承德市山洪灾害水文预警与实用研究

王鹤鸣，王占升，陆永新，高玉鼎

（河北省承德水文水资源勘测局，河北承德 067000）

承德市山洪灾害水文预警与实用研究

王鹤鸣，王占升，陆永新，高玉鼎

（河北省承德水文水资源勘测局，河北承德 067000）

通过对承德市山洪灾害的调查分析，掌握了山洪灾害的特点和时空分布特征，分析了其成因。建立了以单站临界雨量为基础的单站临界雨量法、区域临界雨量法山洪灾害水文预警模型，经实际应用，取得了较好的效果，为山洪灾害防治的科学决策奠定了基础。

山洪灾害；预警；临界雨量

1 概述

山洪灾害是指由降雨在山丘区引发的洪水灾害及由山洪诱发的泥石流、山体滑坡等对国民经济和人民生命财产造成的危害［1］。在全省18.6万km2面积中，山丘区占11.3万km2。多年来，受区域突发性降雨的影响，山丘区山洪灾害频发，造成了巨大损失。

承德市位于河北省北部，全境属山丘区，是河北省山洪灾害最严重、受威胁人口较多的地区。根据1950～ 2010年承德市山洪灾害调查，共发生了828处山洪灾害，造成人员死亡538人，直接经济损失近百亿元。山洪灾害对山区的基础设施造成毁灭性破坏，严重威胁人民群众的生命安全，已经成为当前防灾减灾中的突出问题。

山洪灾害由暴雨引发，其预警主要受暴雨水文预报的制约，是当前中小河流暴雨预报中的难题之一；同时，由于承德市地处“雾灵山、七老图山暴雨中心”，暴雨强度大、历时短，其难度比其他中小河流更大，因此，本项目具有较强的科研意义和实用价值。

2 研究现状

2006年，国家水行政主管部门编制完成了《全国山洪灾害防治规划》及《全国山洪灾害防治试点县实施方案》，开始了以监测、通信预警、防灾减灾预案为主的非工程措施试点建设，2009年将试点范围扩展到全国103个县（市、区）。

河北省山洪灾害预警起步于2010年，开始在全省16个县进行试点，承德市的围场、隆化两县作为第一期开始编制《山洪灾害防治试点县实施方案》。

国外山洪灾害预警主要以建立雨量监测系统，根据不同时段降雨量及降水性质对山洪灾害的贡献，建立不同水文模型进行预警，如美国水文研究中心的模型等。

3 技术路线

通过对本地区历史山洪灾害相关资料的收集、整理，分析山洪灾害特点及成因，在划分山洪灾害典型区的基础上，从实际应用出发，以单站临界雨量为基础，建立符合承德市特点的山洪灾害水文预警模型，为防洪减灾服务。

4 研究区概况

承德市总面积3.98万km2，地形总趋势由西北向东南倾斜，基本与河流流向一致；按地质条件、地貌形态和成因类型等划分为坝上高原、燕山山地两种地貌单元。其气候属于大陆性季风气候，冬长寒冷干燥，夏短炎热多雨，春秋两季较短暂，多年平均降水量为533.1mm，总的趋势是由北向南逐步递增，北部年降水量400～500mm，中部年降水量500～650mm，南部年降水量650～750mm，降水量年内分配不均，主要集中在6～9月份，占年降水量的70%～80%。其河流分属3个流域，即滦河流域、潮白蓟运河流域、辽河流域。其中滦河流域集水面积2.89万km2，占全市总面积的72.5%；潮白蓟运河流域次之，辽河流域最小。

5 山洪灾害特征及发展趋势

5.1 山洪灾害特点

5.1.1 暴雨山洪出现频率高，季节性强

7、8月是承德市的主汛期，也是山洪灾害的多发期。

5.1.2 山洪来势汹猛，成灾快，持续时间短

本地山高坡陡，溪流密布，山洪汇流迅速、突发性强，往往瞬间成灾。

5.1.3 山洪灾害破坏性大

山洪不仅造成人员伤亡和财产损失，还造成河道改道，耕地受淹，给当地生态环境造成巨大破坏。

5.1.4 预测难度大

受地形地貌、降雨时间和空间分布不均等因素影响，山洪灾害难以预测。

5.1.5 恢复难度大

山洪灾害对山区的水利、交通、电力、通讯、农田、渠道水坝、河堤等基础设施，造成毁灭性的破坏，恢复难度大。

5.2 山洪灾害时空分布特征

从发生时间上看，（1950～2010年）承德市山洪灾害主要发生在1950～2010年降水较大的6～8月份，如图1。从区域分布来看，北部围场、丰宁、隆化三县最多，中部滦平、平泉、承德县山洪灾害较少，南部兴隆、宽城山洪灾害最少，如图2。

图1 承德市山洪灾害与多年平均逐月降水量

图2 承德市及各县区山洪灾害总次数与年降水量

5.3 山洪灾害成因

5.3.1 突降暴雨

汛期6～9月份降水强度大，降水占全年降水量的75%以上，甚至高达85%，进而导致产流迅速，形成山洪，往往导致山洪灾害发生。

5.3.2 下垫面条件差

地形落差大，植被覆盖差导致区域蓄水能力差，极易导致山洪暴发，形成灾害。北部地区由于地质条件差，植被覆盖少，水土流失严重，山洪灾害频频发生，中南部地区植被条件较好，山洪灾害较少。

5.3.3 人为因素

近些年来全市铁矿企业发展迅速，在河道、沟道内堆积矿渣，造成河道阻塞，群众任意在河道栽植树木、开荒种地，造成沟道阻塞，严重影响行洪。

5.3.4 防洪工程标准低

现有的防洪工程防洪标准低，老化失修，缺少拦蓄工程，调节能力差，不能有效抵御较大洪水的侵袭。

6 山洪灾害典型区划分及临界雨量计算

6.1 划分山洪灾害典型区［2］

在山洪灾害发生频繁、人口密度较大、受灾情况较重的地区，有一定数量的雨量监测站及其他相关信息，并且具有一定代表性的区域，可以划分为1个山洪灾害典型区。结合研究区流域和县级行政区，共划分了37个典型区域。

6.2 临界雨量计算［3-4］

统计各雨量站30min、1h、3h、6h、12h、24h最大雨量，过程总雨量及其每项对应的起止时间。本次分析计算采用1960～2009年水文降水量资料。

6.2.1 单站临界雨量计算

假设区域内共有S个雨量站，共发生山洪灾害N次，共统计t个时间段的雨量，Rtij为t时段第i个雨量站第j次山洪灾害的最大雨量，则各站每个时间段N次统计值中，最小的1个为临界雨量初值，即初步认为这个值是临界雨量。

6.2.2 区域临界雨量计算

统计N次山洪灾害各时段最大雨量面平均值的最小值，即为各时段区域山洪临界雨量初值。

Rt临界可视为区域内面平均临界雨量初值，因影响临界雨量的因素多，各次激发灾害发生的雨量不同，因此临界雨量的取值不是1个常数，而是有1个变幅，变幅一般在Rt临界上下1个区间，只要面降雨量在该变幅内，区域内就有可能发生山洪灾害。经分析，该初值往往偏小，故选取单站平均值作为单站雨量临界值更加合理，区域临界雨量的计算也以此为标准进行计算。

7 承德市山洪灾害水文预警模型［5-6］

7.1 预警等级划分

根据预测山洪灾害发生的严重程度和紧急程度。山洪灾害信息预警等级分为3级（Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ），颜色依次为黄色、橙色、红色，3种颜色预警信号分别代表可能出现灾害、出现灾害可能性较大、出现灾害可能性非常大。

7.2 山洪灾害水文预警模型

由于山洪灾害发生地点的不确定性，采用单站临界雨量法、区域临界雨量法综合进行，两种方法互相配合，提高预警精度。

7.2.1 单站临界雨量法

（1）当典型区有一个或一个以上（但总数未超过60%）的雨量站降雨量超过临界值，或者虽然有60%以上（含60%）的雨量站降雨量超过临界值，但这些雨量站累计降雨量没有全部大于等于相应单站过程雨量临界值的a%，启动第Ⅲ级预警。

（2）当典型区有总数目为60%以上（含60%）的雨量站降雨量超过临界值，并且这些雨量站累计降雨量大于等于相应单站过程雨量临界值的a%，启动第Ⅱ级预警。

（3）当典型区有总数目为100%的雨量站降雨量超过临界值，并且这些雨量站累计降雨量大于等于相应单站过程雨量临界值的b%，启动第Ⅰ级预警。a，b取值如表1。

表1 a、b取值单位：%

7.2.2 区域临界雨量法采用标准

（1）当存在典型区面雨量超过区域相应临界值，并且典型区面累计降雨量未超过典型区过程雨量临界值的a%，启动第Ⅲ级预警。

（2）当存在典型区面雨量超过区域相应临界值，并且典型区面累计降雨量大于等于典型区过程雨量临界值的a%，启动第Ⅱ级预警。

（3）当存在典型区面雨量超过区域相应临界值，并且典型区面累计降雨量大于等于典型区过程雨量临界值的b%，启动第Ⅰ级预警。

7.2.3 应注意的问题

（1）山洪灾害预警应综合考虑单站临界雨量和区域临界雨量的预警模型。当采用两种模型评判时，只要1种模型出现更高一级预警，最终预警的结果就是最高一级的预警级别。

（2）参数a、b的选取。参考区域的实际差异和通过部分实际发生的山洪灾害的验证。

8 典型实例

以围场不澄河典型区为例，该典型区面积605km2，共有5个雨量站，分别为锦善堂、蓝旗卡伦、银镇、清泉、边墙山。2010年6月16日17时，围场县不澄河典型区开始降雨，至19时不澄河银镇站超过1h临界值13mm，达18.7mm，山洪灾害预警系统按照预警模型，自动发出Ⅲ级黄色水文信息预警信号。至20时，不澄河银镇站降雨量2h降水量超过3h、6h、12h临界雨量下限达53.3mm，不澄河清泉站超过1h临界值18mm，达44.2mm，同时2h降水量超过3h、6h、12h、24h及过程雨量临界雨量37mm，达52.6mm，面累计雨量已超过不澄河典型区区域过程雨量临界值的50%，预警系统自动发出Ⅱ级橙色水文信息预警信号。

9 结语

（1）承德市山洪灾害主要发生在每年的6～8月份，并且以北部围场、丰宁、隆化三县最多。其成因与降水、地质、植被、人类活动和工程防洪标准低等因素有关。

（2）以单站临界雨量为基础建立了单站临界雨量、区域临界雨量相结合的山洪灾害预警模型，有效提高了预警精度，并在实际应用中取得了较好的效果，也为其他类似地区进行山洪灾害水文预警提供了借鉴，具有较强的推广应用价值。

［1］张平仓.中国山洪灾害防治区划初探［J］.水资源研究，2006（4）.

［2］全国山洪灾害防治规划领导小组办公室.全国山洪灾害防治规划山洪灾害临界雨量分析计算细则（试行）［R］.2003.

［3］陈桂亚，袁雅鸣.山洪灾害临界雨量计算方法研究［J］.人民长江，2005（12）.

［4］赵然杭，王敏，陆小蕾.山洪灾害雨量预警指标确定方法研究［J］.水电能源科学，2011（9）.

［5］水利部水文局（水利信息中心）.中小河流山洪监测与预警预测技术研究［M］.北京：科学出版社，2010.

［6］金友德.小流域山洪预警与防治研究——以浙江省为例［J］.甘肃科技，2011（7）.

Research on Hydrological Warning and Practical of Mountain Torrents Disaster in Chengde City

WANG He-ming，WANG Zhan-sheng，LU Yong-xin，GAO Yu-ding
（Hebei Province Chengde Hydrology and Water Resources Survey Bureau，Chengde 067000，China）

Through the investigation and analysis of the mountain forrents in chande city,this paper grasped the mountain torrents disaster characteristics and the temporal and spatial distribution characteristics，analyzed its causes.This paper established the hydrologic warning model by the combination of the method for single station critical rainfall and for the area critical rainfall based on the single critical rainfall.Through the actual application，the method obtained great effect and made the foundation for preventing mountain torrents disasters scientificly.

mountain torrents disaster；early warning；critical rainfall

TV122.+1

A

1672-9900（2013）01-0010-04

2012-12-11

王鹤鸣（1974-），女（蒙古族），河北承德人，高级工程师，主要从事水文水资源方面工作，（Tel）13832401165。