨量。實(shí)際預(yù)警應(yīng)用中，應(yīng)先將與流域相關(guān)的雨量站雨量數(shù)據(jù)處理為流域的代表雨量，再將代表雨量與雨量預(yù)警指標(biāo)比較，然后決定預(yù)警與否及預(yù)警等級(jí)。

流域代表雨量處理有以下兩種典型情況：

(1)流域內(nèi)或流域周邊與流域關(guān)系密切的自動(dòng)雨量站有多個(gè)，這些站點(diǎn)同時(shí)為流域提供雨量信息。這種情況下，可以采用等雨量線法、泰森多邊形法、算術(shù)平均值法等，將多站雨量數(shù)據(jù)處理為流域的代表雨量。

(2)只有或者只選擇一個(gè)雨量站為流域提供代表雨量信息。這種情況下，可將位于流域中心或者代表性位置的單個(gè)雨量站的資料，直接或者適當(dāng)修正后，作為流域降雨的代表雨量。

1.2 雨場(chǎng)劃分

對(duì)于降雨分析法，在進(jìn)行代表雨量計(jì)算時(shí)，雨場(chǎng)劃分是非常重要的基礎(chǔ)性技術(shù)工作，以4 mm為降雨場(chǎng)次劃分標(biāo)準(zhǔn)劃分雨場(chǎng)，即一場(chǎng)連續(xù)降雨過程中，以小時(shí)雨量大于4 mm時(shí)的時(shí)刻為場(chǎng)次降雨開始時(shí)刻，以小時(shí)雨量連續(xù)3小時(shí)小于4 mm的開始點(diǎn)為降雨結(jié)束時(shí)刻。見圖1。

圖1 降雨場(chǎng)次劃分示意圖

1.3 預(yù)警基準(zhǔn)值的確定

首先是收集區(qū)域內(nèi)歷年降雨時(shí)間序列，按照上述雨場(chǎng)劃分方式，將降雨時(shí)間序列分割成多個(gè)降雨場(chǎng)次，分析每次降雨發(fā)生山洪的時(shí)刻，再以引發(fā)山洪時(shí)刻的小時(shí)降雨強(qiáng)度I及該時(shí)刻之前的有效累積降雨量R的乘積，計(jì)算出該次降雨的RTI值。如果不知道該次降雨引發(fā)山洪的時(shí)刻或該場(chǎng)降雨沒有引發(fā)山洪，則以該次降雨的最大小時(shí)降雨強(qiáng)度I及其之前的有效累積降雨量R的乘積作為RTI值。將所有發(fā)生山洪的最小RTI值定義為下邊界，記為RTI10，表示在此下邊界以下(RTIRTI90)發(fā)生山洪的可能性很大。為了便于說明一場(chǎng)降雨引發(fā)山洪的可能性，本文將下邊界RTI10和上邊界RTI90分別定為發(fā)生山洪的可能性是10%和90%。當(dāng)某場(chǎng)降雨的值在下邊界下方時(shí)，表示該場(chǎng)降雨引發(fā)山洪的可能性小于10%，反之，當(dāng)RTI值在上邊界上方時(shí)，表示該場(chǎng)降雨引發(fā)山洪的可能性高于90%。當(dāng)RTI值位于上下邊界之間，則定義該場(chǎng)降雨引發(fā)山洪的可能性P和RTI值成正比關(guān)系，即：

(3)

2 西沖河流域的應(yīng)用實(shí)例

2.1 西沖河流域及站網(wǎng)介紹

西沖河是典型的山溪性小河流，發(fā)源于貴州省盤縣境內(nèi)的大小爬山，流經(jīng)大莊、大屯兩鄉(xiāng)、西沖鎮(zhèn)及盤縣城關(guān)鎮(zhèn)，流域內(nèi)有盤縣水文站，屬于小河控制站，集水面積32 km2。該地區(qū)年平均暴雨次數(shù)約有5次，洪水出現(xiàn)的時(shí)間與暴雨相對(duì)應(yīng)，大洪水發(fā)生在6月～7月，多數(shù)為單式洪峰，陡漲陡落，洪峰持續(xù)時(shí)間短(10 min～20 min)，洪水歷時(shí)過程一般是1 d。盤縣站預(yù)警水位6.26 m，相應(yīng)流量34.2 m3/s，預(yù)報(bào)斷面以上有核桃園、楊家莊、大莊3個(gè)雨量站，均有較長(zhǎng)系列資料，目前有盤縣站及相應(yīng)雨量站1992年、1999年、2000年和2005年～2012年的資料。站網(wǎng)分布圖見圖2。

圖2 盤縣站以上水情站網(wǎng)分布圖

2.2 降雨驅(qū)動(dòng)指標(biāo)RTI推算

對(duì)收集到的11年降雨資料進(jìn)行分析后得出，盤縣站一共有50場(chǎng)較大的降雨過程，其中，導(dǎo)致洪水超警戒流量的降雨場(chǎng)次共11次。發(fā)生山洪降雨場(chǎng)次中最小的值為758 mm2/h，記為RTI10=758 mm2/h；根據(jù)所有降雨場(chǎng)次的值排序確定RTI10=1300 mm2/h。由此可以得出盤縣站降雨分析法成果圖，見圖3。

圖3 盤縣站降雨分析法成果圖

2.3 2014年9月暴雨中的應(yīng)用

受臺(tái)風(fēng)“海鷗”影響，9月16日～18日，西沖河區(qū)域普降大到暴雨，造成盤縣境內(nèi)多次出現(xiàn)滑坡、泥石流等災(zāi)害。其中，9月18日14時(shí)03分盤縣西鋪村西鋪小學(xué)旁滑坡體瞬間下滑，造成12戶村民的12棟房屋、40余頭大小牲畜、10余輛摩托車被掩埋，直接經(jīng)濟(jì)損失480余萬元，所幸此次滑坡發(fā)現(xiàn)及時(shí)，未造成人員傷亡。從本次降雨過程來看，盤縣站上游各雨量站均達(dá)到暴雨級(jí)別，其中，核桃園雨量站17日日降雨量達(dá)到167 mm，3 d累積降雨量達(dá)到224 mm，但由于各時(shí)段降雨分配較為均勻，各雨量站的小時(shí)降雨量普遍不大。盤縣站以上各雨量站降雨情況見表1。

表1 盤縣站以上各雨量站降雨情況表 單位：mm

根據(jù)盤縣站各雨量站的降雨資料按上述方法分別計(jì)算有效累積降雨量及降雨強(qiáng)度，再計(jì)算出盤縣站逐時(shí)降雨驅(qū)動(dòng)指標(biāo)RTI值，計(jì)算結(jié)果見表2。本文以降雨驅(qū)動(dòng)指標(biāo)RTI50為發(fā)布預(yù)警的基準(zhǔn)值(推算RTI50=1030 mm2/h)，結(jié)合表2可以得出17日21時(shí)即可發(fā)布預(yù)警，比盤縣站超警流量時(shí)間提前了1 h 18 min，比發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害的時(shí)間提前了17 h。

表2 盤縣站9月17日降雨驅(qū)動(dòng)指標(biāo)計(jì)算表

3 結(jié)語(yǔ)

本文將降雨分析法預(yù)警模式應(yīng)用到西沖河流域，以為基準(zhǔn)值，提前了1個(gè)多小時(shí)預(yù)警，能夠滿足預(yù)警發(fā)布及疏散工作的要求。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用效果，該方法在氣候濕潤(rùn)、下墊面特性相對(duì)單一且均勻的地區(qū)效果較好，結(jié)合氣象預(yù)報(bào)可獲得較長(zhǎng)預(yù)警時(shí)間；對(duì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)和降雨等氣象資料有一定樣本要求，主要是要求降雨資料，且方法簡(jiǎn)單，在實(shí)際應(yīng)用中易于操作。但降雨分析法沒考慮具體流域下墊面特征和人的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)影響，在今后的研究中應(yīng)對(duì)此部分進(jìn)一步分析。