都安縣安陽(yáng)鎮(zhèn)山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)技術(shù)研究

楊 宇，羅秀連，譚思陽(yáng)，劉貞鵬

（1.廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南寧 530216；2.廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)校， 南寧 530216）

1 概述

2013—2019 年廣西開(kāi)展了111 個(gè)縣（市、區(qū)）的山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)工作，完成了廣西區(qū)內(nèi)山洪災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)村屯的水文氣象、地形地貌、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、歷史山洪災(zāi)害、涉水工程、山洪溝基本情況以及山洪災(zāi)害防治現(xiàn)狀等基礎(chǔ)信息。但對(duì)于城鎮(zhèn)、集鎮(zhèn)的山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)工作一直都是空白。為提高山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)工作的完整性，廣西在2021年啟動(dòng)了重點(diǎn)城鎮(zhèn)、集鎮(zhèn)的調(diào)查評(píng)價(jià)工作。本文以都安縣安陽(yáng)鎮(zhèn)為例，闡述了重點(diǎn)城鎮(zhèn)開(kāi)展山洪災(zāi)害評(píng)價(jià)工作的方法，為今后開(kāi)展同類(lèi)型研究提供參考。

2 研究對(duì)象基本情況

2.1 自然地理情況

都安瑤族自治縣位于廣西壯族自治區(qū)中部偏西、河池市南部，屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，春季陰雨連綿，日照時(shí)數(shù)少；夏季高溫濕熱，暴雨集中；秋季多晴朗，往往出現(xiàn)秋旱；冬季較寒，雨量稀少。都安縣年平均降雨量為1726 mm。

2.2 水文氣象情況

都安氣象站和水文站分別自1952年和1936年起有氣象觀測(cè)資料，實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)表明：澄江流域多年平均降雨量1 717.0 mm，最大年降雨量2 502.5 mm，最小年降雨量1 351.9 mm；多年平均蒸發(fā)量1 204.4 mm，最大年蒸發(fā)量1 351.9 mm，最小年蒸發(fā)量995.2 mm；多年平均氣溫21.3℃，極端最高氣溫39.6℃，極端最低氣溫0.4℃；多年平均風(fēng)速2.4 m/s，最大風(fēng)速22.0 m/s。

2.3 山洪災(zāi)害防御現(xiàn)狀

都安縣特殊的地形地貌以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)影響，致使洪水頻發(fā)。目前都安縣山洪災(zāi)害防御工作。在制度建設(shè)、監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)等方面，都做了大量的工作，山洪災(zāi)害預(yù)警能力有了顯著提高。

（1）制度建設(shè)。①建立健全了各級(jí)防汛責(zé)任人組織機(jī)構(gòu)，組建了縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村、組、戶五級(jí)組織責(zé)任體系；②編制了縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村（部分）三級(jí)山洪災(zāi)害防御預(yù)案；③加強(qiáng)汛期各項(xiàng)工作制度實(shí)施，如嚴(yán)格執(zhí)行汛期請(qǐng)假報(bào)告制度，加強(qiáng)汛期防洪值班巡查和值班記錄，嚴(yán)格實(shí)行24小時(shí)值班制度和信息報(bào)告制度等。

（2）監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)。截至2021年底，都安縣共建設(shè)有監(jiān)測(cè)預(yù)警設(shè)備322 座，其中自動(dòng)監(jiān)測(cè)站153 座，無(wú)線預(yù)警廣播站169 座。組成雨水情監(jiān)測(cè)預(yù)警站網(wǎng)；建設(shè)縣級(jí)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，在鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、行政村配置各類(lèi)預(yù)警設(shè)施設(shè)備，如手搖報(bào)警器、銅鑼等，可隨時(shí)提供各種水雨情信息和及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息。

（3）群測(cè)群防建設(shè)。目前都安縣群測(cè)群防體系建設(shè)已經(jīng)完善預(yù)案編制，各種標(biāo)識(shí)牌安裝，組織相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn)，組織山洪災(zāi)害群眾緊急避險(xiǎn)演練等，為都安縣山洪災(zāi)害防治做出了貢獻(xiàn)。

3 山洪災(zāi)害分析

本次分析評(píng)價(jià)的對(duì)象為都安瑤族自治縣安陽(yáng)鎮(zhèn)城區(qū)。安陽(yáng)鎮(zhèn)危險(xiǎn)區(qū)位于澄江干流，其預(yù)警指標(biāo)采用水位進(jìn)行預(yù)警，設(shè)計(jì)洪水采用水文站實(shí)測(cè)資料進(jìn)行推求。

3.1 設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算

設(shè)計(jì)暴雨采用查算圖表法進(jìn)行推求。

（1）設(shè)計(jì)暴雨。根據(jù)《廣西暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)等值線圖研究（2010 版）》，查得設(shè)計(jì)河段流域重心最大1 h、6 h、24 h的均值、Cv值，取Cs=3.5Cv，計(jì)算得各頻率設(shè)計(jì)暴雨，成果見(jiàn)表1。

表1 安陽(yáng)鎮(zhèn)設(shè)計(jì)暴雨成果表

（2）設(shè)計(jì)暴雨分析步驟。①根據(jù)重點(diǎn)防治區(qū)（小流域）的位置查《廣西壯族自治區(qū)暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)等值線圖研究》中的不同時(shí)段點(diǎn)雨量均值等值線圖和點(diǎn)雨量Cv等值線圖，得到各個(gè)小流域不同時(shí)段的Hˉ和Cv；據(jù)Cv值和相應(yīng)頻率，由《廣西壯族自治區(qū)暴雨統(tǒng)計(jì)參數(shù)等值線圖研究》附表1“皮爾遜III 型曲線模比系數(shù)Kp值表”，可得各計(jì)算單元不同設(shè)計(jì)暴雨頻率相應(yīng)的Kp值，乘以暴雨均值可得不同設(shè)計(jì)暴雨頻率的設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量，即H24 點(diǎn)=H24 點(diǎn)×Kp、H6點(diǎn)=H6點(diǎn)×Kp、H1點(diǎn)=H1點(diǎn)×Kp。②查《廣西壯族自治區(qū)暴雨徑流查算圖表》表1“二區(qū)T～F～α關(guān)系表”，得各計(jì)算單元1、6、24 h 點(diǎn)面雨量轉(zhuǎn)換系數(shù)α，乘以設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量得到1，6，24 h 的設(shè)計(jì)面雨量。當(dāng)流域面積小于100 km2時(shí)，則由點(diǎn)雨量代替面雨量，當(dāng)流域面積大于100 km2時(shí)，則需計(jì)算面雨量。③根據(jù)面暴雨遞減指數(shù)n的求解公式，求得n1p，n2p，n3p 三種時(shí)段的面暴雨遞減指數(shù)。④根據(jù)第二步求得的1、6、24 h的設(shè)計(jì)面雨量，按以下公式就可以求得不同歷時(shí)的設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量：

當(dāng)6≤t＜24 h：

當(dāng)1≤t＜6 h：

（3）點(diǎn)面系數(shù)。整治河段各斷面集雨面積小于100 km2，不考慮點(diǎn)面系數(shù)。

（4）設(shè)計(jì)雨型。設(shè)計(jì)雨型采用《廣西暴雨徑流查算圖表》雨型。澄江干流屬第3 雨型區(qū)，最大1 h暴雨發(fā)生在第13 小時(shí)；其他河流屬第2 雨型區(qū)，最大1 h暴雨發(fā)生在第17小時(shí)。

3.2 設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水

（1）流域特征參數(shù)。本次采用1∶10 000 地形圖對(duì)各河流流域特征參數(shù)進(jìn)行量算，同時(shí)結(jié)合《廣西河川主要特征表》、河流“一河（湖）一策”成果進(jìn)行對(duì)比分析，經(jīng)比較分析，本次計(jì)算河流流域特征值與已有成果相差不大，說(shuō)明流域特征值量算成果合理，各河流流域特征參數(shù)采用《廣西河川主要特征表》已有成果，見(jiàn)表2。

表2 河流流域特征參數(shù)值

（2）設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果。根據(jù)各河流流域特征參數(shù)、設(shè)計(jì)暴雨成果以及產(chǎn)匯流參數(shù)，采用《廣西暴雨徑流查算圖表》中推理公式法和瞬時(shí)單位線法兩種方法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水。

（1）推理公式法。

式中：F為流域集雨面積（km2）；ht為時(shí)段凈雨（mm）；t為時(shí)間（h）；L為主河道河長(zhǎng)（km）；J為主河道坡降；τ為匯流時(shí)間（h）；m為匯流參數(shù)。θ、m值：流域?yàn)榍鹆辏脖惠^好，根據(jù)《廣西暴雨徑流查算圖表》θ計(jì)算公式：

（2）瞬時(shí)單位線法。瞬時(shí)單位線采用納希瞬時(shí)單位線公式：

式中：U（0，t）為t時(shí)刻瞬時(shí)單位線縱高；Γ為伽馬函數(shù)；n為相當(dāng)于線性水庫(kù)的個(gè)數(shù)（調(diào)節(jié)次數(shù)或調(diào)節(jié)系數(shù)）；k為水庫(kù)型線性蓄泄方程的匯流歷時(shí)（反映流域匯流時(shí)間參數(shù)或調(diào)蓄系數(shù)）；e為自然對(duì)數(shù)的底；t為時(shí)刻。m1穩(wěn)及n的參數(shù)計(jì)算：

m1穩(wěn)=0.96F0.324J-0.238、n=1.38F0.080J0.150

經(jīng)計(jì)算，各河流設(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)表3。

表3 澄江安陽(yáng)鎮(zhèn)斷面設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果采表

由表3 可知，流推理公式法和瞬時(shí)單位線法各頻率計(jì)算成果相差不大，經(jīng)綜合分析，推理公式法更適合中小流域的洪水計(jì)算，從偏安全角度考慮，本次采用推理公式法成果。

3.3 水位流量轉(zhuǎn)換

本次水位流量關(guān)系曲線根據(jù)實(shí)測(cè)大斷面，采用曼寧公式計(jì)算控制斷面泄流曲線，為率定水流廣西曲線成果的合理性，高水位部分結(jié)合歷史洪水調(diào)查進(jìn)行擬合分析。計(jì)算公式如下：

式中：k為轉(zhuǎn)換常數(shù)，1；n為糙率；R為水力半徑J為河床比降。

安陽(yáng)鎮(zhèn)控制斷面水位流量關(guān)系成果見(jiàn)表4。

表4 澄江安陽(yáng)鎮(zhèn)控制斷面H～Q關(guān)系成果表

根據(jù)前述分析的設(shè)計(jì)洪峰流量及各斷面的水文流量關(guān)系成果，分別查詢得到其相應(yīng)的各頻率設(shè)計(jì)洪水位，各斷面各頻率設(shè)計(jì)洪水位成果見(jiàn)表5。

表5 各斷面各頻率設(shè)計(jì)洪水位成果表

3.4 合理性分析

（1）兩種計(jì)算方法成果對(duì)比。本次按兩種計(jì)算方法復(fù)核設(shè)計(jì)洪水結(jié)果見(jiàn)表3，兩種計(jì)算方法的設(shè)計(jì)洪水成果接近，相互驗(yàn)證，說(shuō)明設(shè)計(jì)洪水成果可靠。

（2）與周邊工程對(duì)比。為了更進(jìn)一步論證設(shè)計(jì)洪水成果的合理性，現(xiàn)將本次工程設(shè)計(jì)洪水成果與鄰近流域部分工程和水文站設(shè)計(jì)洪水成果進(jìn)行比較分析。本次選取流域附近已建或者已批復(fù)的工程洪水成果，點(diǎn)匯集水面積與P=5%設(shè)計(jì)洪峰的雙對(duì)數(shù)圖（見(jiàn)圖1）。各河段點(diǎn)據(jù)處在點(diǎn)群中心線附近，可見(jiàn)本次洪水成果與鄰近區(qū)域洪水成果較協(xié)調(diào)，設(shè)計(jì)成果合理。部分點(diǎn)距與趨勢(shì)線略有偏差，主要是由降雨特性、流域概況、河道參數(shù)、產(chǎn)匯流條件差異所致。

圖1 20年一遇洪峰～集水面積關(guān)系圖

綜上所述，本次洪水計(jì)算成果是合理可用的。

4 預(yù)警指標(biāo)分析

4.1 預(yù)警指標(biāo)確定

根據(jù)預(yù)警對(duì)象控制斷面成災(zāi)水位，推算上游水位站的相應(yīng)水位，作為臨界水位進(jìn)行預(yù)警。山洪從水位站演進(jìn)至下游預(yù)警對(duì)象的時(shí)間不應(yīng)小于30 min。預(yù)警指標(biāo)的確定主要考慮如下如下因素：

（1）根據(jù)下游預(yù)警對(duì)象控制斷面成災(zāi)水位推算上游某地的相應(yīng)水位，該水位是臨界水位；

（2）從時(shí)間上講，山洪從水位站演進(jìn)至下游預(yù)警對(duì)象的時(shí)間應(yīng)不小于30 min。

一般洪水速度為3.0～3.5 m/s，按傳播時(shí)間30 min 計(jì)，擬定在本次分析的安陽(yáng)鎮(zhèn)城鎮(zhèn)區(qū)控制斷面處上游6 km處作為水位預(yù)警站斷面，根據(jù)控制斷面的成災(zāi)水位按照水面坡降分析得到預(yù)警水位站的相應(yīng)水位，該水位作為立刻轉(zhuǎn)移水位。為做好轉(zhuǎn)移組織工作，一般留一定預(yù)度作為準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移水位，本次簡(jiǎn)化處理，按立刻轉(zhuǎn)移水位-0.20 m 作為準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移水位。

4.2 預(yù)警指標(biāo)分析

根據(jù)各河段的水面坡降及各預(yù)警對(duì)象控制斷面的成災(zāi)水位，擬定的預(yù)警水位如表6。

表6 預(yù)警對(duì)象預(yù)警指標(biāo)成果表

上述預(yù)警水位為控制斷面上游6 km 處的斷面水位，在具體的預(yù)警水位站建設(shè)中需要根據(jù)河段范圍內(nèi)是否有梯級(jí)電站、是否有河流斷面突變等情況來(lái)進(jìn)一步分析該水位是否合理，必要時(shí)按照上述方法復(fù)核后采用。

5 建議

（1）加強(qiáng)站點(diǎn)預(yù)警信息關(guān)聯(lián)，改進(jìn)、完善監(jiān)測(cè)站網(wǎng)布設(shè)。分析評(píng)價(jià)工作對(duì)都安縣的小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水特性、重要城鎮(zhèn)現(xiàn)狀防洪能力、危險(xiǎn)區(qū)等級(jí)劃分以及預(yù)警指標(biāo)分析等方面，都取得了一定成果，也有著豐富的信息，建議進(jìn)一步整編，完善提升山洪災(zāi)害信息，充分運(yùn)用好這些成果，進(jìn)一步改進(jìn)站點(diǎn)預(yù)警指標(biāo)以及預(yù)警信息的關(guān)聯(lián)等工作[1]。

同時(shí)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)升級(jí)完善和整合，保障運(yùn)行維護(hù)工作。在現(xiàn)有站點(diǎn)和平臺(tái)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步升級(jí)完善，合理調(diào)整站點(diǎn)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)觀測(cè)資料的整編，充分利用防治區(qū)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)觀測(cè)成果檢驗(yàn)小流域水文分析模型，率定預(yù)警指標(biāo)，提高精確度，確定預(yù)警范圍和預(yù)警對(duì)象[2]；做好管理體制的建立和地方運(yùn)行維護(hù)資金的落實(shí)工作，加大運(yùn)行維護(hù)投入，提高運(yùn)行維護(hù)工作質(zhì)量，確保山洪災(zāi)害項(xiàng)目長(zhǎng)效運(yùn)行。

（2）結(jié)合巖溶地區(qū)內(nèi)澇災(zāi)害的調(diào)查成果，積極開(kāi)展巖溶內(nèi)澇災(zāi)害成因與區(qū)劃方法研究，探索一條可行、科學(xué)的技術(shù)方法，用于都安縣甚至區(qū)域的巖溶地區(qū)內(nèi)澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警的分析計(jì)算，將災(zāi)害預(yù)警建設(shè)工作推向全縣，全面提高都安縣的災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警能力。

（3）改進(jìn)完善各級(jí)山洪災(zāi)害防治預(yù)案。建議充分運(yùn)用好危險(xiǎn)區(qū)分布圖、匯流時(shí)間、預(yù)警指標(biāo)等信息，做好山洪災(zāi)害防治預(yù)案完善工作。根據(jù)本次調(diào)查評(píng)價(jià)成果進(jìn)一步修改完善已編制的防洪預(yù)案。