基于山洪灾害防治项目评价基础工作的要点探断——以莆田市涵江区为例

陈忠虎

(福建省莆田市萩芦溪水电管理处，福建 莆田 351100)

1 项目背景

依据《全国中小河流治理和病险水库除险加固、山洪地质灾害防御和综合治理总体规划》、《全国山洪灾害防治项目实施方案》(2013-2015年)和《福建省山洪灾害防治项目实施方案》(2013-2015年)，山洪灾害防治项目主要开展山洪灾害调查评价、已建非工程措施补充完善和重点山洪防洪治理等三方面建设任务。山洪灾害调查评价工作主要是对全区的山洪灾害防治区，按照10-50km2划分小流域，以小流域为单元，开展山洪灾害基本情况、小流域基本特征、水文、社会经济等情况的调查，综合分析沿河村落和城镇的防洪现状，以自然村为单元划定危险区，科学确定预警指标和阈值，以及时准确预警和灾害防御提供基础支撑[1]。

2 分析评价基础工作要点

2.1 资料评估与处理

根据涵江区山洪灾害分析评价要求，对涵江区工作底图(福建省防办采购后统一下发)、基础数据以及山洪灾害调查3个途径获得的资料，从可用性、可靠性、完整性、一致性等方面进行评估，进而选择合适的方法，有针对性地整理相关资料，建立相应的分析与计算模型，进一步开展工作。

2.1.1 气象资料

涵江区降水量年内分配很不均匀，春夏多雨、秋冬少雨，主要降雨季节为5-6月份的梅雨季节和7-9月份的台风暴雨季节。春雨季发生在3-4月平均降水量在286mm左右，约占全年18%；梅雨季发生在5-6月，平均降水量在524mm左右，约占全年的33%；台风暴雨季节，发生在7-9月，平均降水量在524mm左右，约占全年的33%；台风暴雨季节，发生在7-9月，平均降水量在524mm左右，约占全年的33%；少雨季节为每年的10月到翌年的2月，平均降水量在254mm左右，约占全年的16%。

受地理位置、地形和气候条件等影响，各地多年平均降水量在1261-1831mm之间，其趋势是以西北山区向东南沿海递减。基本上与地形的高低相对应，其中西北山区多年平均降水量为1721mm，东南沿海多年平均降水量为1323mm，全区多年平均降水量为1588mm。从此可见涵江区降雨充沣，集中春夏季节，暴雨多，非常容易发生山洪灾害。

2.1.2 地貌与河流资料

根据工作底图、基础数据，以及山洪灾害现场调查的成果，即可以得到涵江区所有小流域及至其中不同子流域的地貌与河流资料等较为完整的信息，如流域形状、面积与坡度，河系组成，各河道的长度、比降等。有了这些信息，可以考虑采用相应的分析计算法进行分析评价工作。根据资料评估情况，涵江区地貌与河流资料总体上可以支撑分析评价需求。

2.1.3 水文资料

福建省全省短历时、强降雨的暴雨资料，由《福建省暴雨洪水查算手册》(下称《查算手册》)中查算，基本满足山洪灾害分析评价对暴雨资料的需求，根据《查算手册》可以得知涵江区基本水文情况。涵江区同属福建省暴雨一致区区划图的1区，年最大1h雨量均值等值线图中有50mm的等值线穿过，年最大6h点雨量均值等值线图中靠近90mm的等值线靠近，近最大24h雨量均值等值线图中有150mm等值线穿过。

2.1.4 河道测量资料

在山洪灾害调查工作中，针对境内的重点防治区，项目组开展了大量河道测量工作。根据对测量成果的分析，针对每一个分析评价对象，测量成果都基本包含了相应的2-3个横断面、一个纵继面，横断面上也基本都有相应的照片，可供糙率选取时参考。

2.1.5 植被资料

根据中央层级下发的涵江区工作底图和小流域数据，可以得到涵江区各小流域的植被空间分布资料，进而获得植被 覆盖、坡面糙率、植被截流等参数信息，可为山洪分析评价洪水模拟模型建立提供必要的参数。

2.1.6 土壤资料

根据中央及下发的涵江区工作底图和小流域数据，可以得到小流域的土壤资料，进而获得土壤类别、空间分布等信息，为山洪分析评价洪水模拟摸型建立提供下渗等参数提供支撑。

2.1.7 历史山洪资料

对于分析评价而言，希望收集的资料是指具体历史山洪事件中，暴雨和洪水记录配套的资料。但由于站点分布、观测条件等方面的历史条件限制，在涵江区未找到这样的配套资料。

2.1.8 社会经济

针对重要沿河村落，调查了住房的位置、宅基高程、住房结构形式及各户总数人数，城(集)镇调查了沿河居民户的住址(门牌号)、经纬度坐标、宅基高程、各门牌号内的总人数等信息。不过，初步分析表明，成灾水位高程与开始具有人口初始高程并不完全一致，在进一步工作中需要注意。根据以上数据可以绘制出重要沿河村落的人口-高程曲线，基本满足山洪灾害分析评价的要求。

2.2 评价对象名录标准

涵江区在山洪灾害调查中，防灾对象数量较多，有57个沿河村落，分布在白沙镇、大洋乡、江口镇、萩芦镇、梧塘镇、新县镇、庄边镇等7个乡镇共有3959人，721户(详见表1)。评价对象名录的编制主要根据以下原则进行筛选：

1)考虑山洪灾害现场调查成果，对于山洪灾害发生较为频繁、损失较为严重的沿河村落、集镇、城镇，特别是近20a发生洪水灾害较为频繁的村落优先考虑纳入名录。

2)根据当地防洪减灾的实际情况，考虑当地防洪减灾轻重缓急的需求，对山丘区沿河村落、集镇、城镇进行排序处理，以编排到不同年份的名录中。

3)考虑当地土地利用规划、旅游业发展、城镇化建设以及企事业单位建设等地区发展规划需求，合进调整分析评价对象名录。

3 计算方法

3.1 暴雨计算及参数设置

根据(查算手册)中“福建省暴雨一致区区划图”、“福建省年最大二十四小时点雨量均值等值线图”、“福建省年最二十四小时点雨量变差系数等值线图”、“福建省年内最大六小时点雨量均值等值线图”、“福建省年最大六小时点雨量变差系数等值线图”、“福建省年内最大一小时点雨量均值等值线图”、“福建省年最大一小时点雨量变差系数等值线图”、“福建省年最大十分钟点雨量均值等值线图”、“福建省年最大十分钟点雨量变差系数等值线图”等图件，查找涵江区各计算单元24小时均值及其变差系数。

由设计频率和查图得到的Cv值，按Cs=3.5Cv，查《查算手册》表二“皮尔逊III型曲线模比系数Kp值表”，查找涵江区各计算单元相应的Kp值

查《查算手册》“α-H□-□线关系图”，得各计算单元1、6、24小时点雨量换系数α。

查《查算手册》“n2-□-□24面关系图”、“ n3-□-□24面关系图”，得各计算单元1、6、24小时时段雨量转换系数n2及n3。

暴雨时段分配按《查算手册》“最大24小时概化雨型时程分配表”按雨峰所在相应时段比例设置，以计算所得总雨量按比例分配得到计算所需的暴雨时程。暴雨的相应时段基本各个以小流域为计算单元的小流域汇流时间进行。汇流时间计算主要采用了推理公式法，相应的地形参数θ及汇流参数m主要由查找“《查算手册》”“福建省小流域m-θ关系图”及“福建省小流域R上-θ/m-τ关系图”获得，此外，汇流参数m也通过对照《水利水电工程设计洪水计算规范》(SL44-2006)与计算单元小流域下垫面情况进行修正。

表1 涵江区57个分析评价对象所属行政区及人口信息一览表

3.2 产流处理及参数设置

设计洪水计算部分，考虑到山洪短历时、强降雨，多发生在河流源头地区，流域坡面比降和沟道比降均较大的实际情况，初损主要考虑植被截留和洼蓄两部分，后损主要考虑稳渗，查找“查算手册”“福建省产流分区图”，得到相关参数。

预警指标部分，产流按计算时段逐时段进行，参数的确定考虑了计算单元土壤含水量、土壤类型及分布、植被覆盖等信息，综合进行确定，较为复杂。

3.3 汇流处理及参数设置

汇流计算主要采用了纳希瞬时单位线法、经验单位线法以及地貌单位线法和SCS单位线法进行处理。纳希瞬时单位线法、经验单位线法根据《查算手册》表13“S(t)曲线查用表”及表14“综合无因次单位线表”进行，地貌单位线法采用全国山洪灾害防治项目组提供资料进行，SCS单位线法根据相关资料(SCS技术报告55(1986))进行。

3.4 山洪演进

考虑到山洪多发生在河流源头地区，流域坡面比降和沟道比降均较大的实际情况，主要采用运动波进行计算。计算中所需参数，根据每个计算单元工作底图和基础数据提供的地形地貌以及山洪灾害调查中获取的沟道纵模断面特征确定。基于以上建模和3个计算单元(小流域)的试算过程和结果比较分析，得到以下认识：①设计洪水部分采用推理公式法进行，因此，后面沿河村落的设计暴雨洪水分析中，设计洪水主要以推理公式进行；②预警指标分析部分由于面临很多复杂情况，且适时性要求较高，不宜采用概化程度程均化程度较高的分析方法，因此采用了具有物理机理的分布式流域水文模型法，包含降雨、产汇、汇流以及演进四个环节的完整过程，以便更为合理地对山洪过程进行模拟，进而反推预警指标。

3.5 汇流时间分析

流域汇流时间反映流域产汇流特性，根据《山洪灾害分析评价技术要求》，作为小流域设计暴雨计算所需要考虑的最长历时。

本次评价采用推理公式反推汇流时间。

3.6 水位-流量曲线推算

水位流量关系推算考虑的因素在山洪灾害分析评价中，设计暴雨洪水分析计算的重要目的之一，就是获取防灾对象所在控制断面的水位-流量关系曲线。《山洪灾害分析评价要求》关于水位-流量关系曲线的获取部分主要采用方法如下：①采用曼宁公式方法，进行水位-流量关系分析将防灾对象河道控制断面设计洪水洪峰流量转换为对应的水位，绘制水位流量关系曲线。②参数确定水位流量转换中，比降和糙率是两个非常重要的关键参数，二者参数值确定正确合理与否，对于设计洪水计算成果具有重要影响。

3.7 典型小流域分析评价基础工作

本次山洪分析评价以庄边镇百俊村洋中、白沙镇澳柄村大洋、新县镇新县村溪北3个沿河村落为典型阐述分析评价方法和思路，主要包括设计暴雨计算、设计洪水分析、防洪现状评价、及预警指标分析、危险区图绘制等计算方法物步聚，并给出相应的分析评价成果。根据北京七兆公司提取的流域信息表得到沿河村落相应位置处的流域特征值，见表2。

表2 典型流域特征基本信息表

4 结 论

1)根据涵江区山洪灾害分析评价要求,对涵江区工作底图、基础数据以及山洪灾害调查三大资料，从可用性、可靠性、完整性、一致性等方面进行了评估与处理。评估认为，工作底图、基础数据基本满足山洪灾害分析评价工作要求。山洪灾害调查资料中，《查算手册》等气象水文资料满足涵江区山洪灾害分析评价对短历时、强降雨暴雨资料的需求。植被及土壤资料可以为山洪分析评价中洪水模拟模型建立提供必要的参数。河道纵断面、横断面测量资料以及成灾水位、人口-高程分布信息等资料，基本满足分析评价要求。确定设计洪水部分采用推理公式法进行，预警指标分析采用具有物理机理的分布式流域水文模型法进行分析。