長治市暴雨洪水分析研究

梁存峰 牛二偉

（長治市水文水資源勘測分局）

2012-2015年，按照全省水文系統(tǒng)統(tǒng)一安排，長治市實(shí)施了山洪災(zāi)害防治項(xiàng)目一、二期非工程措施建設(shè)。通過建設(shè)長治市12個縣（包括郊區(qū)、長治縣、襄垣縣、屯留縣、平順縣、黎城縣、壺關(guān)縣、長子縣、武鄉(xiāng)縣、沁縣、沁源縣、潞城市）范圍內(nèi)自動水位站、簡易水位站、自動雨量站、簡易雨量站和無線預(yù)警廣播站等3 021個，同時對轄區(qū)3 477個行政村9 653戶沿河居民的山洪災(zāi)害進(jìn)行了調(diào)查和評價。本文在山洪災(zāi)害非工程措施建設(shè)以及山洪災(zāi)害調(diào)查與評價工作的基礎(chǔ)上，分析致災(zāi)原因、繪制暴雨等值線、合理確定危險村莊，進(jìn)行洪災(zāi)系統(tǒng)研究，提出防洪能力及防治措施。

1 區(qū)域概況與雨洪特性

1.1 區(qū)域自然概況

長治市位于山西省東南部，東與河北、河南兩省相鄰，西與臨汾市接壤，南與晉城市毗連，北與晉中市交界，全市東西長約150 km，南北寬約140 km，國土總面積13 896 km2，現(xiàn)轄10縣2區(qū)1市。

長治市東倚太行山，西靠太岳山，四周環(huán)山，中部成盆狀地形，俗稱上黨盆地。市域周邊山巒重疊，丘陵起伏，中部地勢平坦，整個地勢呈西北部高、東南部低，中間分布著武鄉(xiāng)盆地、沁縣盆地、黎城盆地、襄垣盆地和長治盆地等小型盆地。

長治市境內(nèi)河流分為海河和黃河兩大流域，海河流域主要河流有濁漳河、清漳河和衛(wèi)河，黃河流域主要河流有沁河。濁漳河屬海河流域漳衛(wèi)南運(yùn)河水系，流域呈扇形分布，上游有南、西、北三大支流，俗稱為南源、西源和北源。濁漳河流經(jīng)全市12個縣市區(qū)，境內(nèi)流域面積9 991km2，占全市總土地面積71.9%，是長治市的第一大河流。沁河屬黃河的一級支流，為長治市的第二大河流，發(fā)源于霍山南麓沁源縣王陶鄉(xiāng)二郎神溝西北部的將臺上村西，至中峪鄉(xiāng)龍頭村流出長治市境，出境后在臨汾市的安澤縣又匯入了發(fā)源于長子縣的蘭河。

長治市區(qū)域的降水量時空變化較大，根據(jù)多年實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)，最大年降水量794.9 mm（1971年），最小年降水量339.2 mm（1997年），多年平均降水量573.3 mm，年內(nèi)降水主要集中在6-9月份，占全年降水量的70%以上。降水總趨勢由東南向西北遞增，山區(qū)多于平川和丘陵。

1.2 雨洪特性

1.2.1 暴雨特性

長治市屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，冬春干旱少雨，夏季降水充沛，秋雨多于春雨，汛期6-9月份降雨量占年降水量的70%以上。特別是7、8兩月降雨量更為集中，約占年降水量55%左右，集中降雨極易產(chǎn)生強(qiáng)降雨過程，雨型多為暴雨。暴雨是長治市夏季常見的天氣現(xiàn)象，其移動性和隨機(jī)性較大。全市年均降水量573.3 mm，年際變差大，時空分布不均。根據(jù)近10 a降水量資料統(tǒng)計(jì)分析，長治市轄區(qū)內(nèi)共發(fā)生暴雨148次，有一半以上的縣（區(qū)、市）平均每年出現(xiàn)暴雨2次以上。暴雨最多的縣是沁源縣，平均每年出現(xiàn)暴雨5次以上的縣還有壺關(guān)縣、長子縣和長治縣，這幾個縣是長治市暴雨多發(fā)區(qū)。由于受地形和多種氣候因素的綜合影響，暴雨的時空分布不均，北部發(fā)生暴雨的次數(shù)、強(qiáng)度較南部少和小，從北部到南部遞增。長治市6 h的點(diǎn)暴雨均值等值線及變差系數(shù)CV等值線分布見圖1和圖2。

圖2 長治市6 h點(diǎn)暴雨CV等值線圖

1.2.2 洪水特性

長治市的大部分河流屬山溪性河流，暴雨洪水匯流時間短，降雨結(jié)束至洪峰出現(xiàn)一般只有幾個小時左右，破壞性極大。長治市的洪水主要集中于汛期（6-9月），最大洪峰大多發(fā)生在7-8月份，最早漲洪時間為5月下旬，最晚為10月下旬，洪水具有明顯的季節(jié)性變化。根據(jù)《山西省歷史洪水調(diào)查成果》和《山西洪水研究》，調(diào)查收集到了長治市各縣（區(qū)、市）的歷史洪水，其中較大的主要有：1993年8月4日，沁河孔家坡水文站出現(xiàn)了百年一遇的大洪水，實(shí)測洪峰流量達(dá)2 210 m3/s；1993年8月，濁漳河干流石梁水文站實(shí)測最大流量793 m3/s；2001年7月，濁漳河南源絳河上的北張店水文站出現(xiàn)了近20 a來最大洪峰430 m3/s。

1.2.3 洪災(zāi)情況

長治市境內(nèi)丘陵山區(qū)溝壑較發(fā)育，溝深坡陡，加之暴雨集中，極易形成具有沖擊破壞力的地表徑流，導(dǎo)致山洪暴發(fā)，形成山洪災(zāi)害。調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明，1949-2015年間，全市共發(fā)生山洪災(zāi)害109次，平均每年2-3次。局部洪水來勢兇猛，沖刷力強(qiáng)，破壞性大。1993年漳河流域大范圍暴雨，多條山溝洪水齊發(fā)，潞城市黃牛蹄水庫決堤，沖走公路大班車一輛，死亡多人，洪災(zāi)嚴(yán)重。2012年沁河支流法中河發(fā)生較大山洪，支角水庫一度出現(xiàn)險情。

1.2.4 洪災(zāi)特點(diǎn)

通過上述部分事例我們可以看出，長治市的山洪災(zāi)害有著許多不同于大面積洪水災(zāi)害的特點(diǎn)。

（1）隨機(jī)突發(fā)性。首先，暴雨的發(fā)生有極強(qiáng)的隨機(jī)性，有的以一個村或一個鄉(xiāng)為暴雨中心，有的以一個小流域?yàn)楸┯曛行?，無論發(fā)生的空間和時間均不宜確定，難以及時準(zhǔn)確進(jìn)行預(yù)測預(yù)報。其次，降雨歷時往往很短，降雨強(qiáng)度又特別大，有的甚至超過100 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。

（2）頻繁性和發(fā)生時間的特異性。小范圍暴雨或局部暴雨發(fā)生機(jī)率相對較高。山洪災(zāi)害在年內(nèi)發(fā)生的時間，一般皆出現(xiàn)在汛期6-9月，尤以7月上旬至8月下旬的50 d中山洪出現(xiàn)的次數(shù)最多，約占全年汛期出現(xiàn)次數(shù)的74%，這一時期是預(yù)防山洪災(zāi)害的關(guān)鍵期。山洪在汛期中一天內(nèi)出現(xiàn)的時間，主要為午后、傍晚或子夜。夜間出現(xiàn)山洪，給搶險、避險都帶來了相當(dāng)大的困難。

（3）地域的特殊性。就局部地區(qū)來說，暴雨和山洪的形成，發(fā)生的頻次、規(guī)模，與局部自然地理?xiàng)l件關(guān)系密切。

（4）巨大的破壞性。長治市境內(nèi)不少鄉(xiāng)鎮(zhèn)和村莊處在邊山峪口或山洪溝口兩側(cè)地帶，山洪災(zāi)害發(fā)生時往往伴生滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，并造成河流改道、公路中斷、耕地沖淹、房屋倒塌、人畜傷亡等，給當(dāng)?shù)厝罕姷纳?cái)產(chǎn)形成嚴(yán)重威脅，并造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2 市域雨洪分析

根據(jù)2011-2014年對長治市山洪災(zāi)害的調(diào)查，結(jié)合2015-2016年對山洪災(zāi)害的調(diào)查評價情況，長治市12個縣（區(qū)、市）144個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的3 477個行政村，可分為1 889個山洪防治區(qū)（村），760個山洪重點(diǎn)防治區(qū)（村），共涉及沿河重點(diǎn)居民戶9 653戶（見表1）。

表1 長治市山洪災(zāi)害調(diào)查分區(qū)統(tǒng)計(jì)表

2.1 暴雨分析

本次收集了長治市自然地理特征及與流域產(chǎn)流、匯流有關(guān)的河道特征等資料，主要包括流域及工程地理位置、地形、地質(zhì)、地貌、植被、流域面積、河長、河流比降等。分析了計(jì)算設(shè)計(jì)洪水需要直接引用的水文氣象資料，如暴雨、洪水（包括調(diào)查歷史洪水）等。同時收集了以往規(guī)劃設(shè)計(jì)報告及產(chǎn)流、匯流分析成果等資料，調(diào)查了流域內(nèi)水利化與水土保持發(fā)展情況，已建、在建和擬建的小型水庫、引水工程等對調(diào)洪有影響的資料。

考慮到重點(diǎn)防治村下墊面各自的特殊情況，采用由設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水的間接法計(jì)算。具體為：在《山西省水文計(jì)算手冊》各歷時點(diǎn)暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)等值線圖上讀取小流域的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，根據(jù)參數(shù)計(jì)算各種歷時的設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量，按點(diǎn)面折減系數(shù)計(jì)算設(shè)計(jì)面雨量，按設(shè)計(jì)雨型進(jìn)行時程分配。主要包括設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量、設(shè)計(jì)面雨量、設(shè)計(jì)暴雨時程分配3個步驟。

長治市100 a一遇設(shè)計(jì)暴雨分布見圖3，100 a一遇設(shè)計(jì)暴雨等值線見圖4。

2.2 洪水分析

由設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水，采用《山西省水文計(jì)算手冊》中的流域模型法，對重點(diǎn)防治村進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水的分析計(jì)算，走訪調(diào)查歷史暴雨洪水，確定當(dāng)?shù)匚ｋU水位。

長治市100 a一遇設(shè)計(jì)洪水分布見圖5，100 a一遇洪峰模數(shù)分布見圖6。

圖3 長治市6 h百年一遇設(shè)計(jì)暴雨分布圖

圖4 長治市6 h百年一遇設(shè)計(jì)暴雨等值線圖

圖5 長治市100 a一遇設(shè)計(jì)洪水分布圖

圖6 長治市100 a一遇洪峰模數(shù)分布圖

2.3 防洪現(xiàn)狀分析

本次分析采用以下步驟進(jìn)行重點(diǎn)防治區(qū)（村）防洪能力分析：（1）采用天然河道水面線軟件推求重點(diǎn)防治區(qū)（村）河段5 a、10 a、20 a、50 a和100 a一遇設(shè)計(jì)洪水水面線；（2）對比臨河一側(cè)居民戶高程和重點(diǎn)防治區(qū)河段水面線確定成災(zāi)水位，分析防災(zāi)對象成災(zāi)水位對應(yīng)洪峰流量的頻率，確定其防洪能力。長治市各行政區(qū)現(xiàn)狀防洪能力情況統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 長治市防洪現(xiàn)狀評價成果匯總表

由表2可知，長治市760個沿河村落中，有26個村落位于100 a一遇設(shè)計(jì)洪水以下，734個村落位于100 a一遇設(shè)計(jì)洪水以上。

5 a一遇設(shè)計(jì)洪水以上的村落102個，其中：郊區(qū)2個，長治縣14個，襄垣縣11個，屯留縣6個，平順縣10個，黎城縣4個，壺關(guān)縣8個，長子縣20個，武鄉(xiāng)縣5個，沁縣3個，沁源縣17個，潞城市2個，占總分析評價村數(shù)的13.4%，以長治縣、襄垣縣、平順縣、長子縣、沁源縣為較多。

5-20 a一遇設(shè)計(jì)洪水的村落230個，其中：郊區(qū)8個，長治縣17個，襄垣縣14個，屯留縣22個，平順縣31個，黎城縣11個，壺關(guān)縣8個，長子縣16個，武鄉(xiāng)縣13個，沁縣21個，沁源縣51個，潞城市18個，占總分析評價村數(shù)的30.3%，以屯留縣、平順縣、沁縣、沁源縣為較多。

20-100 a一遇設(shè)計(jì)洪水的村落402個，其中：郊區(qū)14個，長治縣17個，襄垣縣20個，屯留縣59個，平順縣62個，黎城縣36個，壺關(guān)縣33個，長子縣22個，武鄉(xiāng)縣23個，沁縣29個，沁源縣65個，潞城市22個，占總分析評價村數(shù)的52.9%。

100 a一遇以上設(shè)計(jì)洪水的村落有26個，其中：郊區(qū)4個，長治縣2個，屯留縣2個，平順縣2個，黎城縣3個，長子縣6個，武鄉(xiāng)縣4個，潞城市3個，占總分析評價村數(shù)的3.4%。

上述分析結(jié)果，與各縣（區(qū)、市）河流情況基本一致，與實(shí)際情況基本相符。需要說明的是，近年來，長治市啟動了重點(diǎn)地區(qū)中小河流治理，對部分河道進(jìn)行了河堤加高，對沿河村落保護(hù)增強(qiáng)，重要河段的防洪減災(zāi)能力得到了明顯提高。

3 山洪災(zāi)害防治措施

3.1 山洪測報系統(tǒng)建設(shè)

2011-2015年，全省山洪災(zāi)害防治非工程措施建設(shè)全面實(shí)施，長治市共建設(shè)自動水位站37處，簡易水位站53處，自動雨量站168處，簡易雨量站1698處，無線預(yù)警廣播站1065處，各縣（市、區(qū)）的監(jiān)測站點(diǎn)，共同構(gòu)成了全市山洪災(zāi)害防御系統(tǒng)，構(gòu)建了一個完整的預(yù)警預(yù)報平臺，不僅可為洪災(zāi)預(yù)防提供有效數(shù)據(jù)，而且可為洪災(zāi)防治起到預(yù)警作用，同時也可為受災(zāi)群眾安全轉(zhuǎn)移安置贏得時間。長治市山洪災(zāi)害防治非工程措施建設(shè)情況統(tǒng)計(jì)見表3。

3.2 水利工程與河流堤防建設(shè)

新中國成立以來，特別是1958年以后，長治市興建了大量水利工程，有漳澤、后灣、關(guān)河大型水庫3座，中型水庫8座，還有數(shù)量較多的小型水庫。這些水利工程，在為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展提供大量工農(nóng)業(yè)用水和城鄉(xiāng)居民用水的同時，也提高了鄉(xiāng)村的整體防洪能力。長治市還先后建設(shè)了辛安泉引水一期工程和二期工程，引水能力達(dá)2 m3/s，成為長治市城市用水的主要水源。經(jīng)過2015年山洪災(zāi)害調(diào)查得知，長治市各防治區(qū)內(nèi)共建設(shè)水利工程329處，其中，水庫77座，水閘97處，堤防155處；涉水工程1 044處，其中，橋梁581座，路涵426座，塘壩37座。

表3 長治市山洪災(zāi)害防治非工程措施建設(shè)情況統(tǒng)計(jì)表

3.3 危險村編制洪災(zāi)防御預(yù)案

洪災(zāi)防御預(yù)案是做好洪災(zāi)事件防范與處置的前提，可保證抗洪搶險救災(zāi)工作高效有序進(jìn)行。在洪災(zāi)形成前，通過嚴(yán)密的組織和防范措施，努力避免災(zāi)害發(fā)生。在災(zāi)害發(fā)生時，可做到科學(xué)有序地指揮組織抗洪搶險、救災(zāi)，最大限度地避免和減少人員傷亡，減輕財(cái)產(chǎn)損失，維護(hù)社會穩(wěn)定，保障當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。

上述這些措施的實(shí)施，為長治市的洪災(zāi)防治發(fā)揮了很好的綜合效益。

4 結(jié)語

經(jīng)過對長治市范圍內(nèi)劃分的760個重點(diǎn)防治區(qū)（村）進(jìn)行設(shè)計(jì)暴雨、設(shè)計(jì)洪水、歷史洪水的計(jì)算及雨洪特性分析，結(jié)合全市洪災(zāi)及其防治措施建設(shè)情況，明確了洪災(zāi)防治重點(diǎn)、難點(diǎn)，可為有針對性的水旱災(zāi)害防治提供基礎(chǔ)依據(jù)。

2017年是長治市暴雨洪水發(fā)生較多的年份：屯留縣降河北張店站7月28日發(fā)生洪峰流量124 m3/s的洪水，郊區(qū)二賢莊水位站6月30日發(fā)生洪峰流量131 m3/s的洪水，涅河西河底7月20日發(fā)生洪峰流量98.6 m3/s的洪水。這些較強(qiáng)的雨洪，由于預(yù)警及時，抗洪組織有力，人員得到及時撤離，均未造成較大自然災(zāi)害。我們深信，隨著雨洪預(yù)警體系的不斷完善，長治市的山洪災(zāi)害防治效果將會越來越好。