小流域山洪灾害分析评价研究

董凤军

(临沂市岸堤水库管理处，山东 临沂 276217)

山洪灾害是指由于短时强降雨在山丘区引发的洪水灾害，以及由山洪诱发的泥石流、滑坡等对国民经济和人民生命财产安全造成损失的灾害[1-2]。近年来，由于气候变化及人类活动对下垫面因素的影响，山洪灾害在部分地区呈现频发、易发、多发的趋势，给人员和财产所造成的危害越来越严重。因此，开展山洪灾害的防治及分析评价研究具有重大意义。

1 评价区概况

评价区水峪村位于太岳山中西部支脉，属灵石翠峰镇，对其产生威胁的沟道名为水峪沟，发源于翠峰镇郑家山，经上庄、小庄，至水峪村经后悔沟汇入静升河，全长14.4 km，流域面积25.3 km2，河流比降35.00‰。区域多年平均降水量为601.2 mm，降水量时空分布极不均匀，多集中在6-9月份，约占全年降水总量的70%以上。地表多黄土覆盖，由于侵蚀作用强烈，山区地形切割严重，沟壑纵横，山高坡陡，水土流失严重。由于7-8月份暴雨较多，山洪灾害频繁，严重危害当地居民的生命财产安全。评价区位置图见图1。

图1 评价区小流域位置图

2 分析评价过程

2.1 设计暴雨计算

2.1.1 暴雨历时和频率确定

根据《山洪灾害分析评价技术大纲》规定，暴雨历时确定为10 min，60 min，6 h，24 h和3 d共5种。根据《山洪灾害分析评价技术要求》规定，确定暴雨频率为100年一遇、50年一遇、20年一遇、10年一遇和5年一遇共5种[3]。

2.1.2 设计雨型确定

评价区位于山西省水文分区的中区，直接采用《水文手册》中区主雨日24 h雨型模板为设计雨型[4]。

2.1.3 设计暴雨集时程分配

在《水文手册》各历时点暴雨统计参数等值线图上读取危险村庄的统计参数，根据参数计算各种历时的设计点雨量，按点面折减系数计算设计面雨量，按设计雨型进行时程分配。设计暴雨计算成果及设计暴雨时程分配成果见表1和表2。

表1 设计暴雨计算成果表

表2 设计暴雨时程分配成果表

2.2 设计洪水及水面线计算

2.2.1 设计洪水

设计洪水位采用《水文手册》中的流域模型法计算。流域模型法分为产流计算和汇流计算两部分。产流计算包括设计净雨深和设计净雨过程计算两部分，前者采用双曲正切模型计算，后者采用变损失率推理扣损法计算；汇流计算采用综合瞬时单位线计算[5]。流域模型法设计洪水成果包括洪峰流量、洪量、洪水历时，水峪村设计洪水成果见表3。

表3 水峪村设计洪水成果表

2.2.2 水面线计算

本次水面线推求采用HEC-RAS软件。HEC-RAS是由美国陆军工程兵团水文工程中心(Hydrologic Engineering Center，即HEC)开发的河流模拟分析软件。该软件可对天然或人工河道进行一维恒定流和非恒定流的水力推演，可计算缓流、急流及混合流等各种流态；同时能够生成断面形态图、流量及水位过程曲线、河道三维断面图等分析图表[6-8]。根据小流域断面的实际情况，在本次计算过程中采用恒定流方法计算水面线。计算成果见表4。

表4 水峪村水面线成果表

2.3 防洪现状评价

2.3.1 成灾水位及其对应频率

根据临河一侧居民户高程和沿河村落河段水面线确定成灾水位。首先确定能够威胁到居民户的最小设计洪水重现期，将该重现期设计洪水淹没的临河一侧居民户投影到河流纵断面上，绘制居民户高程与该重现期设计洪水水面线对比示意图，见图2。居民户低于水面线即代表被淹没，距离该水面线最远的居民户高程即为成灾水位。根据暴雨洪水计算得到的评价村庄水位流量曲线，在水位流量曲线上查得成灾水位对应的流量，此流量即为成灾水位对应的流量值。

图2 居民户高程与不同频率设计洪水水面线对比示意图

2.3.2 各级危险区人口统计

根据居民住宅基地高程与不同频率设计洪水位关系，分别统计不同频率区间的居民户数及人口数，频率区间分为5年以下、5～10年、10～20年、20～50年和50～100年。

2.3.3 现状防洪能力图绘制

按照危险区等级划分标准(表5)，初步划定各级危险区。具体划分时结合地形地貌情况，确定危险区范围。根据评价区人口高程分布关系，统计确定成灾水位及各频率设计洪水位下的累计人口和居民户数，绘制水峪沟小流域不同重现期下水位-流量-人口关系曲线及防洪现状评价图，见图3和图4。

2.3.4 转移路线和临时安置地点确定

在危险区等级划分的基础上，结合沿河村落的地形地貌和实地调查的交通条件等信息，确定最佳的转移路线和临时安置地点。

表5 危险区等级划分标准

图3 小流域不同重现期下水位-流量-人口关系曲线图

图4 小流域防洪现状评价图

2.4 预警指标分析

2.4.1 预警时段与流域土壤含水量

预警时段与流域的汇流时间有关。根据暴雨特性、流域面积大小、平均比降、形状系数、下垫面情况等因素，水峪沟小流域基本预警时段定为0.5，1，2，3和6 h；若汇流时间<6 h，预警时段则定为汇流时间以及小于汇流时间的基本预警时段。水峪沟小流域汇流时间为2.5 h，则预警时段为0.5，1，2和2.5 h。

流域土壤含水量采用《水文手册》中的流域前期持水度作为综合反映流域土壤含水量或土壤湿度的间接指标。取值为0、0.3和0.6分别代表土壤湿度较干、一般和较湿3种情况。

2.4.2 临界雨量计算

在确定了成灾水位、预警时段以及产汇流分析方法后，就可以计算不同流域前期持水度(B0)下各典型时段的危险区临界雨量。经过多种方法论证，水峪沟小流域临界雨量采用水位-流量反推法进行推算。首先根据评价对象的山洪灾害调查成果和数据计算成果，以控制断面的成灾水位为临界水位；然后根据控制断面水位-流量关系，确定临界水位对应的临界流量，采用临界流量对应频率，查取设计暴雨为0.5，1，1.5，2和2.5 h的汇流历时雨量，该雨量作为预警级别最高的紧急性预警标准。依据上述计算步骤，反推水峪村的动态临界雨量，见表6。

2.4.3 雨量预警指标综合确定

预警分为准备转移和立即转移两项指标。由于临界雨量是从成灾水位对应流量的洪水推算得到的，所以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，当预警时段为0.5 h时，准备转移指标=立即转移指标×0.7；预警时段为0.5 h，1 h，2 h，3 h，6 h和汇流时间时，前0.5 h的立即转移指标作为该预警时段的准备转移指标。计算成果见表7。

表6 小流域水峪村临界雨量计算成果表 /mm

表7 水峪村雨量预警指标成果表

3 结 语

以水峪沟小流域为分析评价对象，对其进行了现状防洪能力、危险区划分及预警指标等方面的分析评价。分析、计算、绘制防灾对象的水位-流量关系、水位-人口关系较为真实反映了评价对象的现状，结果是合理可靠的，防洪现状评价图直观、实用性较强，对于完善小流域村级平台与县级平台对接、综合提高山洪灾害防治能力具有重要作用。但今后仍要根据实际情况，对山洪灾害防治预案中的临界值、受灾对象、受灾人口、转移路线等不断完善，以期更好地指导当地山洪灾害防治工作。