張 志 華，崔 豪，許 文 盛，黃 金 權(quán)，杜 俊

(1.長(zhǎng)江科學(xué)院 水土保持研究所，湖北 武漢 430010； 2.水利部山洪地質(zhì)災(zāi)害防治工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430010)

0 引 言

東盟(東南亞國(guó)家聯(lián)盟)地處亞洲與大洋洲、太平洋與印度洋的“十字路口”，中國(guó)與東盟國(guó)家陸海相連，共處洪旱災(zāi)害頻發(fā)的東亞、東南亞地區(qū)，在自然、經(jīng)濟(jì)社會(huì)條件和災(zāi)害防控特點(diǎn)上具有相似性，是世界上受氣候變化影響最為嚴(yán)重的熱點(diǎn)地區(qū)之一，防災(zāi)減災(zāi)成為中國(guó)和東盟國(guó)家合作的一個(gè)重要領(lǐng)域[1]。中國(guó)高度重視周邊外交，提出了“親、誠(chéng)、惠、容”的睦鄰周邊外交理念和“一帶一路”倡議[2-3]，東盟國(guó)家成為“海上絲綢之路”發(fā)展戰(zhàn)略的重要合作伙伴。

作為境內(nèi)普遍多山、降雨充沛的低緯度國(guó)家，以老撾為代表的瀾滄江-湄公河五國(guó)飽受洪澇災(zāi)害侵?jǐn)_[4]，境內(nèi)山洪災(zāi)害頻發(fā)，時(shí)常造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)鼐用竦纳?cái)產(chǎn)安全，如1986年在老撾北部烏多姆賽省發(fā)生的山洪災(zāi)害造成52人喪生。近年來，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人口的持續(xù)增長(zhǎng)，老撾水電能源開發(fā)加快，山洪災(zāi)害隱患隨之增加。2018年老撾南部阿速坡省即因大壩垮塌突發(fā)山洪，造成下游100多人死亡和失蹤。然而，與嚴(yán)峻的山洪災(zāi)害形勢(shì)相比，老撾現(xiàn)階段針對(duì)山洪災(zāi)害還沒有形成一套完整的防御體系。

西方發(fā)達(dá)國(guó)家在山洪災(zāi)害防御體系構(gòu)建方面起步較早，如美國(guó)自20世紀(jì)70年代就建立了山洪災(zāi)害預(yù)警指導(dǎo)系統(tǒng)[5]，同時(shí)，美國(guó)國(guó)家水文研究中心開發(fā)的山洪預(yù)警系統(tǒng)，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)65%[6]。日本基本形成了一套較為完善的山洪災(zāi)害防治體系與防御模式[7]。中國(guó)山洪災(zāi)害防治雖然起步較晚，但近幾年隨著全國(guó)山洪災(zāi)害防治項(xiàng)目建設(shè)，在山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)、山洪災(zāi)害區(qū)劃、預(yù)警指標(biāo)、預(yù)報(bào)模型、監(jiān)測(cè)預(yù)警與群測(cè)群防體系等方面取得了較大進(jìn)步，并將項(xiàng)目成果推廣應(yīng)用于地方山洪災(zāi)害防御建設(shè)中[8-9]。張平倉(cāng)等[10]基于暴雨山洪形成機(jī)理、致災(zāi)機(jī)制與過程不清、山洪災(zāi)害過程實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)預(yù)報(bào)預(yù)警精度不高等問題，開展了山區(qū)暴雨洪水時(shí)空演變特征研究及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究。張紅萍[11]分析了中國(guó)山洪災(zāi)害防治面臨的問題，建立了一套完整的山區(qū)小流域洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃的技術(shù)和方法。孫桐等[12]以四川省屏山縣中都河流域“8·16”山洪災(zāi)害為例，采用水位流量反推法和洪水水位陡漲率判定法計(jì)算了山洪災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)閾值。為減輕老撾山洪災(zāi)害造成的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失，提升老撾山洪災(zāi)害防御能力，如何將中國(guó)較為成熟的山洪災(zāi)害防治體系構(gòu)建與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)服務(wù)于老撾山洪災(zāi)害防治體系建立，對(duì)加強(qiáng)中國(guó)-東盟雙方戰(zhàn)略溝通與互信，推動(dòng)中國(guó)與老撾深入務(wù)實(shí)合作等具有重要意義。

本文以老撾境內(nèi)南烏河流域?yàn)檠芯繉?duì)象，分析流域內(nèi)山洪災(zāi)害現(xiàn)狀、成因及危險(xiǎn)度分布，參照國(guó)內(nèi)相似區(qū)域經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建適宜于區(qū)域特征的南烏河流域山洪災(zāi)害防御模式，以期促進(jìn)中國(guó)與老撾在山洪災(zāi)害防御方面的信息共享與合作。

1 南烏河流域基本情況

南烏河，又名南歐江，發(fā)源于中國(guó)云南省江城縣與老撾豐沙里省接壤的邊境山脈一帶，位于老撾北端高原，流域以北與中國(guó)云南省境內(nèi)李仙江支流勐野江流域相鄰，以西接瀾滄江支流南班河和老撾南臘河流域，以東接李仙江下游越南境內(nèi)黑水河(紅河支流)流域。南烏河干流全長(zhǎng)484 km，流經(jīng)豐沙里省、烏多姆賽省、瑯勃拉邦省的18個(gè)縣，是湄公河左岸老撾境內(nèi)最大支流。南烏河流域南北向長(zhǎng)度200～295 km，東西向?qū)挾?25～150 km，中部最寬，流域面積2.46萬km2，約占老撾全國(guó)面積的1/10[13]，如圖1所示。

老撾南烏河流域總面積近80%屬于高原和高山地區(qū)，其余約20%的土地屬于平原地區(qū)。南烏河干流蜿蜒曲折，具有典型的山區(qū)河流特性。屬熱帶季風(fēng)氣候，溫度從北向南逐漸升高，年內(nèi)氣候形成旱、雨兩季，6～11月為雨季，12月至次年5月為旱季，雨季降水量可占年降水的80%以上。根據(jù)氣象監(jiān)測(cè)資料，流域年降雨量約在1 300～1 700 mm之間。流域洪水主要由暴雨形成，多發(fā)生于6～9月，尤以7～8月最頻繁[14-15]。

2 南烏河流域山洪災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)及成因分析

2.1 山洪災(zāi)害易發(fā)程度分區(qū)

南烏河流域超過90%的土地面積屬于山丘區(qū)，完全平坦地區(qū)僅占總面積的2.2%，加之當(dāng)?shù)赜晁渥恪⒂炅考?，土體普遍偏黏、易于產(chǎn)流，具備山洪大面積暴發(fā)的本底條件。此外，一方面考慮到當(dāng)?shù)厝丝诰勐漭^為分散、基礎(chǔ)防御設(shè)施不足的現(xiàn)狀，流域山洪災(zāi)害隱患較大；另一方面，由于當(dāng)?shù)厣仲Y源保存較好，植被覆蓋率很高，區(qū)域地質(zhì)活動(dòng)總體亦不活躍，南烏河流域的土壤侵蝕并不嚴(yán)重，松散體和不穩(wěn)定坡體的分布范圍也不大，因此發(fā)育的山洪類型以山溪性洪水為主，滑坡、泥石流等次生過程較少發(fā)生。

大起伏山地(山地高差，m)和高強(qiáng)度降雨(降雨強(qiáng)度，mm/min)是山洪發(fā)育的兩個(gè)基本條件，將兩類要素圖層進(jìn)行代數(shù)疊加，可以得到南烏河流域山洪易發(fā)程度分布圖，采用自然斷點(diǎn)法，可將其分為低易發(fā)區(qū)、中易發(fā)區(qū)和高易發(fā)區(qū)3類(見圖2)。

圖2 南烏河流域山洪易發(fā)分布Fig.2 Susceptibility distribution of mountain torrent in Nam Ou River Basin

如圖2所示，南烏河流域現(xiàn)階段山洪中、高易發(fā)區(qū)總面積為13 362.3 km2，占土地總面積的54.3%，其中，中易發(fā)區(qū)8 701.4 km2，占總土地面積的35.4%；高易發(fā)區(qū)4 660.9 km2，占土地總面積的18.9%；尚有11 253.4 km2的土地為山洪易發(fā)程度相對(duì)較低的低易發(fā)區(qū)，占流域土地總面積的45.7%。 從分省區(qū)域差異來看，流域北部的豐沙里省山洪易發(fā)情況最為嚴(yán)峻，中、高易發(fā)區(qū)土地面積約9 593.3 km2，占全流域土地總面積的39.0%。烏多姆賽省和瑯勃拉邦省山洪發(fā)育的自然條件相當(dāng)，瑯勃拉邦省的中、高易發(fā)區(qū)較之于烏多姆賽省分別多出488.1 km2和18.6 km2，瑯勃拉邦省的中、高易發(fā)區(qū)面積占全流域面積較之于烏多姆賽省多出2.1%。

2.2 山洪災(zāi)害成因分析

山洪災(zāi)害是自然和人為因素綜合作用的產(chǎn)物，其中自然因素是山洪發(fā)育的基礎(chǔ)和潛在條件，而人為因素既可能是山洪形成的助力因子，亦是山洪成災(zāi)不可或缺的承災(zāi)要素。老撾南烏河流域降雨量大且較集中，林草覆蓋率高，但是郁閉度低，人口聚落分散、缺乏基本防御設(shè)施。山高、坡陡、谷深、地形破碎的特殊自然地理環(huán)境與降水相對(duì)集中、降雨強(qiáng)度大、頻率高的氣候因素，加之落后的耕作方式和部分生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)亂挖、亂采、亂棄是導(dǎo)致山洪廣泛發(fā)育的主要原因。

3 南烏河流域山洪災(zāi)害危險(xiǎn)度分析

3.1 分析方法

對(duì)于山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估，目前依方法論的差異可分為過程分析法和要素(成因)分析法兩類[16-17]。過程分析法主要基于降雨-產(chǎn)流和洪水演進(jìn)模型模擬[18]，輸出結(jié)果可以具體到不同時(shí)頻洪水的淹沒特征和流速分布。然而，過程分析法對(duì)山丘區(qū)暴雨特征分布、河道糙率、斷面形態(tài)等資料的可靠性要求較為苛刻。要素分析法根據(jù)山洪災(zāi)害與主要自然因子的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系來確定評(píng)估對(duì)象的危險(xiǎn)屬性，一般使用GIS背景下的圖層代數(shù)疊加方法，綜合山洪形成要素圖層得到評(píng)估對(duì)象的危險(xiǎn)度分布特征[19]。與過程分析法相比，要素分析法理論框架成熟、應(yīng)用對(duì)象靈活，對(duì)資料精度要求低，雖然不能直接給出具體的洪水淹沒范圍，但得到的區(qū)域危險(xiǎn)格局對(duì)于初步風(fēng)險(xiǎn)管理仍然具有重要的參考價(jià)值，且相對(duì)容易驗(yàn)證，具有較高的可靠性。因此，對(duì)于缺少山洪災(zāi)害防御工作基礎(chǔ)的老撾來說，是更為適合推廣和應(yīng)用的方法。本研究在要素危險(xiǎn)評(píng)估的框架下，采用GIS、FFPI、CN等多種技術(shù)手段構(gòu)建評(píng)估體系，對(duì)老撾南烏河流域的山洪災(zāi)害危險(xiǎn)格局進(jìn)行比較研究。

FFPI算法的原理是基于土壤類型、土地利用、地形坡度和植被覆蓋4類要素與降雨產(chǎn)流之間的物理和經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，將各要素的作用按10個(gè)程度梯度進(jìn)行量化賦分，之后在GIS技術(shù)支持下，通過這4類要素圖層的代數(shù)疊加獲得山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性分布圖。CN圖層算法，即CN-降雨侵蝕力法，其原理是根據(jù)土壤類型、土地利用類型與降雨產(chǎn)流之間的水文關(guān)系，提出的一種反映下墊面入滲或產(chǎn)流潛能的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，該參數(shù)結(jié)合降雨和前期土壤濕度數(shù)據(jù)，計(jì)算得到各場(chǎng)次降雨的產(chǎn)流量。同時(shí)，考慮雨強(qiáng)和降雨動(dòng)能的降雨侵蝕力指標(biāo)，計(jì)算山洪發(fā)育的外營(yíng)力因素。將產(chǎn)流量和外營(yíng)力因素歸一化并進(jìn)行乘積疊加，得到最終的山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性分布圖。

3.2 山洪災(zāi)害危險(xiǎn)度分布

基于老撾自然資源與環(huán)境保護(hù)部提供的老撾全國(guó)13個(gè)雨量站點(diǎn)1994～2009年逐月雨量數(shù)據(jù)，以及中國(guó)氣象局提供的中國(guó)云南省及其周邊68個(gè)雨量站點(diǎn)1951～2002年逐月雨量數(shù)據(jù)，采用降雨侵蝕力指標(biāo)、土壤與土地利用類型指標(biāo)、地形類指標(biāo)、森林覆蓋指標(biāo)、流域形狀及面積指標(biāo)，以及各省山洪災(zāi)害危險(xiǎn)度等各類要素指標(biāo)圖層，得到基于FFPI算法的南烏河流域山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性分布圖，將產(chǎn)流量和外營(yíng)力因素歸一化并進(jìn)行乘積疊加，可以得到基于CN-降雨侵蝕力算法的危險(xiǎn)性分布圖(見圖3)。

圖3 基于FFPI和CN圖層算法的南烏河流域山洪災(zāi)害 危險(xiǎn)度分布Fig.3 Distribution of risk degree of mountain torrent disasters in Nam Ou River Basin based on FFPI and CN layer algorithm

FFPI算法側(cè)重于對(duì)區(qū)域下墊面特征的綜合反映，特別突出了土壤入滲屬性對(duì)山洪發(fā)育的影響。始成土由于礫石和沙粒含量較高，產(chǎn)流能力偏弱，所在區(qū)域的山洪易發(fā)水平明顯低于周邊。同時(shí)，地形的作用也較為顯著，流域北部、中部和南部大起伏山地的危險(xiǎn)性特征均處于較高水平。比較而言，基于CN圖層算法的危險(xiǎn)圖則具有更為明顯的空間趨勢(shì)分布特征，山洪危險(xiǎn)性由西北向東南逐步降低，集中體現(xiàn)了降雨分布格局對(duì)山洪發(fā)育的直接影響。

4 南烏河流域山洪災(zāi)害防御模式構(gòu)建

考慮到老撾目前的國(guó)家財(cái)政和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，當(dāng)?shù)厣胶榉乐螒?yīng)本著“低成本、高效益、首先保障人民群眾的生命安全”的原則開展工作，故以中國(guó)投入/產(chǎn)出比較高的“以防為主、防治結(jié)合”“以非工程措施為主，工業(yè)措施與非工程措施相結(jié)合”的山洪防治理念亦適用于老撾。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)當(dāng)?shù)鼐唧w的小流域人文與自然地理特征，給出了基本的分區(qū)防御對(duì)策，如表1所列。

表1 南烏河流域山洪災(zāi)害防治對(duì)策Tab.1 Prevention measurements of mountain torrent disasters in Nam Ou River Basin

4.1 水雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布設(shè)

基于中國(guó)-東盟海上合作基金，長(zhǎng)江水利委員會(huì)開展實(shí)施了“中國(guó)-東盟國(guó)家防洪抗旱應(yīng)急管理合作”項(xiàng)目，在南烏河流域Nam Phak河支流建立了雨量墑情站(見圖4)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行定期分析，結(jié)果與老撾方共享。

圖4 南烏河流域水雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布設(shè)Fig.4 Installation of water and rain monitoring system in Nam Ou River Basin

雨量墑情站的水雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括雨量計(jì)、墑情傳感器、無線傳輸系統(tǒng)等，用于監(jiān)測(cè)當(dāng)?shù)亟涤炅亢屯寥篮?。采用野外一體化機(jī)架和不銹鋼機(jī)箱方式安裝布置設(shè)備，雨量計(jì)安裝在一體化機(jī)架頂端，不銹鋼機(jī)箱安裝在機(jī)架中部側(cè)面。太陽能電池板、通訊模塊天線等合理、牢固地安裝在機(jī)架上，各安裝點(diǎn)需要在水平和垂直方向具備一定的調(diào)節(jié)能力以避免安裝設(shè)備的相互干擾或遮擋。將RTU、通訊模塊(GPRS、衛(wèi)星終端)、充放電控制器、蓄電池等集成在一體化不銹鋼機(jī)箱內(nèi)，采用線槽布置線纜、接線端子壓接線纜頭。墑情傳感器采用“三點(diǎn)法”布設(shè)，防護(hù)措施選用焊接的鋼筋籠或者鋼絲網(wǎng)防護(hù)，減少人為破壞。

4.2 山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)

山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)由基于平臺(tái)的山洪災(zāi)害防御預(yù)警系統(tǒng)和山洪災(zāi)害群測(cè)群防預(yù)警系統(tǒng)組成[20-21]?；谄脚_(tái)的山洪災(zāi)害防御預(yù)警系統(tǒng)，主要由信息匯集子系統(tǒng)、信息查詢子系統(tǒng)、預(yù)報(bào)決策子系統(tǒng)和預(yù)警子系統(tǒng)組成，其中預(yù)警子系統(tǒng)流程如圖5所示。防御預(yù)警系統(tǒng)在縣級(jí)以上防汛指揮部門建立，山洪災(zāi)害嚴(yán)重的區(qū)域應(yīng)建立該系統(tǒng)，以獲取實(shí)時(shí)水雨情信息，及時(shí)制作、發(fā)布山洪災(zāi)害預(yù)報(bào)警報(bào)；群測(cè)群防預(yù)警系統(tǒng)包括預(yù)警發(fā)布及程序、預(yù)警方式、警報(bào)傳輸和信息反饋通信網(wǎng)、警報(bào)器設(shè)置等；預(yù)警信息、預(yù)警方式、預(yù)警等應(yīng)根據(jù)各地的具體條件，因地制宜地確定，預(yù)警方式、預(yù)警信號(hào)應(yīng)簡(jiǎn)便，且易于被老百姓接受。

圖5 預(yù)警子系統(tǒng)組成及流程示意Fig.5 Composition and flow chart of pre-warning subsystem

山洪災(zāi)害群測(cè)群防體系是山洪災(zāi)害防御工作的重要內(nèi)容，與監(jiān)測(cè)預(yù)警體系相輔相成、互為補(bǔ)充，共同發(fā)揮災(zāi)害防御作用，形成“專群結(jié)合”的山洪災(zāi)害防御體系[22]。依據(jù)中國(guó)經(jīng)驗(yàn)，山洪災(zāi)害防治區(qū)內(nèi)的村按照“十個(gè)一”的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)：建立一套責(zé)任制體系，編制一個(gè)防御預(yù)案，至少安裝一個(gè)簡(jiǎn)易雨量報(bào)警器(重點(diǎn)區(qū)域適當(dāng)增加)，配置一套預(yù)警設(shè)備(重點(diǎn)村配置一套無線預(yù)警廣播)，制作一個(gè)宣傳欄，每年組織一次培訓(xùn)、開展一次演練，每個(gè)危險(xiǎn)區(qū)應(yīng)確定一處臨時(shí)避險(xiǎn)點(diǎn)、設(shè)置一組警示牌，每戶發(fā)放一張明白卡(含宣傳手冊(cè))。

(1) 對(duì)于責(zé)任制體系，南烏河流域的山洪災(zāi)害防御工作可實(shí)行縣、村兩級(jí)首長(zhǎng)負(fù)責(zé)制，建立縣(區(qū))、村兩級(jí)群測(cè)群防組織指揮機(jī)構(gòu)。有山洪災(zāi)害防御任務(wù)的縣級(jí)行政區(qū)，縣級(jí)防汛抗旱指揮部統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和組織山洪災(zāi)害防御工作；有山洪災(zāi)害防御任務(wù)的村也成立簡(jiǎn)易的山洪災(zāi)害防御工作組。

(2) 對(duì)于防御預(yù)案，山洪災(zāi)害應(yīng)急處置流程設(shè)定是防御預(yù)案編制的重點(diǎn)。按照危害程度和發(fā)展情況，山洪災(zāi)害可分為特重大、重大、較大、輕微四級(jí)，按照不同級(jí)別采取不同的應(yīng)急處置流程。

(3) 對(duì)于簡(jiǎn)易雨量報(bào)警器，由室外承雨器和室內(nèi)告警器兩部分組成。室外承雨器采用翻斗式雨量計(jì)采集降雨，采集到的雨量數(shù)據(jù)通過無線或有線傳輸發(fā)送至室內(nèi)告警器；室內(nèi)告警器具有雨量統(tǒng)計(jì)功能，通過微處理器分析和判斷降雨數(shù)據(jù)，達(dá)到臨界雨量時(shí)發(fā)出聲、光、語音多種方式報(bào)警，警告群眾警惕可能暴發(fā)的山洪并開始組織轉(zhuǎn)移。

(4) 宣傳、培訓(xùn)和演練是山洪災(zāi)害群測(cè)群防體系的重要組成部分。通過培訓(xùn)和演練，讓山洪災(zāi)害防治區(qū)居民認(rèn)識(shí)到防御山洪災(zāi)害的重要性，進(jìn)一步提高對(duì)山洪災(zāi)害的認(rèn)識(shí)和理解，有效提高自救能力；可印刷《山洪災(zāi)害防御知識(shí)宣傳手冊(cè)》，語言通俗易懂，圖文并茂，宣傳山洪災(zāi)害防御知識(shí)；還可制作宣傳牌、宣傳欄，制作警示牌，公布當(dāng)?shù)厣胶闉?zāi)害的危險(xiǎn)區(qū)、安全區(qū)及轉(zhuǎn)移方案。

5 結(jié) 語

目前老撾還未開展山洪災(zāi)害預(yù)警等工作，山洪災(zāi)害防御體制機(jī)制不健全。南烏河流域內(nèi)地形以山地丘陵為主，起伏大、坡度陡，加之當(dāng)?shù)亟涤炅看蟆⒈┯昙?，?dāng)?shù)厥⑿械倪w移農(nóng)業(yè)(特別是刀耕火種)對(duì)森林植被破壞力較大，一系列水電開發(fā)項(xiàng)目的建設(shè)和使用等均增大了當(dāng)?shù)厣胶闉?zāi)害防御壓力。本文通過分析南烏河流域山洪災(zāi)害成因，運(yùn)用多種算法計(jì)算得到南烏河流域山洪災(zāi)害危險(xiǎn)度分布圖，得出南烏河流域中高易發(fā)區(qū)面積占流域總面積的54.3%，山洪危險(xiǎn)度分布由西北向東南方向逐漸降低。從非工程措施角度，本文考慮了水雨情監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝、山洪災(zāi)害防御預(yù)警系統(tǒng)及群測(cè)群防預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)建，提出了南烏河典型小流域山洪災(zāi)害防御模式，為老撾山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)及防治體系構(gòu)建提供參考，對(duì)推進(jìn)“一帶一路”倡議、促進(jìn)中國(guó)與老撾在山洪災(zāi)害防御方面的信息共享與合作具有重要意義。