基于山洪災(zāi)害防治項目評價基礎(chǔ)工作的要點探斷——以莆田市涵江區(qū)為例

陳忠虎

(福建省莆田市萩蘆溪水電管理處，福建 莆田 351100)

1 項目背景

依據(jù)《全國中小河流治理和病險水庫除險加固、山洪地質(zhì)災(zāi)害防御和綜合治理總體規(guī)劃》、《全國山洪災(zāi)害防治項目實施方案》(2013-2015年)和《福建省山洪災(zāi)害防治項目實施方案》(2013-2015年)，山洪災(zāi)害防治項目主要開展山洪災(zāi)害調(diào)查評價、已建非工程措施補充完善和重點山洪防洪治理等三方面建設(shè)任務(wù)。山洪災(zāi)害調(diào)查評價工作主要是對全區(qū)的山洪災(zāi)害防治區(qū)，按照10-50km2劃分小流域，以小流域為單元，開展山洪災(zāi)害基本情況、小流域基本特征、水文、社會經(jīng)濟等情況的調(diào)查，綜合分析沿河村落和城鎮(zhèn)的防洪現(xiàn)狀，以自然村為單元劃定危險區(qū)，科學(xué)確定預(yù)警指標(biāo)和閾值，以及時準(zhǔn)確預(yù)警和災(zāi)害防御提供基礎(chǔ)支撐[1]。

2 分析評價基礎(chǔ)工作要點

2.1 資料評估與處理

根據(jù)涵江區(qū)山洪災(zāi)害分析評價要求，對涵江區(qū)工作底圖(福建省防辦采購后統(tǒng)一下發(fā))、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及山洪災(zāi)害調(diào)查3個途徑獲得的資料，從可用性、可靠性、完整性、一致性等方面進行評估，進而選擇合適的方法，有針對性地整理相關(guān)資料，建立相應(yīng)的分析與計算模型，進一步開展工作。

2.1.1 氣象資料

涵江區(qū)降水量年內(nèi)分配很不均勻，春夏多雨、秋冬少雨，主要降雨季節(jié)為5-6月份的梅雨季節(jié)和7-9月份的臺風(fēng)暴雨季節(jié)。春雨季發(fā)生在3-4月平均降水量在286mm左右，約占全年18%；梅雨季發(fā)生在5-6月，平均降水量在524mm左右，約占全年的33%；臺風(fēng)暴雨季節(jié)，發(fā)生在7-9月，平均降水量在524mm左右，約占全年的33%；臺風(fēng)暴雨季節(jié)，發(fā)生在7-9月，平均降水量在524mm左右，約占全年的33%；少雨季節(jié)為每年的10月到翌年的2月，平均降水量在254mm左右，約占全年的16%。

受地理位置、地形和氣候條件等影響，各地多年平均降水量在1261-1831mm之間，其趨勢是以西北山區(qū)向東南沿海遞減?；旧吓c地形的高低相對應(yīng)，其中西北山區(qū)多年平均降水量為1721mm，東南沿海多年平均降水量為1323mm，全區(qū)多年平均降水量為1588mm。從此可見涵江區(qū)降雨充灃，集中春夏季節(jié)，暴雨多，非常容易發(fā)生山洪災(zāi)害。

2.1.2 地貌與河流資料

根據(jù)工作底圖、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以及山洪災(zāi)害現(xiàn)場調(diào)查的成果，即可以得到涵江區(qū)所有小流域及至其中不同子流域的地貌與河流資料等較為完整的信息，如流域形狀、面積與坡度，河系組成，各河道的長度、比降等。有了這些信息，可以考慮采用相應(yīng)的分析計算法進行分析評價工作。根據(jù)資料評估情況，涵江區(qū)地貌與河流資料總體上可以支撐分析評價需求。

2.1.3 水文資料

福建省全省短歷時、強降雨的暴雨資料，由《福建省暴雨洪水查算手冊》(下稱《查算手冊》)中查算，基本滿足山洪災(zāi)害分析評價對暴雨資料的需求，根據(jù)《查算手冊》可以得知涵江區(qū)基本水文情況。涵江區(qū)同屬福建省暴雨一致區(qū)區(qū)劃圖的1區(qū)，年最大1h雨量均值等值線圖中有50mm的等值線穿過，年最大6h點雨量均值等值線圖中靠近90mm的等值線靠近，近最大24h雨量均值等值線圖中有150mm等值線穿過。

2.1.4 河道測量資料

在山洪災(zāi)害調(diào)查工作中，針對境內(nèi)的重點防治區(qū)，項目組開展了大量河道測量工作。根據(jù)對測量成果的分析，針對每一個分析評價對象，測量成果都基本包含了相應(yīng)的2-3個橫斷面、一個縱繼面，橫斷面上也基本都有相應(yīng)的照片，可供糙率選取時參考。

2.1.5 植被資料

根據(jù)中央層級下發(fā)的涵江區(qū)工作底圖和小流域數(shù)據(jù)，可以得到涵江區(qū)各小流域的植被空間分布資料，進而獲得植被 覆蓋、坡面糙率、植被截流等參數(shù)信息，可為山洪分析評價洪水模擬模型建立提供必要的參數(shù)。

2.1.6 土壤資料

根據(jù)中央及下發(fā)的涵江區(qū)工作底圖和小流域數(shù)據(jù)，可以得到小流域的土壤資料，進而獲得土壤類別、空間分布等信息，為山洪分析評價洪水模擬摸型建立提供下滲等參數(shù)提供支撐。

2.1.7 歷史山洪資料

對于分析評價而言，希望收集的資料是指具體歷史山洪事件中，暴雨和洪水記錄配套的資料。但由于站點分布、觀測條件等方面的歷史條件限制，在涵江區(qū)未找到這樣的配套資料。

2.1.8 社會經(jīng)濟

針對重要沿河村落，調(diào)查了住房的位置、宅基高程、住房結(jié)構(gòu)形式及各戶總數(shù)人數(shù)，城(集)鎮(zhèn)調(diào)查了沿河居民戶的住址(門牌號)、經(jīng)緯度坐標(biāo)、宅基高程、各門牌號內(nèi)的總?cè)藬?shù)等信息。不過，初步分析表明，成災(zāi)水位高程與開始具有人口初始高程并不完全一致，在進一步工作中需要注意。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以繪制出重要沿河村落的人口-高程曲線，基本滿足山洪災(zāi)害分析評價的要求。

2.2 評價對象名錄標(biāo)準(zhǔn)

涵江區(qū)在山洪災(zāi)害調(diào)查中，防災(zāi)對象數(shù)量較多，有57個沿河村落，分布在白沙鎮(zhèn)、大洋鄉(xiāng)、江口鎮(zhèn)、萩蘆鎮(zhèn)、梧塘鎮(zhèn)、新縣鎮(zhèn)、莊邊鎮(zhèn)等7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)共有3959人，721戶(詳見表1)。評價對象名錄的編制主要根據(jù)以下原則進行篩選：

1)考慮山洪災(zāi)害現(xiàn)場調(diào)查成果，對于山洪災(zāi)害發(fā)生較為頻繁、損失較為嚴(yán)重的沿河村落、集鎮(zhèn)、城鎮(zhèn)，特別是近20a發(fā)生洪水災(zāi)害較為頻繁的村落優(yōu)先考慮納入名錄。

2)根據(jù)當(dāng)?shù)胤篮闇p災(zāi)的實際情況，考慮當(dāng)?shù)胤篮闇p災(zāi)輕重緩急的需求，對山丘區(qū)沿河村落、集鎮(zhèn)、城鎮(zhèn)進行排序處理，以編排到不同年份的名錄中。

3)考慮當(dāng)?shù)赝恋乩靡?guī)劃、旅游業(yè)發(fā)展、城鎮(zhèn)化建設(shè)以及企事業(yè)單位建設(shè)等地區(qū)發(fā)展規(guī)劃需求，合進調(diào)整分析評價對象名錄。

3 計算方法

3.1 暴雨計算及參數(shù)設(shè)置

根據(jù)(查算手冊)中“福建省暴雨一致區(qū)區(qū)劃圖”、“福建省年最大二十四小時點雨量均值等值線圖”、“福建省年最二十四小時點雨量變差系數(shù)等值線圖”、“福建省年內(nèi)最大六小時點雨量均值等值線圖”、“福建省年最大六小時點雨量變差系數(shù)等值線圖”、“福建省年內(nèi)最大一小時點雨量均值等值線圖”、“福建省年最大一小時點雨量變差系數(shù)等值線圖”、“福建省年最大十分鐘點雨量均值等值線圖”、“福建省年最大十分鐘點雨量變差系數(shù)等值線圖”等圖件，查找涵江區(qū)各計算單元24小時均值及其變差系數(shù)。

由設(shè)計頻率和查圖得到的Cv值，按Cs=3.5Cv，查《查算手冊》表二“皮爾遜III型曲線模比系數(shù)Kp值表”，查找涵江區(qū)各計算單元相應(yīng)的Kp值

查《查算手冊》“α-H□-□線關(guān)系圖”，得各計算單元1、6、24小時點雨量換系數(shù)α。

查《查算手冊》“n2-□-□24面關(guān)系圖”、“ n3-□-□24面關(guān)系圖”，得各計算單元1、6、24小時時段雨量轉(zhuǎn)換系數(shù)n2及n3。

暴雨時段分配按《查算手冊》“最大24小時概化雨型時程分配表”按雨峰所在相應(yīng)時段比例設(shè)置，以計算所得總雨量按比例分配得到計算所需的暴雨時程。暴雨的相應(yīng)時段基本各個以小流域為計算單元的小流域匯流時間進行。匯流時間計算主要采用了推理公式法，相應(yīng)的地形參數(shù)θ及匯流參數(shù)m主要由查找“《查算手冊》”“福建省小流域m-θ關(guān)系圖”及“福建省小流域R上-θ/m-τ關(guān)系圖”獲得，此外，匯流參數(shù)m也通過對照《水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范》(SL44-2006)與計算單元小流域下墊面情況進行修正。

表1 涵江區(qū)57個分析評價對象所屬行政區(qū)及人口信息一覽表

3.2 產(chǎn)流處理及參數(shù)設(shè)置

設(shè)計洪水計算部分，考慮到山洪短歷時、強降雨，多發(fā)生在河流源頭地區(qū)，流域坡面比降和溝道比降均較大的實際情況，初損主要考慮植被截留和洼蓄兩部分，后損主要考慮穩(wěn)滲，查找“查算手冊”“福建省產(chǎn)流分區(qū)圖”，得到相關(guān)參數(shù)。

預(yù)警指標(biāo)部分，產(chǎn)流按計算時段逐時段進行，參數(shù)的確定考慮了計算單元土壤含水量、土壤類型及分布、植被覆蓋等信息，綜合進行確定，較為復(fù)雜。

3.3 匯流處理及參數(shù)設(shè)置

匯流計算主要采用了納希瞬時單位線法、經(jīng)驗單位線法以及地貌單位線法和SCS單位線法進行處理。納希瞬時單位線法、經(jīng)驗單位線法根據(jù)《查算手冊》表13“S(t)曲線查用表”及表14“綜合無因次單位線表”進行，地貌單位線法采用全國山洪災(zāi)害防治項目組提供資料進行，SCS單位線法根據(jù)相關(guān)資料(SCS技術(shù)報告55(1986))進行。

3.4 山洪演進

考慮到山洪多發(fā)生在河流源頭地區(qū)，流域坡面比降和溝道比降均較大的實際情況，主要采用運動波進行計算。計算中所需參數(shù)，根據(jù)每個計算單元工作底圖和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)提供的地形地貌以及山洪災(zāi)害調(diào)查中獲取的溝道縱模斷面特征確定?；谝陨辖：?個計算單元(小流域)的試算過程和結(jié)果比較分析，得到以下認識：①設(shè)計洪水部分采用推理公式法進行，因此，后面沿河村落的設(shè)計暴雨洪水分析中，設(shè)計洪水主要以推理公式進行；②預(yù)警指標(biāo)分析部分由于面臨很多復(fù)雜情況，且適時性要求較高，不宜采用概化程度程均化程度較高的分析方法，因此采用了具有物理機理的分布式流域水文模型法，包含降雨、產(chǎn)匯、匯流以及演進四個環(huán)節(jié)的完整過程，以便更為合理地對山洪過程進行模擬，進而反推預(yù)警指標(biāo)。

3.5 匯流時間分析

流域匯流時間反映流域產(chǎn)匯流特性，根據(jù)《山洪災(zāi)害分析評價技術(shù)要求》，作為小流域設(shè)計暴雨計算所需要考慮的最長歷時。

本次評價采用推理公式反推匯流時間。

3.6 水位-流量曲線推算

水位流量關(guān)系推算考慮的因素在山洪災(zāi)害分析評價中，設(shè)計暴雨洪水分析計算的重要目的之一，就是獲取防災(zāi)對象所在控制斷面的水位-流量關(guān)系曲線?！渡胶闉?zāi)害分析評價要求》關(guān)于水位-流量關(guān)系曲線的獲取部分主要采用方法如下：①采用曼寧公式方法，進行水位-流量關(guān)系分析將防災(zāi)對象河道控制斷面設(shè)計洪水洪峰流量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的水位，繪制水位流量關(guān)系曲線。②參數(shù)確定水位流量轉(zhuǎn)換中，比降和糙率是兩個非常重要的關(guān)鍵參數(shù)，二者參數(shù)值確定正確合理與否，對于設(shè)計洪水計算成果具有重要影響。

3.7 典型小流域分析評價基礎(chǔ)工作

本次山洪分析評價以莊邊鎮(zhèn)百俊村洋中、白沙鎮(zhèn)澳柄村大洋、新縣鎮(zhèn)新縣村溪北3個沿河村落為典型闡述分析評價方法和思路，主要包括設(shè)計暴雨計算、設(shè)計洪水分析、防洪現(xiàn)狀評價、及預(yù)警指標(biāo)分析、危險區(qū)圖繪制等計算方法物步聚，并給出相應(yīng)的分析評價成果。根據(jù)北京七兆公司提取的流域信息表得到沿河村落相應(yīng)位置處的流域特征值，見表2。

表2 典型流域特征基本信息表

4 結(jié) 論

1)根據(jù)涵江區(qū)山洪災(zāi)害分析評價要求,對涵江區(qū)工作底圖、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及山洪災(zāi)害調(diào)查三大資料，從可用性、可靠性、完整性、一致性等方面進行了評估與處理。評估認為，工作底圖、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基本滿足山洪災(zāi)害分析評價工作要求。山洪災(zāi)害調(diào)查資料中，《查算手冊》等氣象水文資料滿足涵江區(qū)山洪災(zāi)害分析評價對短歷時、強降雨暴雨資料的需求。植被及土壤資料可以為山洪分析評價中洪水模擬模型建立提供必要的參數(shù)。河道縱斷面、橫斷面測量資料以及成災(zāi)水位、人口-高程分布信息等資料，基本滿足分析評價要求。確定設(shè)計洪水部分采用推理公式法進行，預(yù)警指標(biāo)分析采用具有物理機理的分布式流域水文模型法進行分析。