申邵洪，曹 浩，陈希炽，王 莹，肖 潇

（1.长江科学院科研计划处，湖北武汉 430010；2.长江科学院空间信息技术应用研究所，湖北武汉 430010）

山洪灾害是造成人员伤亡的主要自然灾害之一，调查评价成果是实施山洪预警的一项重要基础数据。山洪发生地大多位于缺乏暴雨洪水实测资料的小流域，我国山洪灾害分析评价技术不够成熟，山洪灾害调查评价成果，特别是分析成果有待检验和完善。章彩霞等［1］梳理了安徽歙县霞坑镇的山洪灾害调查成果，利用获取的暴雨洪水资料，检验了华源河两岸村落的历史山洪调查成果的可靠性，复核山洪灾害评价主要成果预警雨量阈值的合理性。蒋星月［2］对小流域山洪灾害预警指标检验复核方法及应用进行了深入研究。卢晓鹏等［3］对云南省典型区域山洪灾害预警指标进行了检验复核分析。

本文选择湖北省十堰市丹江口市为典型区域，基于前期获取的山洪灾害调查评价成果，重点对水位流量关系进行检验复核分析，对原山洪灾害评价成果进行了完善，为山洪灾害预警提供了可靠依据。

1 研究区概况

1.1 地理位置

丹江口市位于湖北省西北部，是汉江中上游重要的水利枢纽丹江口大坝和国家南水北调中线水源工程所在地，地处鄂西北秦巴山脉东南缘，东北与河南省淅川县相邻，东南接老河口市，西北及西南部与十堰市郧县及房县相连。汉江横贯丹江口市境，是南、西、北三面环山东面开口不完整盆地，地跨东经110°47.8′～111°34.8′，北纬32°13.8′～32°58.5′，总面积3 121 km2。

1.2 河流水系

丹江口市水系发达，河流众多。河流均由北向南流向丹江口水库，主要河流有丹江、鹳河、淇河、滔河等，大部分河道深、坡降大、水流湍急。部分小河道属于季节性河流，汛期洪水陡涨陡落，春季则枯水甚至断流。丹江口市水系图见图1。

图1 丹江口市河流水系

2 检验复核对象名录确定

2.1 筛选方法和步骤

（1）选取丹江口市已有山洪灾害调查评价成果的相关流域/河流上的水文站和雨量站，收集其在2016～2017年发生较大场次洪水的降雨过程、洪水水位实测资料。

（2）调出2016～2017年发生的山洪灾害事件或较大洪水情况，统计在已经完成调查评价名录中发生了山洪灾害事件或转移了群众的村落/集镇，以及发布了山洪预警指令的村落/集镇，结果见表1。

（3）对于表1中发生了山洪灾害事件或转移了群众的村落/集镇进行洪痕测量及现场洪水调查。

（4）若（2）和（3）项工作确定的每个县的典型名录不足6个，则从2016～2017年发生了较大洪水的河流水文站上游补充选择1～2个已经开展了调查评价的村落，总名录数达到6～8个。

（5）对所选检验复核对象，在外业资料收集和调查过程中开展洪痕调查和测量，进一步确定复核对象。如果出现个别检验复核对象的信息和资料难以满足检验复核工作需要，可以按照（3）～（5）步骤所述原则选择新的名录进行替换。

（6）根据检验复核对象筛选方法和步骤，获取了检验复核对象名录，见表2。

表1 山洪灾害调查评价成果检验复核对象筛选

2.2 资料收集及处理

2.2.1 内业资料收集

首先收集复核对象所在小流域的基本情况（面积、河长、比降、汇流时间等）、纵横断面信息（纵横断面图、照片、经纬坐标）、河道糙率及比降等。然后检验复核对象的成灾水位、现状防洪能力，设计暴雨洪水计算方法、参数及结果，雨量预警指标等信息，为下一步检验复核提供基础依据。

表2 检验复核对象名录

2.2.2 外业资料收集

为使建模更加准确，开展现场调查测量，共补充测量河道断面12个。为了更准确地模拟河道上桥梁的阻水信息，外业调查补测了检验复核对象范围内桥梁信息。根据收集到的洪水场次信息，调查成灾水位信息以及灾情，对于没有房屋受灾的村落，以前期成灾水位作为本次成灾水位，根据复核后的水位流量关系推算成灾流量，进行复核。

2.2.3 河道糙率、比降

原河道主槽与左右滩地糙率值一致，这显然是不合理的，此次复核区分主槽与左右滩地的糙率值，拍照并留档河道现场照片。原河道比降采用流域比降的方式显然也是不合理的，此次复核采用现场测量的洪痕比降，对于洪痕描述有很大差异的村落，对比历史洪痕比降和测时水面线比降，合理选取。

2.2.4 水文降雨资料

在丹江口市山洪灾害监测预警系统中的42个山洪雨量站中，选择检验复核对象所在流域相关的雨量站在2017年逐时段降雨资料（时段为5 min）。

3 水位流量关系检验复核

3.1 河道纵横断面及成灾水位

选择六里坪镇油坊坪村复核对象开展水位流量关系复核计算分析，其断面分布见图2。控制断面成灾限制水位断面见图3。

图2 六里坪镇油坊坪村断面分布

3.2 防洪能力复核计算

3.2.1 参数选取

经计算，洪痕比降为19.4‰，河底比降为14.3‰，本次计算复核选取测时洪痕比降19.4‰（洪痕比降较河底比降而言更接近洪水时水面比降）；对照《水力学计算手册》（第二版）表8.1-5糙率表［4］，选取控制断面主河槽复核糙率为0.03［4］。

图3 控制断面成灾水位

3.2.2 算例计算结果

（1）水位流量关系结果。从HEC-RAS模型可以直接查看和导出河道任何实测和插值断面的水位流量关系曲线（见图4），以及不同工况下的水面线及相关统计数据表格等。

图4 六里坪镇油坊坪村HEC-RAS水位流量关系

（2）成灾水位和成灾流量计算结果。通过HEC-RAS模型试算流量，获得六里坪镇油坊坪村控制断面上的成灾水位为199.17 m，对应的成灾流量为76 m3/s，见表3。

表3 六里坪镇油坊坪村三组控制断面水位流量关系复核

表4为成灾水位和成灾流量复核结果。由表4可知，复核后的成灾流量值比原值大的村落是六里坪镇油坊坪村，可能是成灾水位选取的不同导致成灾流量差异较大。前期分析评价成果中的成灾水位只是限制成灾水位，超过该水位未必会淹没房屋；复核的成灾水位是最低点房屋的水位，超过该水位，必然会淹没房屋。其余5个典型村落复核后的成灾流量值均小于前期调查评价结果，这是由于复核后的比降取值小，糙率取值大。

表4 成灾水位和成灾流量复核结果

复核后的成灾水位整体比前期成果中的成灾水位高，其中与原值相差较大的是灵宝山村木耳沟，偏差超过10%。但是该村落复核后的成灾流量比原值小，可能是原成灾水位未投影到控制断面。盐池河镇吴家河村复核后的成灾水位仍然采用前期的成灾水位，因为在本次实地调查中，盐池河镇吴家河村草坪村仅庄稼和道路受淹，并未淹没房屋。

（3）水位流量关系及成灾流量复核结果。采用和以上算例相同的方法为所有检验复核对象构建HEC-RAS河道水力学模型，就能获得所有检验复核对象所在河道任何断面的水位流量关系HQ曲线，表5为6个复核对象各自控制断面以设计洪水为特征点的水位流量关系。表6为控制断面水位流量关系参数复核表。由表6可知，前期的比降比本次测得比降普遍偏高，部分差异过大。比如草坪村原来的比降为62.9‰；根据实际测量的数据计算，河底高程数据算出的比降为14.97‰；根据水面线算出的比降为14.97‰；根据洪痕算出的比降为16.3‰。本次复核采用洪痕比降比前期成果中采用流域综合比降62.9‰更为合理。

关于糙率，原调查成果中所有村落断面糙率取值均取为0.03，但是针对淹没区房区和农田取值偏小。本次研究根据现场调查以及结合谷歌影像图，对相关取值进行了修正，并将糙率沿横断面的变化值输入到HEC-RAS模型里面，更能代表实际情况。

（4）各检验复核对象经复核的防洪能力成果见表7。

表5 控制断面设计洪水及水位流量HQ关系

表6 控制断面水位流量关系及成灾流量复核成果

表7 防洪能力复核成果

4 结语

计算水位流量关系时，优先推荐采用HECRAS模型方法。HEC-RAS模型软件模拟真实，操作简便，且适用河段类型较广，能够充分利用河道测量成果，考虑上下游河道扩宽与束窄及死水区域对过水能力的影响，同时考虑了桥梁、堰坝等急变流态，计算结果准确可靠。

糙率是计算成灾流量的重要参数。若村落上下游设有水文站，应对糙率进行率定；若无实测资料，可根据河道河床粗糙程度、两岸植物现状参照糙率表选定；若淹没区范围较大时，应考虑糙率横向的变化。

比降是计算成灾流量的重要参数。根据经验，优先选择沿河村落河道洪痕比降，或选取测时水面比降，两者都没有的情况下，可选择河底比降。获取沿河村落河道洪痕比降难度较大，故一般采用测时水面线比降。

在计算成灾流量时，需要考虑横断面中堤防地形的影响，引入“成灾限制水位”这一概念。成灾限制水位一般选取堤顶高程，当水位低于成灾限制水位时，不发生灾害；当水位高于成灾限制水位时，再将水位与住房高程做对比确定是否成灾。