局部暴雨洪水（泥石流）調查方法研究

陳學林，牛最榮，劉進琪，昝大為，王學良，任 東，李俊仁，羅東寧

（甘肅省水文水資源局，730000，蘭州）

我國西北干旱區(qū)是局部暴雨洪水多發(fā)區(qū)。據(jù)調查，我國北方干旱區(qū)每年都發(fā)生數(shù)百次局部暴雨洪水，造成人員傷亡和經(jīng)濟損失。同時也造成了水土流失等多種生態(tài)環(huán)境問題，對生態(tài)環(huán)境的破壞程度非常嚴重。局部溝壑的暴雨洪水災害，已經(jīng)成為我國北方干旱區(qū)最主要的洪水災害形式。開展局部暴雨洪水災害的研究與防治，是一項非常緊迫且十分重要的工作。

局部暴雨洪水調查也就是動點洪水調查。調查計算方法、洪痕、糙率確定和定點洪水調查一樣。局部暴雨洪水定時定量調查除掌握局部暴雨洪水的一般特點外，必須解決暴雨中心位置調查確定、洪峰流量地區(qū)組成、重現(xiàn)期確定、洪水災害評估這幾個關鍵技術問題。

一、局部暴雨洪水的一般特點

1.分布廣泛，數(shù)量大，以溪河洪水災害尤為突出和普遍

我國位于東亞季風區(qū)，季風氣候決定了我國降雨在年內的高度集中。暴雨是山洪災害發(fā)生的激發(fā)因素，因此，暴雨活動的廣泛性決定了山洪災害分布范圍廣。我國西部地域廣闊，人口眾多，居住分散，地質狀況復雜多樣，降雨時空分布不均，不僅容易發(fā)生溪河洪水災害，誘發(fā)泥石流和滑坡災害，而且致使我國的山洪災害表現(xiàn)出類型多樣、數(shù)量大、分布范圍廣的特點。

2.突發(fā)性強，預測預防難度大

山丘區(qū)暴雨誘發(fā)的山洪具有突發(fā)性強、預測預報難度大的特點。我國的暴雨強度大，山丘區(qū)坡高谷深起伏大，導致山丘區(qū)河流產(chǎn)匯流快，流速大，突發(fā)性強。從降雨到山洪災害形成歷時短，加上山丘區(qū)目前監(jiān)測站網(wǎng)覆蓋率低，給山洪災害的預測預防帶來很大困難。

3.成災快，破壞性強

山丘區(qū)因山高坡陡，溪河密集，洪水匯流快，人口和財產(chǎn)分布在有限的低平地上，往往在洪水過境的短時間內即可造成大災害。1994年7月11日凌晨2—4時，陜西省潼關縣西峪河（流域面積12.53 km2）突降暴雨，河道流量由0.1m3/s急劇上升到240m3/s，僅2個多小時即造成嚴重災害。

4.季節(jié)性強，頻率高

山洪災害是在暴雨的激發(fā)作用下產(chǎn)生的，因此山洪災害的發(fā)生與暴雨的發(fā)生在時間上具有高度一致性。我國的暴雨和特大暴雨主要集中在5—9月，因而我國的山洪災害也主要集中在5—9月的汛期，尤其是6—8月主汛期更是山洪災害的多發(fā)期。據(jù)統(tǒng)計，汛期發(fā)生的山洪災害占全年山洪災害的95%以上，其中6—8月發(fā)生的山洪災害達到80%以上。

表1 甘州區(qū)“20060707”暴雨調查情況統(tǒng)計表

5.區(qū)域性明顯，易發(fā)性強

山洪災害的發(fā)生與降雨、地質以及人類活動等因素有關，而這些因素在我國各地又有著不同的特點，溪河洪水災害、泥石流災害以及滑坡災害在地域分布上也就呈現(xiàn)出不同的特點，有很強的區(qū)域性。

二、暴雨中心位置調查確定

1.暴雨量調查

短歷時、高強度暴雨是誘發(fā)局部洪水災害的主要因素。在初步確定的暴雨洪水調查區(qū)域及周圍搜集水文站、雨量站、氣象站的降水觀測過程資料，調查區(qū)域內選定點的點暴雨量，確定暴雨中心位置。2006年7月6—7日，在甘肅省張掖市甘州區(qū)南部祁連山淺山區(qū)迎風坡面發(fā)生局地暴雨洪水，造成重大經(jīng)濟損失，簡稱甘州區(qū)“20060707”暴雨洪水。本次暴雨主要集中在祁連山北坡洪積扇的狹長地帶，強度大，歷時短，暴雨中心區(qū)域暴雨強度30分鐘達50 mm，暴雨區(qū)域西起甘州區(qū)的龍渠鄉(xiāng)，東至安陽鄉(xiāng)，東西長約50 km，南北寬約10 km。暴雨區(qū)內地勢南高北低，地形復雜，地面坡降較大，沿山溝壑交錯，河流、支溝眾多。暴雨區(qū)內有鶯落峽水文站及4個雨量觀測站。暴雨調查情況統(tǒng)計見表1。

2006年7月30日，甘肅省武威市局部地區(qū)發(fā)生短歷時大暴雨，簡稱石羊河水系“20060730”暴雨洪水。武威市區(qū)及周邊區(qū)域受災嚴重。本次降雨主要集中在7月30日15—18時，主雨區(qū)涉及涼州區(qū)金山、康寧、豐樂、紅星、柏樹、金塔、新華、清源等鄉(xiāng)鎮(zhèn)及武威市區(qū)一帶，暴雨中心主要集中在涼州區(qū)金山—康寧和金塔—柏樹2處，涼州區(qū)康寧鄉(xiāng)康寧村七組調查最大點雨量135.2 mm；柏樹鄉(xiāng)柏樹村六組調查點雨量112.9 mm。降水量在100 mm以上面積達 85.3 km2，80 mm以上面積210.1 km2，60 mm以上面積337.3 km2，40 mm 以上面積 775.8 km2，20 mm以上面積1151.5 km2，雨強和籠罩面積之大實屬罕見。2010年8月7日22時，舟曲縣城正北方向的三眼峪和羅家峪一帶發(fā)生大暴雨，導致山洪暴發(fā)，形成特大泥石流沖向舟曲縣城，造成了特大山洪泥石流災害。舟曲氣象局觀測數(shù)據(jù)表明，舟曲東山雨量站降水96.3 mm，迭部縣代古寺雨量站降水93.8mm。

2.暴雨等值線圖繪制和暴雨中心確定

根據(jù)雨區(qū)調查雨量，勾繪暴雨等值線圖，確定暴雨中心位置及雨量。依據(jù)暴雨成因、走向、雨強大小，暴雨中心有一個、兩個（或多個）、線狀分布幾種情況。甘州區(qū)“20060707”暴雨洪水，調查點雨量10處，調查暴雨區(qū)總面積為566.8 km2，暴雨中心只有一個，位于板大口護林站，點暴雨量53.0 mm。石羊河水系“20060730” 暴雨洪水，調查點雨量32處，暴雨籠罩面積達1151.5 km2，主雨區(qū)與祁連山脈走勢基本一致，呈西南—東北的啞鈴狀。形成2個暴雨中心，第一個位于武威市區(qū)以西約30 km的金山、康寧鄉(xiāng)鎮(zhèn)一帶，調查最大點暴雨量為135.2mm；第二個位于武威市區(qū)東南部約20km的金塔、柏樹鄉(xiāng)鎮(zhèn)一帶，調查點最大暴雨量為112.9mm。調查資料和雨量自記資料證實，暴雨中心自西南向東北方向移動，2個暴雨中心暴雨量級及中心雨強相當，主降水過程歷時均約40分鐘，降水開始時間差約2小時。舟曲“20100807”特大暴雨泥石流，調查點雨量14處，根據(jù)氣象衛(wèi)星云圖顯示分析，降雨20時從舟曲縣城西北方向的迭部縣代谷寺開始，20—21時雨量為55.4 mm；舟曲縣城東山降雨是從21時開始，21—22時降雨為1.8 mm，22—23時雨量為0.5 mm，23—24時雨量為整場降雨的時段最大，達到77.3mm。最大降雨量出現(xiàn)在舟曲縣城東南部5 km的東山鎮(zhèn)，為96.3mm，舟曲縣西北方向白龍江上游的迭部縣代古寺為93.8mm。此次降雨過程局地性強，短時強度大，突發(fā)性強，引發(fā)舟曲縣發(fā)生特大山洪泥石流災害。暴雨中心依雷古山、三眼峪、羅家峪、東山一帶呈線狀分布。

三、洪峰流量地區(qū)組成

局部暴雨形成的洪水可分為以下幾種情況：一是平原或洼地區(qū)域，暴雨強度遠遠大于下滲能力，就地起水，產(chǎn)生大面積洪水災害。如石羊河水系“20060730”暴雨洪水。二是沿山地帶或山前洪積平原地帶，山區(qū)和山前地帶暴雨形成的洪水在水能的推動作用下順坡面而下，受地形、山洪溝道影響集中成幾股或多股洪水，洪水流經(jīng)區(qū)和沖擊區(qū)將受到嚴重洪澇災害。如甘州區(qū)“20060707”暴雨洪水。三是暴雨形成的山洪沿河溝和坡面匯集到河道形成較大量級洪水，暴雨區(qū)、山洪區(qū)、河道及下游區(qū)域將受到洪水威脅，并產(chǎn)生嚴重泥石流、洪澇災害。如舟曲“20100807”特大暴雨泥石流，白龍江舟曲段左岸三眼峪、羅家峪山洪溝暴雨形成千年一遇泥石流洪水，致使白龍江舟曲縣城段堵塞形成堰塞湖。西北內陸干旱地區(qū)第二種情況較為普遍。

甘州區(qū)“20060707”暴雨洪水，在暴雨區(qū)匯流出口處由西向東布設洪水調查斷面，調查斷面主要選擇在水流比較集中、洪水出口在山區(qū)與平原區(qū)交界處，而且在受災比較嚴重的地區(qū)。共布設調查斷面5處，其中水文定點調查斷面1處，其他洪調斷面4處，基本控制了主要產(chǎn)流區(qū)域。為了收集這次暴雨洪水地區(qū)組成資料，對布設的調查河段進行了洪峰流量調查，由于調查及時，洪痕清晰可見，調查到的洪峰流量成果比較可靠。據(jù)當?shù)厥転牡胤降拇迕穹从常?月7日下午18時30分，在距村莊約10 km的祁連山北坡地帶發(fā)生暴雨，使整個山坡地帶平地起水，在19時30分左右，洪水沿山坡兇猛而來。據(jù)目擊者稱，當時洪水水頭1m多高，夾帶石頭滾滾而來，持續(xù)了大約1小時，在20時30分洪水漸退，這與鶯落峽水文站推算的紅沙河定點洪水調查河段的洪水歷時基本相符。根據(jù)洪峰流量和洪水歷時，推算洪水總量為116.57萬m3。暴雨洪水地區(qū)組成調查成果見表2。

表2 甘州區(qū)“20060707”暴雨洪水地區(qū)組成調查成果表

四、洪水災害調查評估

洪水災害調查評估應從受災面積（受災面積、成災面積）、受災人口、死亡人口、倒塌房屋、損失糧食、死亡牲畜、水毀工程情況（堤防、涵洞、公路、渠道）、水庫垮壩、鐵路中斷行車歷時等幾個方面進行調查評估。甘州區(qū)“20060707”暴雨洪水造成部分防洪工程和渠道沖毀淤積，農(nóng)田淹沒，農(nóng)戶和學校進水，房屋倒塌，道路沖毀，家畜家禽淹死，直接經(jīng)濟損失達3907萬元。石羊河水系“20060730”暴雨洪水受災最重的是涼州區(qū)，共有7個街道和18個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的232個村1860個村民小組受災，直接經(jīng)濟損失達1.76億元。

五、洪水重現(xiàn)期確定

一是根據(jù)暴雨重現(xiàn)期確定洪水重現(xiàn)期，二是利用雨量站、水文站、定點洪水調查系列資料進行頻率分析確定洪水重現(xiàn)期。甘州區(qū)“20060707”暴雨洪水重現(xiàn)期確定，依據(jù)鶯落峽水文站上游1 km處支流設立的紅沙河上龍王廟河段定點洪水調查系列資料（1976—2006年）進行洪峰流量頻率計算，本次洪水重現(xiàn)期為100年，洪峰流量80.3m3/s。舟曲“20100807”特大暴雨泥石流，由于缺乏該地區(qū)翔實的山洪泥石流資料，采用各種經(jīng)驗公式進行計算，千年一遇的洪峰流量都比這次三眼峪和羅家峪的洪峰流量要小，所以暫定其重現(xiàn)期為1000年。

六、結 語

局部暴雨洪水調研成果是基礎性珍貴資料，已廣泛應用于工程設計、工程安全復核、防洪管理及工程調度中。通過對局部暴雨洪水特點的認識，針對甘州區(qū)“20060707”暴雨洪水、石羊河水系 “20060730”暴雨洪水、舟曲“20100807”特大暴雨泥石流三個典型特例，分析研究暴雨中心位置調查確定、雨區(qū)洪峰流量地區(qū)組成、洪水災害調查評估、洪水重現(xiàn)期確定幾個關鍵技術問題，系統(tǒng)地提出局部暴雨洪水調查的方法和質量控制體系。

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