山洪危害区雨量预警指标计算方法探讨

(甘肃省临洮水文水资源勘测局，甘肃 临洮 730500)

从保护人民群众生命和财产安全出发，将降雨量分为预警雨量和转移雨量，而预警雨量指的是在山洪未发生前向山区人民群众发布危险警告时的实时降雨量。而转移雨量指的是在山洪即将发生或爆发可能性极大时需要通知危险区域群众转移时的降雨量。而对于雨量预警指标的计算尤为重要，正确预测不同降雨指标，掌握好发布预警信号的时机是预测山洪灾害的关键所在，计算的雨量预警指标准确性的高低，对山洪危害区的人民群众遭受损失的大小密切相关。

1 预警时段的概念及确定原则

预警时段指雨量预警指标中采用的典型降雨历时，是雨量预警指标的重要组成部分。受防灾对象上游集雨面积大小、降雨强度、流域形状及其地形地貌、植被、土壤含水量等因素的影响，预警时段会发生变化，需要合理地确定预警时段尤为关键。预警时段确定原则和方法如下：

(1)最长时段确定：将每一个分析对象上游集水区的汇流时间作为每个沿河村落预警指标的最长时段，对于汇流时间较短的(例如1小时)对象增加1～2个时段。

(2)典型时段确定：针对每个沿河村落，对于小于最长时段的其他时段的确定，根据防灾对象所在地区暴雨特性、流域面积大小、平均比降、形状系数、下垫面情况等因素，确定比汇流时间小的短历时预警时段，60 min、180 min等，一般选取2～3个典型预警时段，最小预警时段选为60 min。

(3)综合确定：充分参考前期基础工作成果的流域单位线信息，结合流域暴雨、下垫面特性以及历史山洪情况，综合分析防灾对象所处河段的河谷形态、洪水上涨速率、转移时间及其影响人口等因素后，从而可以确定各防灾对象的各个典型预警时段，从最小预警时段直至流域汇流时间。

2 预警指标计算的基本理论及难点分析

预警指标计算的难点在于如何建立暴雨与设计洪水的关联关系，由于不同地区情况不同，所以要将暴雨与洪水资料相关联起来比较非常困难。时常存在雨量站没有降雨但河道中出现洪水的情况。所以，水文站实测的降雨资料就不能反映洪水的情况，因此，就不能完全根据实测资料进行设计暴雨、设计洪水的关联研究分析。另外一方面，由于许多中小河流上水文站布设密度较大，或者缺乏长系列水文资料，所以进行水文资料统计计算比较困难，要根据实际情况考虑采用各种水文手册进行计算，但是采用不同的水文手册时暴雨洪水关联的前提条件是：必须假设设计暴雨与设计洪水同频，基于该理论首先确定出成灾流量对应的发生频率，然后根据该频率以及通过暴雨图集确定的暴雨参数以及暴雨雨力公式计算得出预警指标值。

所以通过以上方法可以求出预警指标，而根据《山洪灾害分析评价技术要求》需要求出干旱、一般以及湿润三种情况下的预警指标值，为此还需要辨别出以上方法求出的预警指标是何种状态下的预警指标，并计算出另外两种情况的预警指标值。为此可查阅《山洪灾害分析评价方法指南》以及《小流域暴雨洪峰流量计算》，发现预警指标的产流特性与《小流域暴雨洪峰流量计算》中超渗产流的理论较为契合，该理论认为超渗产流具有普适性，并给出了暴雨损失的计算公式。该公式对干旱、一般以及湿润状态的损失进行了较为详尽的概述。为此，可以根据该暴雨损失参数来区分三种情况的预警指标值。而在计算预警指标值时存在两个假设：

(1)暴雨损失值是一个稳定入渗值，其受暴雨强度的影响较大，在计算预警指标时，以预警指标内的暴雨强度作为整个预警指标内的暴雨平均损失值进行计算；

(2)暴雨的产流时间大于流域的汇流时间，认为在汇流时间内，计算的暴雨量是大于损失值直接能够直接产生净雨的，而根据《山洪灾害分析评价技术要求》规定预警的最长时段为流域汇流时间，即在预警指标时段内暴雨损失是直接按照损失值计算公式进行扣损的。

根据上述设计暴雨与设计洪水同频的假设，该预警指标何种类型直接与选取的洪水(选取的何种情况下发生的洪水)息息相关，但是在实际选取中，很难明确的区分出以上三种情景下的洪水，并对其进行排频处理，加之选取洪水序列的时候是将自有流量资料记录以来的所有情况进行排频查算，基本包括了丰、平、枯三种情景，因此认为该序列基本包含了预警指标中干旱、一般以及湿润三种假定情况，为此可以认为该洪水排频查出的结果为干旱情景下，其预警指标也为干旱情景下的值。

3 雨量预警指标的典型计算方法分析

3.1 洪峰模比系数地区综合频率曲线法

在采用该种计算方法计算时，应对该计算公式进行变形可求出该成灾流量对应的值，然后根据参证站的Cv和Cs即可推求出该对应的频率值，然后与原计算步骤相同，根据暴雨图集确定参数进行预警指标计算，计算流程见图1。

图1 洪峰模比系数地区综合频率曲线法推求预警指标技术流程图

3.2 地区综合经验公式法

地区综合经验公式法根据成灾流量Q成灾及经验公式确定出该成灾流量对应的频率，进而根据暴雨参数及雨力公式计算预警指标值的计算，其技术流程见图2。

3.3 两种计算方法对比分析

根据研究可以发现，洪峰流量面积指数法与地区综合经验公式法推求出的预警指标比较接近。洪峰流量面积指数法采用的是以参证站的实测资料进行计算的，综合经验法虽然根据水文变化的地区规律性建立洪峰与流域面积、流域形状系数、最大一日降雨量等因素的关联关系，但并未考虑降

雨的时空分布、下垫面以及受其他因素影响造成洪水场次间的差异性等情况，因此推求出的洪水结果的可靠性值得怀疑，需要根据实际暴雨洪水资料进行校验审核。因此其预警指标的计算结果也有待商榷。

图2 地区综合经验公式法推求预警指标技术流程图

4 结语

总之，对于雨量预警指标的计算应综合考虑防灾对象所处河段河谷形态、洪水上涨速率、预警响应时间和站点位置等因素，在临界雨量的基础上综合确定准备转移和立即转移的预警指标，并利用该预警指标进行暴雨洪水复核校正，以避免与成灾水位及相应的暴雨洪水频率差异过大。通常情况下，由于临界雨量是从成灾水位对应流量的洪水推算得到，故在数值上认为临界雨量即立即转移指标；对于准备转移指标，最好是在临界雨量基础上根据准备转移时间及洪水过程线综合进行“折减”15%处理，以达到最好的预警效果，为保护山洪危害区人民群众生命财产安全提供基础依据。

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