鞠飞

（辽宁省盘锦水文局，辽宁盘锦124010）

兴城市山洪灾害预警指标分析

鞠飞

（辽宁省盘锦水文局，辽宁盘锦124010）

山洪灾害预警指标包括雨量预警指标与水位预警指标两类，兴城市山洪灾害重点防治区域大都为小流域无资料地区，主要采用雨量预警指标。文中首先根据小流域集雨面积大小、降雨强度、流域形状等因素对预警时段进行确定，然后通过水位流量反推法计算临界雨量，最后做出合理性分析。

山洪灾害；预警指标；兴城市；预警分析

1 概 述

兴城市位于辽宁省西南部，居辽西走廊中部偏西、葫芦岛市南部。东临辽东湾，南以六股河与绥中县分界，西和建昌县接壤。兴城市依山傍海，西北依辽西松岭余脉，老黄顶、大青山、五顶山、大摸虎山、九龙山等10余座500 m以上的山峰均在这一区域内，是兴城河、烟台河、女儿河发源地。地势依次由西北向东南倾斜，呈阶梯状降低；西北低山区720.78 km2，中部丘陵区871.17 km2，东南沿海漫岗平原区521.3 km2，自然概貌为“六山一水三分田”。

山洪灾害预警指标包括雨量预警指标与水位预警指标两类，可根据该地区实际情况，分为告知、警戒、和紧急3级。在有水利工程设施（如水库、水文站、水位站等）、且资料较全的流域可以采用水位预警指标进行预警，无上述资料的流域内的防灾对象，采用雨量预警指标。由于兴城市评价流域内大都为小流域，流域汇流时间短，又难以获取水利工程全面的水位、流量等相关资料，因此，各防灾对象主要采用雨量预警指标，以提高预见期。

雨量预警通过分析不同预警时段的临界雨量得出。临界雨量是指导致一个流域或区域发生的山溪洪水可能致灾时，即达到成灾水位时，降雨达到或超过的最小量级和强度。降雨总量和雨强、土壤含水量以及下垫面特性是临界雨量分析的关键因素；基本分析思路是根据成灾水位，采用比降面积法、曼宁公式或水位流量关系等方法，推算出成灾水位对应的流量，再根据设计暴雨洪水计算方法和典型暴雨时程分布，反算洪峰达到成灾流量的各个预警时段的降雨量。临界雨量是面平均雨量，单站与多站情况下的雨量预警指标按代表雨量的方法确定。

雨量预警指标要素包括时段及其对应雨量两个要素，具体表现为各个预警时段的临界雨量，以及各预警时段的准备转移雨量和立即转移雨量。

2 预警时段的确定

预警时段指雨量预警指标中采用的典型降雨历时，是雨量预警指标的重要组成部分。受防灾对象上游集雨面积大小、降雨强度、流域形状及其地形地貌、植被、土壤含水量等因素的影响，预警时段会发生变化，因此，需要合理地确定。原则和方法如下：

1）最长时段确定：可以将流域汇流时间作为预警指标的最长时段。

2）典型时段确定：对于小于最长时段典型时段的确定，即根据防灾对象所在地区暴雨特性、流域面积大小、平均比降、形状系数、下垫面情况等因素，确定比汇流时间小的短历时预警时段。

3）综合确定：充分参考前期基础工作成果的流域单位线信息，结合流域暴雨、下垫面特性以及历史山洪情况，综合分析防灾对象所处河段的河谷形态、洪水上涨速率、转移时间及其影响人口等因素后，确定各防灾对象的各个典型预警时段。

兴城市的10个小流域汇流时间均小于4 h。另外结合兴城市现有的降雨观测仪器型号和雨情信息传输手段，确定兴城市防灾对象预警时段确定为1，2，3，6，24 h。

3 计算临界雨量

根据兴城市的水文资料情况，在确定各防灾对象成灾水位、预警时段的基础上，选用水位流量反推法计算防灾对象的临界雨量。

3.1 资料评估

1）基础资料

水位流量反推法假定降雨与洪水同频率，在这样的假设条件下，所需资料仅是山洪灾害预警地点的断面地形资料、设计暴雨或设计洪水。断面地形资料经过简单测量即可获得，设计暴雨或设计洪水通过水文手册或者暴雨图集等基础性资料即可获得，分析方法则采用最为基础的水文计算。

评估暴雨图集、水文手册等基础性资料的现势性，流域汇流时间历时降雨雨型时间序列的完整性以及时间步长精度，判断其是否满足暴雨山洪陡涨陡落、历时短暂等特性的要求。

2）地形资料

评估防灾对象所在河道的比降、纵断面与横断面信息是否完整、河道断面演变是否频繁；是否具有保护对象以上汇水面积等信息；评价流域汇流时间分析所需地形资料是否齐全。

3）水文资料

评估防灾对象沟（河）道的特征水位和特征流量等信息。主要包括水位、流量、已有的历史暴雨洪水调查资料及有关山洪记载的历史文献资料等。其中，水位资料为山洪灾害发生期洪水位要素；流量资料为山洪灾害发生期洪水要素；实测洪水比降、根据实测资料率定的河道糙率等。评估资料是否满足成果合理性分析要求。

3.2 模型构建

假定断面处有一洪峰流量，则有一个1 h的时段降雨，经过产汇流后形成的洪水过程的洪峰等于，同样有一个3 h的时段降雨，经过产汇流后形成的洪水过程的洪峰也等于，则和的频率相同，均等于的频率。以此类推，会有许多个时段的降雨，经过产汇流后形成的洪水过程的洪峰均等于，且频率都与的频率相同。在此假定的基础上，首先确定预警保护对象处的临界洪水位，然后根据断面特征、水位～流量关系，确定对应的流量，且认为该流量为临界流量为，同时确定其对应的频率，最后计算频率为的各时段降雨量，即为各时段的临界雨量。

3.3 临界雨量计算

在确定各防灾对象成灾水位、预警时段的基础上，选用水位流量反推法计算防灾对象的临界雨量。确定方法如下：

1）根据《辽宁省中小河流（无资料地区）设计暴雨洪水计算方法》，按照推理公式法计算各频率设计洪峰流量，绘制设计洪峰流量与频率关系曲线。

2）根据《辽宁省中小河流（无资料地区）设计暴雨洪水计算方法》，计算防灾对象典型频率预警时段（1，2，3，6，24 h，历时）设计暴雨，绘制预警时段设计暴雨与频率关系曲线。

3）根据防灾对象成灾水位，通过防灾对象控制断面水位-流量关系曲线，查得成灾水位对应流量Q灾。通过设计洪峰流量-频率关系曲线，查得Q灾的相应频率。最后通过预警时段设计暴雨-频率关系曲线，查得各预警时段对应的临界雨量值。

4 雨量预警指标综合确定及思考

综合考虑可能影响雨量预警指标的因素，如防灾对象因所在河段的河谷形态不同、洪水上涨与淹没速度的差别、以及山洪灾害预警、转移响应时间，在临界雨量的基础上综合确定防灾对象的告知、警戒和紧急三级预警指标。

此次计算中，临界雨量是从成灾水位对应流量的洪水推算得到的，其量值为净雨，在确定各级别预警指标时还要考虑实时的流域蓄水情况。故在数值上认为临界雨量即为紧急的预警指标，这是从洪水反算到降雨得出的信息；对于告知、警戒指标，在临界雨量基础上进行折减处理，但同时应当以该雨量的降雨过程进行暴雨洪水的复核，以避免与成灾水位及相应的暴雨洪水频率差异过大，增强成果的合理性。

在理论上，基于紧急预警指标确定告知预警指标时，在洪水过程线上，按成灾水位向下降低水位级对应的流量反推时段雨量，将该雨量作为告知和警戒预警指标。但经过对防灾对象计算结果来看，有时计算的指标不尽合理。

4.1 存在问题

1）成灾水位向下降低水位级差值很难确定，差值小，查得的时段雨量没有变化，差值大，与当地河道及地势不相符。

2）经过计算发现，很多小流域的时段雨量预警指标偏小，不符合当地实际。

4.2 解决办法

1）结合当地断面、地势情况，在成灾水位确定前提下，先确定告知水位，由告知水位反推降雨，时段雨量结果可能偏小，但由于小流域河流洪水涨速快，所以时段雨量值小也要用；而后由紧急和告知两个指标的平均值确定为警戒预警指标。

2）时段雨量预警指标偏小时，充分考虑流域上、下游和相邻断面的情况，综合确定。

5 成果合理性分析

合理性分析是预警指标成果校核的重要内容，可采用以下方法，进行预警指标的合理性分析：

1）与当地山洪灾害事件实际资料对比分析，即用实际事件的资料进行预警指标的合理性检查；

2）将多种方法的计算结果进行对比分析，以尽量避免因某一种方法的不确定性而产生的较大偏差；

3）与流域大小、气候条件、地形地貌、植被覆盖、土壤类型、行洪能力等因素相近或相同防灾对象的预警指标成果进行比较和分析，即采用比拟的思想，对预警指标成果进行合理性检查。

此外，由于雨量预警指标分析是从洪水到降雨的反算过程，因此，应注意分析反算过程产生误差的主要因素及注意的问题，以保证成果合理性。具体表现为：①防灾对象成灾水位确定要具有代表性；②水位流量关系计算时注意比降、糙率的合理性；③降雨径流计算时注意合理地选择产流、汇流、演进各个环节的算法与参数值。兴城市各流域防灾对象在计算过程中已经考虑上述三方面内容，并进行了相应分析，保证计算过程和计算参数的准确性，从而保证指标的合理性。

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2016-08-03