山洪危害區(qū)雨量預警指標計算方法探討

(甘肅省臨洮水文水資源勘測局，甘肅 臨洮 730500)

從保護人民群眾生命和財產安全出發(fā)，將降雨量分為預警雨量和轉移雨量，而預警雨量指的是在山洪未發(fā)生前向山區(qū)人民群眾發(fā)布危險警告時的實時降雨量。而轉移雨量指的是在山洪即將發(fā)生或爆發(fā)可能性極大時需要通知危險區(qū)域群眾轉移時的降雨量。而對于雨量預警指標的計算尤為重要，正確預測不同降雨指標，掌握好發(fā)布預警信號的時機是預測山洪災害的關鍵所在，計算的雨量預警指標準確性的高低，對山洪危害區(qū)的人民群眾遭受損失的大小密切相關。

1 預警時段的概念及確定原則

預警時段指雨量預警指標中采用的典型降雨歷時，是雨量預警指標的重要組成部分。受防災對象上游集雨面積大小、降雨強度、流域形狀及其地形地貌、植被、土壤含水量等因素的影響，預警時段會發(fā)生變化，需要合理地確定預警時段尤為關鍵。預警時段確定原則和方法如下：

(1)最長時段確定：將每一個分析對象上游集水區(qū)的匯流時間作為每個沿河村落預警指標的最長時段，對于匯流時間較短的(例如1小時)對象增加1～2個時段。

(2)典型時段確定：針對每個沿河村落，對于小于最長時段的其他時段的確定，根據防災對象所在地區(qū)暴雨特性、流域面積大小、平均比降、形狀系數、下墊面情況等因素，確定比匯流時間小的短歷時預警時段，60 min、180 min等，一般選取2～3個典型預警時段，最小預警時段選為60 min。

(3)綜合確定：充分參考前期基礎工作成果的流域單位線信息，結合流域暴雨、下墊面特性以及歷史山洪情況，綜合分析防災對象所處河段的河谷形態(tài)、洪水上漲速率、轉移時間及其影響人口等因素后，從而可以確定各防災對象的各個典型預警時段，從最小預警時段直至流域匯流時間。

2 預警指標計算的基本理論及難點分析

預警指標計算的難點在于如何建立暴雨與設計洪水的關聯(lián)關系，由于不同地區(qū)情況不同，所以要將暴雨與洪水資料相關聯(lián)起來比較非常困難。時常存在雨量站沒有降雨但河道中出現(xiàn)洪水的情況。所以，水文站實測的降雨資料就不能反映洪水的情況，因此，就不能完全根據實測資料進行設計暴雨、設計洪水的關聯(lián)研究分析。另外一方面，由于許多中小河流上水文站布設密度較大，或者缺乏長系列水文資料，所以進行水文資料統(tǒng)計計算比較困難，要根據實際情況考慮采用各種水文手冊進行計算，但是采用不同的水文手冊時暴雨洪水關聯(lián)的前提條件是：必須假設設計暴雨與設計洪水同頻，基于該理論首先確定出成災流量對應的發(fā)生頻率，然后根據該頻率以及通過暴雨圖集確定的暴雨參數以及暴雨雨力公式計算得出預警指標值。

所以通過以上方法可以求出預警指標，而根據《山洪災害分析評價技術要求》需要求出干旱、一般以及濕潤三種情況下的預警指標值，為此還需要辨別出以上方法求出的預警指標是何種狀態(tài)下的預警指標，并計算出另外兩種情況的預警指標值。為此可查閱《山洪災害分析評價方法指南》以及《小流域暴雨洪峰流量計算》，發(fā)現(xiàn)預警指標的產流特性與《小流域暴雨洪峰流量計算》中超滲產流的理論較為契合，該理論認為超滲產流具有普適性，并給出了暴雨損失的計算公式。該公式對干旱、一般以及濕潤狀態(tài)的損失進行了較為詳盡的概述。為此，可以根據該暴雨損失參數來區(qū)分三種情況的預警指標值。而在計算預警指標值時存在兩個假設：

(1)暴雨損失值是一個穩(wěn)定入滲值，其受暴雨強度的影響較大，在計算預警指標時，以預警指標內的暴雨強度作為整個預警指標內的暴雨平均損失值進行計算；

(2)暴雨的產流時間大于流域的匯流時間，認為在匯流時間內，計算的暴雨量是大于損失值直接能夠直接產生凈雨的，而根據《山洪災害分析評價技術要求》規(guī)定預警的最長時段為流域匯流時間，即在預警指標時段內暴雨損失是直接按照損失值計算公式進行扣損的。

根據上述設計暴雨與設計洪水同頻的假設，該預警指標何種類型直接與選取的洪水(選取的何種情況下發(fā)生的洪水)息息相關，但是在實際選取中，很難明確的區(qū)分出以上三種情景下的洪水，并對其進行排頻處理，加之選取洪水序列的時候是將自有流量資料記錄以來的所有情況進行排頻查算，基本包括了豐、平、枯三種情景，因此認為該序列基本包含了預警指標中干旱、一般以及濕潤三種假定情況，為此可以認為該洪水排頻查出的結果為干旱情景下，其預警指標也為干旱情景下的值。

3 雨量預警指標的典型計算方法分析

3.1 洪峰模比系數地區(qū)綜合頻率曲線法

在采用該種計算方法計算時，應對該計算公式進行變形可求出該成災流量對應的值，然后根據參證站的Cv和Cs即可推求出該對應的頻率值，然后與原計算步驟相同，根據暴雨圖集確定參數進行預警指標計算，計算流程見圖1。

圖1 洪峰模比系數地區(qū)綜合頻率曲線法推求預警指標技術流程圖

3.2 地區(qū)綜合經驗公式法

地區(qū)綜合經驗公式法根據成災流量Q成災及經驗公式確定出該成災流量對應的頻率，進而根據暴雨參數及雨力公式計算預警指標值的計算，其技術流程見圖2。

3.3 兩種計算方法對比分析

根據研究可以發(fā)現(xiàn)，洪峰流量面積指數法與地區(qū)綜合經驗公式法推求出的預警指標比較接近。洪峰流量面積指數法采用的是以參證站的實測資料進行計算的，綜合經驗法雖然根據水文變化的地區(qū)規(guī)律性建立洪峰與流域面積、流域形狀系數、最大一日降雨量等因素的關聯(lián)關系，但并未考慮降

雨的時空分布、下墊面以及受其他因素影響造成洪水場次間的差異性等情況，因此推求出的洪水結果的可靠性值得懷疑，需要根據實際暴雨洪水資料進行校驗審核。因此其預警指標的計算結果也有待商榷。

圖2 地區(qū)綜合經驗公式法推求預警指標技術流程圖

4 結語

總之，對于雨量預警指標的計算應綜合考慮防災對象所處河段河谷形態(tài)、洪水上漲速率、預警響應時間和站點位置等因素，在臨界雨量的基礎上綜合確定準備轉移和立即轉移的預警指標，并利用該預警指標進行暴雨洪水復核校正，以避免與成災水位及相應的暴雨洪水頻率差異過大。通常情況下，由于臨界雨量是從成災水位對應流量的洪水推算得到，故在數值上認為臨界雨量即立即轉移指標；對于準備轉移指標，最好是在臨界雨量基礎上根據準備轉移時間及洪水過程線綜合進行“折減”15%處理，以達到最好的預警效果，為保護山洪危害區(qū)人民群眾生命財產安全提供基礎依據。

[1]王江婷，楊同春，李偉，等. 基于降雨洪峰關系曲線的沿河村落預警指標確定[J]. 水文.2017.(2):38-43.

[2]徐東斌.新疆白楊河流域阿克蘇河水文特性分析[J]. 地下水.2017.(6):179-181.

[3]王慶花，張宏偉,. 山洪災害預警指標分析[J]. 東北水利水電.2017.(5):34-36.