婁煩縣步斗村山洪災害危險區(qū)等級的劃分

張愛紅

（太原市水文水資源勘測分局 山西太原 030001）

山洪災害調(diào)查評價是對匯水面積在200 km2以下的小流域洪水影響的沿河村落進行現(xiàn)狀防洪能力評價，劃分出不同等級危險區(qū)，制定出立即轉(zhuǎn)移和準備轉(zhuǎn)移的雨量預警指標，為及時準確發(fā)布預警信息提供科學依據(jù)。本文以婁煩縣步斗村為例，對步斗村現(xiàn)狀防洪能力進行評價，并介紹了山洪災害危險區(qū)等級的劃分方法。

1 研究區(qū)概況

步斗村隸屬山西省太原市婁煩縣，位于黃河流域汾河水系嵐河支流步斗溝上，小流域步斗溝集水面積約1.0 km2，河長1.5 km，流域比降49.4‰。對該村首先進行內(nèi)外業(yè)調(diào)查，測繪河道縱橫斷面，橫斷面測繪間隔為50 m并編號，保證合理有效推求水面線，初步勘測出成災斷面。

2 暴雨洪水計算

步斗村所在步斗溝小流域未設立水文站，無實測洪水系列數(shù)據(jù)，故采用無資料地區(qū)間接法，根據(jù)設計暴雨推求不同頻率洪水。

2.1 設計暴雨

計算設計暴雨的目的主要是根據(jù)設計暴雨來推求設計洪水，首先計算設計點雨量，然后計算出面雨量并推求出暴雨時和深的關(guān)系，進而對暴雨進行時程分配。

2.1.1 面雨量設計

根據(jù)山西省水利廳編著的《山西水文計算手冊》表 6.3.1 分別查算歷時 10 min、60 min、6 h、24 h 和 3 d的定點-定面關(guān)系參數(shù)值，對暴雨公式的三參數(shù)進行設計分析，得到不同頻率的步斗村設計暴雨成果，見表1。

2.1.2 設計暴雨時程分配

采用時段雨量序位法（見下式），對設計的雨型和時段設計雨量成果進行時程分配。

式中，j為主雨日時段雨量排位序號，即時段雨量ΔHP，j擺放的序位，然后依次利用式（1）計算出逐時段雨量，按序位號對號排放即得到逐時段雨型。步斗村設計暴雨時程分配表見表2。

表1步斗村設計暴雨成果表

表2 步斗村設計暴雨時程分配表

2.2 計算洪水[1]

推求設計洪水的的方法很多，如直接利用流量資料計算設計洪水、利用設計暴雨來推求洪水、水文比擬法推求設計洪水等。本文根據(jù)設計暴雨來推求洪水，采用的方法為《山西省水文計算手冊》中的流域水文模型法。流域水文模型法包括兩部分，即流域產(chǎn)流計算和流域匯流計算。流域產(chǎn)流計算包括兩部分，即設計洪水凈雨深和凈雨過程計算，采用雙曲正切模型計算設計洪水凈雨深，采用變損失率推理扣損法計算設計凈雨過程；采用綜合瞬時單位線法進行匯流計算。

通過實地訪問、調(diào)查和考證歷史文獻等手段對步斗溝歷史上發(fā)生的大洪水的水位、流量、重現(xiàn)期和發(fā)生情況進行對比分析后，計算出步斗村不同重現(xiàn)期的洪峰、洪量、洪水歷時等洪水基本要素，成果見表3。

3 防洪現(xiàn)狀評價

3.1 水面線推求

進行外業(yè)勘測，勘測縱橫斷面，基本確定成災斷面，水面線采用圣維南方程組建立模塊進行推求，模塊計算采用追趕法求數(shù)值解，在確定起調(diào)斷面水位后，自動插值斷面間水位點，然后在每兩個水位點間根據(jù)最大斷面自動插值流量點，得到頻率P=1%、P=2%、P=5%、P=10%和P=50%的水面線，步斗村水面線計算成果見表4，計算公式如下：

連續(xù)性方程：

表3 步斗村設計洪水成果表

式中：Q——過水斷面流量，m3/s；

L——沿河道的距離，m；

A——過水斷面面積，m2；

t——歷時，h。

動量方程：

式中：Z——水位，m；

v——斷面平均流速，m/s；

g——重力加速度，m/s2；

Sf——摩阻比降，用曼寧公式計算，通常表示為Q2/K2；

K——流量模數(shù)。

采用數(shù)值解法求解上述方程組。離散時采用6點Abbott-lonescu格式，將河網(wǎng)離散為交替網(wǎng)格，河網(wǎng)離散圖見圖1。

3.2 成災水位確定

圖1 河網(wǎng)離散圖

表4 步斗村不同頻率相應的洪峰水位

成災水位指沿河村落最容易發(fā)生山洪災害的水位，采用成災斷面處的成災水位表示，當洪水水位超過此水位時就會成災。經(jīng)實地勘測，利用GIS工具把居民戶位置以及高程投影到5種頻率洪水水面線圖中，首先勾畫洪水淹沒線范圍，然后選擇淹沒范圍內(nèi)最低頻率水面線，認為距該線最遠的房屋為成災房屋，距該住戶最近的斷面為成災斷面，該住戶的宅基高程為成災水位，經(jīng)與實地勘測結(jié)果對比得知，采用本法確定的步斗村成災斷面（控制斷面）與外業(yè)勘測的成災斷面一致，故認為本法合理可靠。步斗村控制斷面附近河谷地貌見圖2，步斗村成災水位及其對應洪水頻率成果表見表5。

圖2 步斗村控制斷面附近河谷地貌圖

表5 步斗村成災水位及其對應洪水頻率成果表

4 危險區(qū)等級劃分

4.1 危險區(qū)范圍確定

在山洪災害外業(yè)調(diào)查中確定的危險區(qū)范圍、轉(zhuǎn)移路線和臨時安置地點，需在分析評價中對危險區(qū)范圍進行核對，危險區(qū)范圍為最高歷史洪水位和100年一遇設計洪水位中的較高水位淹沒范圍以內(nèi)的區(qū)域，根據(jù)水面線推求計算得到的河道橫斷面左右岸淹沒位置，結(jié)合防治區(qū)地形地貌情況及居民戶高程，該村百年洪水位高于歷史洪水位，利用GIS工具生成百年一遇設計洪水的淹沒范圍為步斗村危險區(qū)范圍。

4.2 危險區(qū)等級確定

根據(jù)國家山洪災害防治評價組編制的《山洪災害分析評價技術(shù)》危險區(qū)等級劃分為極高危險、高危險、危險3個等級的區(qū)域，危險區(qū)劃分標準見表6。

危險區(qū)劃分時應注意：不能只依靠洪水重現(xiàn)期來劃分，必須同時參考防護對象的設施及其控制斷面水位流量關(guān)系類型等信息。步斗村在劃定危險區(qū)范圍內(nèi)沒有學校、醫(yī)院等重要設施；河谷形態(tài)為漫灘型，到達成災水位后，對人口、房屋的影響程度較輕，故未將危險區(qū)等級提升一級；步斗村上下游無塘壩、小型水庫、堤防、橋涵等工程，不存在發(fā)生潰壩洪水影響和堵塞壅水影響，故未確定洪水重點影響范圍。

表6 危險區(qū)等級劃分標準表

根據(jù)步斗村5年一遇、20年一遇、100年一遇（或最高歷史洪水位）的洪水位、危險區(qū)范圍內(nèi)山洪災害調(diào)查的數(shù)據(jù)及重要基礎設施信息，步斗村防洪能力為頻率P=2.7%即37年一遇，根據(jù)表6確定該村村危險區(qū)等級為危險，步斗村危險區(qū)劃分示意圖見圖3。

圖3 步斗村危險劃分示意圖

5 結(jié)語

本文以婁煩縣步斗村為例敘述了山洪災害分析評價中危險區(qū)等級的劃分，為大規(guī)模開展此項工作提供了思路，能進一步完善防洪預案，普及防洪意識，為群測群防等工作提供科學、全面、詳細的技術(shù)支撐。