基于灾害分区的山洪调查与防治

索惠霞

(河北省承德水文水资源勘测局，河北 承德 067000)

0 引 言

我国人口分布不均，经济发展水平各异，地域气候千差万别，地形地貌迥然不同，自然灾害频繁发生。2002年以来，山洪灾害在我国自然灾害中所占比重逐年增加，造成的人员伤亡事故和财产损失不可小觑，已经成为现阶段制约我国经济社会良好快速发展的瓶颈之一。为此，国家编制出台了《全国山洪灾害防治规划》、《全国中小河流治理和病险水库除险加固、山洪地质灾害预防和综合治理总体规划》等一系列规范标准，以指导全国各地加紧开展山洪灾害调查与防治专项行动。

截止2015年底，我国在山洪灾害治理的非工程措施投入达到289.4亿元，初步建成了山洪灾害综合防治体系[1]。

本文首先梳理山洪灾害研究现状，加强综合防治体系的整体认识，然后以河北承德县山洪灾害调查与防治为具体案例。在工程设计过程中，参考其他省市的先进合理举措，并阅读了大量专家学者的论著和报告。在此基础上，结合工程所在地区的实际情况，为本工程的决策和实施提供科学合理的方法，也为其他同类山洪防治工程提供参考。

1 山洪灾害防治现状

1.1 山洪灾害调查方法

山洪灾害调查是综合防治体系中的基础，是后期分析评价的数据支撑和预警系统布设是否合理的关键。因此，山洪灾害调查是一项难度高、工作量大、调查内容繁杂且时间紧迫的工作。山洪调查一般以200 km2范围以内作为一个小流域单元对象，传统的外业调查方式需要安排较多人力才能在短时间内完成地形地貌、纵横断面等要素测量。冯超以山西省延安市吴起镇山洪灾害调查为例，使用RTK测绘方法对该区域纵横断面、沿河村落分布情况进行实地测绘，介绍了实践中测绘布置要点和经验[2]。随着计算机和网络计算的巨大发展，新型的调查方法不断涌现，三维激光扫描技术、遥感测绘、无人机测量、手持智能终端数据处理系统、GIS系统运用、机载雷达激光技术等等充实完善了复杂地形地质条件下的测量手段，增加了山洪调查的可选方案，可大量节省人力消耗，提高工作效率。刘昌军将三维激光扫描技术应用于山区丘陵地带的洪水灾害调查评价中，可为山洪灾害评价提供高精度的基础数据，得到控制断面地形、下垫面特征及河道糙率等资料[3]。张觉晓利用先进的北斗卫星系统，采用NRS网络CORS在山洪灾害测量中运用[4]。林贤斌介绍了中海达公司的RTK测绘仪器在山区洪水灾害调查中的运用[5]。靳宏昌介绍了GIS在山洪调查中的应用[6]。王英以广东省茂名市山洪调查为例，介绍了基于平板移动终端的智能调查系统，可较大程度地提高山洪调查的外业和内业效率[7]。刘昌军重点介绍了无人机在水利行业的应用潜力和巨大前景，通过无人机结合激光雷达技术，在山洪灾害防治区开展高精度的基础数据搜集工作[8]。刘昌军利用无人机航测技术，在陕西商洛某无资料小流域开展山洪调查与评价，开发了航测路线程序、地图拼接技术和后期数据自动处理系统，可提供大比例尺、高精度的地形图基础数据[9]。胡小青针对机载激光雷达技术中的短板，开发了一套激光点云数据快速自动处理的程序，为山洪灾害调查要素的获取提供了技术支撑[10]。于桓飞采用山洪调查创新技术，外业使用手持GIS终端采集数据，通过自主研发的Gistar软件统一导出，与中央组织开发的山洪调查软件具有很好的互导性[11]。

1.2 山洪灾害分析与评价方法

山洪灾害分析与评价是内业工作的重点内容，山洪预警方法的研究对于合理确定预警阈值和信息发布时间至关重要。目前，基于水文学的暴雨设计、洪水设计、产汇流分析方式方法较多，更加合理的理论计算方法有待进一步研发。王鹤鸣通过单站雨量搜集，经过统计分析，以单站和区域临界雨量为控制指标，建立了山洪灾害预警模型[12]。段生荣以无雨量站实测值的炭山岭小流域为案例，采用实测雨量分析法、灾害与降雨频率分析法和产汇流分析法对导致洪灾的临界雨量进行分析，选择产汇流法作为合理的计算方法[13]。申睿针对无资料小流域山区洪水计算问题，对比经验公式法、推理公式法、瞬时单位线法和分布式降雨径流模型法，认为推理公式法和分布式降雨径流模型法比较合理[14]。韩冬采用推理公式法计算设计水位，采用频率法分出三级危险区，根据灾害水位的频率、特征水位与人口、房屋高程分布的对比，对现状防洪能力进行评估，计算出沿河村镇临界雨量，确定了预警指标[15]。周奇以宣城市宣州区山洪调查为具体案例，通过水力学方法计算水位～流量关系，通过实地调查得出水位～人口关系曲线，进而得出致灾水位对应的流量，由暴雨洪水计算资料，可以查出洪水频遇值[16]。

1.3 山洪灾害区划分析

基于山洪灾害评价成果，按照《全国山洪灾害防治规划》要求，可较为合理地划分出分类分级治理范围和标准。根据不同的指标，通常将山洪防治划分为非防治区和防治区，防治区又可细分为重点防治区和一般防治区。屈明洋调查了黑龙江全省山洪灾害分布、类型，以行政区县为调查单元，划分出一般防治区和重点防治区，通过受灾人口、基础设施的调查，评价出危险程度[17]。郭良提出在全国范围内开展小流域山洪灾害调查评价，从调查内容、调查流程、层级管理几个方面论述了必要性和可行性[18]。冯田超以降雨分布、地形地质条件和社会经济发展状况对辽宁省区域进行划分，然后将3种要素进行叠加，可以划分出辽宁省山洪灾害防治区的分级类型[19]。张平仓分析了全国范围内山洪灾害发生的分布格局、时间节点，将全国的山洪灾害划分为三级区划等级，对进一步认识山洪致灾因素和成灾类型，厘清防治工作重点及特点，具有重要意义[20]。

1.4 山洪灾害防治措施

通过科学合理的分类治理思路，可根据山洪发生频次、地形地貌、经济社会状况等因素，按照“轻重缓急”有条不紊地开展山洪灾害治理工程，杜绝盲目投资建设、社会经济效益低下的弊病。根据我国的经济发展水平和灾害治理试点效果分析，目前的治理思路是“以非工程措施为主，以工程措施作为必要补充”，进而一大批治理方法和模式应运而生。何秉顺在山洪灾害防治中提到对一些重要的集镇、人居集中区可通过实施工程措施加以治理，同时在深入认识中小河流治理、水土保持与山洪沟治理的区别与联系的基础上，研究山洪沟设计规范与标准[21]。刑乔分析了重庆酉阳县山洪灾害的特征和当地防洪措施存在的不足，从山洪及相关灾情自然属性的分析评价、监测预警系统配备、发挥群众共治和重点山洪沟治理几个方面进行了介绍[22]。刘福新针对山西隰县山洪防治，将工程措施划分为水保措施和水利措施两大类，根据不同的地形地貌条件选择不同的措施，并提出了将预防和治理山洪灾害的知识进行科普的建议[23]。岳平系统分析了黑龙江省山洪灾害区划方法和工程防治措施，提出中小型水库除险加固工程、堤防工程护坡护岸、坡水处理工程预防水土流失、河道整治工程保证行洪通畅、排洪工程确保安全是常用的工程措施[24]。

1.5 山洪灾害讯息平台构建

山洪灾害调查与防治是一项系统工程，现已初步形成全国范围内的山洪灾害调查防治体系和标准，局部问题需要进一步研究细化。与此同时，利用现代网络技术和“互联网+”手段，开发全国山洪防治运行服务平台，整合气象、水利、农业、国土资源等部门关于山洪地质灾害讯息，为各省市提供及时、有效的信息服务和治理经验总结。陈煜结合现代先进计算机云技术，提出在建设全国山洪灾害防治管理平台过程中的技术支撑和关键问题，可以为全国范围、各部门和公众提供及时、准确、专业的山洪灾害资料和预报，是一个资源集成与共享的服务平台[25]。

2 承德县山洪灾害调查

承德县位于河北省，总面积3 648.1 km2，山地丘陵占全县总面积的94.6%，属山区县。多年平均降水量574.4 mm，绝大部分集中于汛期6～9月份。地形地貌复杂，地质条件不良，暴雨工况下易形成山洪、泥石流、山体滑坡等山洪灾害。与大多数山洪灾害成因相似，主要受以下几个因素控制：突降暴雨、复杂的地形地貌、沟道阻塞和人为因素。

2.1 雨量站暴雨时程分配

通过收集承德县各雨量站的暴雨资料，选取下板城站、三沟站和三家站典型雨量站对24 h最大暴雨进行时程分配，见图1。

图1 下板城、三沟站、三家站(从左往右)最大24 h暴雨时程分配图(典型年1994年)

由图1可知，最大24 h暴雨分布不均，具有集中降雨的特点，易形成洪峰致灾。

2.2 设计暴雨洪水计算方法

暴雨分析采用年最大值法，在全市雨量站中挑选资料系列长、代表性强的资料进行分析。具体方法是选用各历时段资料(即10、20、30、45、60 min和1.5、2、3、4、6、9、12、24 h)经过频率分析，利用暴雨公式推求出暴雨递减指数和地理参数。洪水计算中按照5种计算分区，分别为暴雨分区、n值分区、产流分区、汇流分区和概化过程线分区。基于分区的基础上，按照以下4种方法计算设计洪峰流量，分别是根据实测资料进行推算、合理化公式、推理公式、水电部科研院法。

2.3 历史洪水调查

历史洪水调查中，主要联系当地村领导和年老者协同调查历史洪痕、水面坡降、地面比降、断面糙率等要素。洪水计算方法按照比降～面积法恒定非均匀流流量公式计算，公式如下：

(1)

经过走访调查、实地勘察与计算分析，分别得出何家河兴家村、暖儿河八家乡桑园村、野猪河沙金沟和新杖子乡南台子村兰家台断面洪水成果。现以何家河兴家村为例，列举计算方式及成果见图2～图4，洪峰流量计算成果见表1。

图2 兴家村上断面图

图3 兴家村下断面图

图4 兴家村局部纵断面图

项目上断面(U)下断面(L)水位581.53580.36断面面积A /m255.2874.77水面宽B /m56.767.7水力半径R /m0.971.1AR2/354.353 145 7879.888 914 831/A20.000 327 2380.000 178 873河床糙率n0.034河段输水率K1 974重力加速度g9.8动能校正系数α1.156 315 789扩散系数ξ0.3水面比降S0.011断面间距L /m106.4流量Q /m3·s-1234.9

3 结 语

本文对我国山洪灾害调查与防治现状进行梳理，分别从山洪灾害调查方法、山洪灾害分析与评价方法、山洪灾害区划分析、山洪灾害防治措施、山洪灾害讯息平台构建几个方面进行阐述。以承德县山洪灾害调查为例，重点介绍了山洪灾害调查的内容、暴雨洪水计算方法和设计洪水流量计算过程，并给出何家河兴家村洪水计算成果，供类似山区洪水调查工程参考。