阜新市彰武县山洪灾害分析与预警评价

庄文新

(彰武县水利事务服务中心，辽宁 彰武 123200)

0 引 言

彰武县地处辽宁省西北部，东连法库、康平两县，西隔饶阳河与阜蒙县相邻，南接新民，北依科尔沁左翼后旗和通辽的库伦旗，位于E121°53′-122°58′，N42°07′-42°51′范围。全境呈枫叶形，总面积3641km2，境地势南低北高，中、南部为平原，东西丘陵，北部荒漠，总体呈“三沙、三丘、四平洼”的特征，分布有柳河、养息牧河、秀水河、饶阳河等河流，其中流域面积超过110km2的支流有19条。柳河呈西北-东南走向，年径流量0.547亿m3，境内河长约61.4km；养息牧河由4条支流汇流而成，年径流量0.955亿m3；秀水河流经法库县、四合城等地，年径流量0.160亿m3；饶阳河年径流量0.487亿m3，境内河长72.93km。

历史上彰武县山洪灾害频发，自建国以来有记录的洪灾就达到30余次，受灾人口累计达到10万多人。结合气象站1956-2010年的气象序列资料，多年平均降水量513.5mm，暴雨期比较集中，暴雨持续时间一般不超过24h，最大24h降雨记录236.6mm，其中台风、高空槽和华北气旋等影响系统为形成暴雨的主要因素。一般地，洪水主要由暴雨产生，所以洪水主要发生在汛期，并且往往集中于几次大洪水。一次洪水的历时大约为24h，河流具有山区性陡涨陡落的特点，峰型以单峰为主，但不少大水年份，双峰或多峰的型式也时有发生，连续两次洪水的历时一般为3-5d。

2020年，针对彰武县阜新市水文局开展了山洪灾害内业分析和外业调查工作，选取沿河80个易受山洪灾害影响的集镇、村落为重点调查对象，编制了山洪灾害预警指标体系，客观准确的评价了其山洪灾害防御能力，有利于减少山洪灾害损失，为及时有效的防御洪水灾害提供信息支撑。

1 设计洪水推求方法

1)汇流时间τ。通过查取彰武县水文分区确定汇流参数x、y，结合彰武县地形图测算河流长度L，对辽宁省河流名录进行查阅或利用实测计算结果确定河流比降J，最后可利用下式计算汇流时间τ，即：

(1)

2)设计暴雨流量Qτ。设Q均为暴雨均值，可以利用分时段等值线图查取暴雨均值Q均；设KF、Kp为折减系数和模比系数，依据暴雨深—面—时关系曲线查取KF值，利用偏差系数Cs和变差系数Cv值查表确定不同频率模比系数Kp，统一Cs/Cv值为3.5，并在变差系数暴雨均值等值线图内查取Cv值。采用下式计算不同时段设计暴雨量Qτ，即：

Qτ=Q均×QP×QF

(2)

3)面雨量强度i。设Qτ、P为不同设计频率不同时段的降雨量，Q24，P、Q6，P、Q1，P、Q10m，P为不同设计频率的24h、6h、1h、10min降雨量，n0、n1、n2为暴雨衰减指数，依据1998年版的设计暴雨洪水计算方法和P6,P/P24,P、P1，P/P6，P/P6，P、P10m，PP1，P值查附表确定暴雨衰减指数。采用下述公式计算面雨量强度i，即：

i=Qτ，P/τ

(3)

其中，设计频率τ≤1h条件下，则有Qτ，P=Q1，P×τ1-n0；设计频率1h<τ≤6h条件下，则有τ，P=Q24,P×24n2-1×6n1-n2×τ1-n1；设计频率1h<τ≤6h条件下，则有τ，P=Q24,P×24n2-1×6n1-n2×τ1-n1。

4)设计洪峰流量Q设计。设ψP为洪峰径流系数，各设计频率的ψP值按照水文分区查表确定，F为防灾对象的产汇流面积，i为面雨量强度。采用下式计算设计洪峰流量Q设计，其表达式为：

Q设计=0.278F×i×ψF

(4)

2 山洪灾害分析与预警

2.1 断面水位-流量关系

采用曼宁公式和控制断面测量结果建立防灾对象的水位-流量关系，其表达式为：

(5)

式中：A、J、R为过水断面面积、水面线比降和水力半径，其中比降J取河床比降，水力半径R=A/P，P为湿周；n为河床糙率；Q为达标流量。

根据天然河道特征和典型类型，结合沟道实际情况及其特点，以相邻流域水文站实测的湿周、面积、流量、水位等洪水资料为基础，从天然河道糙率取值表内选取并用曼宁公式反推值校正，从而保证控制河段河床糙率值n的科学合理性[1]。

2.2 防洪能力确定

依据已建立的控制断面水位-流量关系，利用防灾对象成灾水位推求相应的流量，结合洪峰流量设计成果计算成灾流量的发生频率，并以此为基准评价防灾对象防洪能力[2]。可见，预警指标的准确性和防灾对象的防洪能力在很大程度上取决于成灾水位，在山洪灾害分析与预警中成灾水位的确定非常重要。

成灾水位是指成灾水面线对应控制断面(即每个村落最先进水户所在位置)的水位，也是山洪灾害可能发生时沿河村落所对应的最低水位[3-4]。然而，由于现场调查过程中难以准确获取最先进水户，加上比较复杂的宅基地分布特点，现场很难精准确定成灾水位，大多数要经过后期的计算确定。文章归纳总结了后期成灾水位确定时可能会遇到的各种情况，并结合沿河村落分布特点提出以下意见。

1)若自然村中住户的宅基较高，而鸡舍、窝棚等非住户建筑物防洪标准较低，则成灾水位取最易受灾的宅基地高程。

2)若沿河村落汇入河流较多，且村落受到每条河流的影响，必须评价分析和测量所有的河流，该村落的防洪能力和成灾水位应按防洪能力偏低的河流确定。

3)若沿河村落河道两岸有堤防，并且堤防发挥着连续保护的功能，则成灾水位取堤防的高程；若未形成连续堤防，难以发挥有效的保护作用，则成灾水位应按住户确定。

2.3 成灾雨量分析

假定设计洪水与设计暴雨具有相同的频率，结合设计暴雨计算成果推求发生频率所对应的降雨量，图1反映了防灾对象的设计暴雨洪水和山洪灾害分析流程。

图1 设计暴雨洪水与山洪灾害分析流程

2.4 评价结果

以彰武县沿河80个易受山洪灾害影响的集镇、村落为重点调查对象，并开展防洪能力分析和断面测量。结合相关资料，将防灾对象划分成危险区、高危险区、极高危险区，统计整理沿河村落的成灾频率，并客观评价其山洪灾害防御能力，如表1所示。

表1 沿河村落

采用24h、6h、3h、2h、1h五种时段计算成灾雨量，并以60%和80%的成灾雨量作为防灾对象告知雨量、警戒雨量。考虑到防灾对象存在一定差异以及雨量空间分布不均的实际情况，防灾能力与告知雨量、警戒雨量大小并不完全一致，各时段的告知雨量和警戒雨量也并非完全相同，但应保持相应的变化趋势。彰武县典型村屯的告知雨量和警戒雨量，如表2所示。

表2 典型村屯的告知雨量和警戒雨量表

3 山洪灾害防治对策

为了确保蓄滞洪区的有效运行，有效降低区域水旱灾害损失，坚持防灾减灾“三个转变、两个坚持”的新理念，对水闸、水库等水利工程实行科学的调度，切实有效提升彰武县山洪灾害防御能力[5-7]。

1)完善山洪灾害预防体系。彰武县防汛工作的重点和薄弱环节是加强山洪灾害防御，通过更新、改造、巩固、完善已建监测预警系统以及加强防洪工程建设，切实提高山洪灾害预警精度和监测预警覆盖范围，保证工程建设标准及灾害综合防御能力的全面提升。

2)提高预报预警能力。为进一步增强预警灾害性天气的能力，精细化预报山洪灾害易发区和城市暴雨区，必须加强洪涝灾害监测设施建设，及时发布高精准度的洪水预警信息，最大程度的延长预见期并争取群众安全转移时间。

3)强化行业与城镇防汛。加强各部门之间的合作、协调、沟通，实现有关信息的及时共享，为重要基础设施(如输油管道、通讯、电力、交通、城镇)能够安全度汛提供保障。应充分发挥地方武警主力军和突击队作用，加强联防联控以做好防汛工作。

4)加强组织领导。各成员单位要各司其职、各防汛指要发挥中枢作用，通力合作形成合力，贯彻落实防汛责任制和行政首长防汛负责制，在防汛救灾各环节贯彻落实责任制，以形成不留死角、不留空白的群防群控良好局面。

5)做好安全度汛工作。完善应急抢险预案和水库调度运行方案，贯彻执行批复的调度方案，从根本上防止汛期超讯限水位的水库运行。对柳河、饶阳河、养息牧河、秀水河等重要防洪河道，要抓住关键、强化风险、坚持守土，确保能够安全度汛。此外，彰武县各水管单位要贯彻落实防汛责任制，督促落实安全防范措施以保证防洪工程的安全运行。

4 结 语

根据2020年彰武县山洪灾害内业分析和外业调查成果，编制了山洪灾害预警指标体系，并合理划分危险区等级，客观科学的评价分析其山洪灾害防御能力，研究成果可为山洪灾害群测群访、防灾意识的增强、人员转移安置、预警预案编制等提供详细科学的信息支撑。

文章以1998年出版的设计暴雨洪水计算方法为基准进行相关的计算分析，历经20余年彰武县气候条件、下垫面情势等出现了明显改变，为了确保山洪灾害预警的准确性，有必要适当修正书中的计算参数。新版发行时建议补充分析计算，对计算结果科学合理性进行验证。