邢静芳

(晋城市水务局，山西 晋城 048000)

0 引言

山洪广义上指山区溪沟中发生的洪水暴涨，包括暴雨山洪、融雪山洪等[1]。山洪灾害预警指标检验复核工作是在已开展山洪灾害调查评价工作的基础上，利用新近发生的洪水和历史洪水资料，对防灾对象的预警指标进行检验复核[2]。本文以泽州县下町村圪套和南街村山洪灾害预警指标检验和复核工作为例，对指标检验方法进行了分析，为山洪预警工作提供更为科学的信息基础。

1 项目区基本情况

泽州县南北长约58.85 km，东西宽约62.75 km，全县国土面积2023 km2。泽州县下辖14个镇和3个乡，总人口52.6万。域内东、西、南三面环山，山岭陡峻，倾向中央，北中部为丘陵地带。地貌呈黄土高原和褶皱山板相间分布，具有山地、丘陵、平川区等多种地貌类型，构成了北高南低波浪式的地貌景观。在选取复核对象过程中，遵循在已完成的泽州县《山洪灾害评价报告》的基础上，根据近期发生的山洪灾害事件、较大洪水资料确定检验复核对象的原则，选定了下町村圪套和南街村，分布见图1。

图1 复核对象位置分布图

2 雨量预警指标复核

主要通过复核控制断面河道糙率、比降及断面水力要素，采用HEC-RAS软件，对水位流量关系进行复核。

2.1 水位流量关系复核方法

根据现场实地调查的河道糙率，不同横断面位置及相应河底高程，假定不同流量，推求河道水面线，确定控制断面相应水位，建立水位流量关系。

HEC-RAS软件是由美国陆军工程兵团工程水文中心Center)研发的一种多用途，可在多用户网络环境中交互使用的河流分析系统。HEC-RAS软件水面线计算的原理基于伯努利方程，逐断面采用标准步推法(STM)推求水面线，计算示意见图1，基本公式：

(1)

Δz=z1-z2=hr+hj+Δhv

(2)

式中：z1、z2分别为上、下游断面相应水位；a1、a2分别为上、下游断面流速系数；v1、v2分别为上、下游断面平均流速；hr、hj分别为上下游断面之间的沿程水头损失、局部水头损失；hv为上、下游断面的流速水头之差。

图2 伯努利方程计算示意图

2.2 水位流量关系复核

2.2.1 下町村圪套

下町村圪套隶属周村镇，位于长河流域。控制断面以上流域面积204.6 km2，其中产流地类为砂页岩灌丛山地、砂页岩森林山地、黄土丘陵阶地和灰岩灌丛山地的综合地类，单地面积分别为45.2 km2、7.4 km2、123.5 km2、28.5 km2，汇流地类为森林山地、草坡山地、灌丛山地和黄土丘陵综合地类，单地面积分别为7.5 km2、41.5 km2、33.0 km2、122.7 km2，河长23.3 km，流域平均纵坡6.4‰。居民户位于河道右岸，临河低洼处居民户易受灾。

下町村圪套段河道较规整、顺直，两侧均建有浆砌石堤防，由于建设年代久远，且长期受水流冲刷，堤防表面有明显剥落，河床为黏土和卵石，河道内生长有杂草，右侧堤脚有弃土弃渣和垃圾侵占河道。根据现场实地测勘河道、河势情况，综合分析，复核河道糙率取0.028，与《评价报告》一致。

《评价报告》中的成灾户位于河道右岸，该户房屋基础略高于河道，最易受灾，成灾户确定基本合理。成灾水位根据成灾户高程确定，为716.50 m，根据成灾水位确定成灾流量为160 m3/s，现状防洪能力为小于5 a一遇。根据现场分析确定的河道糙率、《评价报告》中实测的断面，采用HEC-RAS软件，计算参数及结果见表1，推算的控制断面水位流量关系见图3。

图3 复核后下町村圪套水位流量关系图

表1 下町村圪套计算参数及结果

复核计算的成灾流量为162.5 m3/s，与《评价报告》成灾流量相比，偏离度为1.56%，《评价报告》水位流量关系基本合理。

2.2.2 南街村

南街村隶属高都镇，位于巴公河流域，控制断面以上流域面积211.3 km2，产流地类为黄土丘陵阶地、灰岩灌丛山地，面积分别为201.9 km2、9.4 km2。汇流地类为草坡山地、灌丛山地、黄土丘陵，面积分别为2.5 km2、7.1 km2、201.7 km2。河长18.4 km，流域平均纵坡为3.8‰，居民户位于河道两岸，临河低洼处居民户最先受灾。

南街村河道宽阔顺直且规整，主河槽有水，河床主要由砂土组成。河道两岸均为铅丝笼块石河堤，左右岸外侧均为乡村道路，且堤顶与路面齐平。村庄主要分布于河道左岸。根据现场实地测勘河道、河势情况综合分析，复核河道糙率取0.025，《评价报告》中河道糙率取0.028。《评价报告》中的成灾户位于河道左岸，该户高程为742.32 m，成灾水位根据成灾户高程确定，为742.32 m，根据成灾水位确定成灾流量为385 m3/s，现状防洪能力为小于5 a一遇。

根据现场分析确定的河道糙率、《评价报告》中实测的断面，采用HEC-RAS软件参数及计算结果见表2，推算的控制断面水位流量关系见图4。复核计算的成灾流量为189.4 m3/s，与《评价报告》成灾流量相比，偏离度为50.8%，《评价报告》中20%、10%、5%、2%、1%频率下的洪峰流量为772 m3/s、1185 m3/s、1675 m3/s、2294 m3/s、2757 m3/s。由于泽州县高都镇泽源河环境综合整治，使南街村河道发生改变，对南街村不同频率下的洪峰流量与河床糙率进行复核，计算得到20%、10%、5%、2%、1%频率下的洪峰流量分别为44.9 m3/s、82.3 m3/s、138.8 m3/s、233.1 m3/s、319.5 m3/s。河床糙率为0.025，故计算的成灾流量与《评价报告》偏离较大，从实际安全出发，成灾流量采用189.4 m3/s。

表2 南街村计算参数及结果

图4 复核后南街村水位流量关系图

2.3 临界雨量合理性分析

采用特征雨量法分析临界雨量合理性，即统计近年来发生的不同时段暴雨量与计算的相同时段、相同土壤含水量的临界雨量进行对比，根据暴雨洪水是否成灾，分析判断临界雨量的合理性。

2.3.1 计算特征雨量及前期影响雨量

根据已发生的洪水，分析确定成灾时间。滑动统计成灾时间之前复核对象不同时段的最大雨量作为该时段的特征雨量。若流域内有多个雨量站，应按面雨量进行统计和计算。

2.3.2 偏离度计算

按式3计算偏离度，结果见表3。

(3)

2.3.3 合理性分析

根据表1可知下町村圪套特征雨量与《评价报告》临界雨量偏离度为7.86%，小于10%，故临界雨量设置方法合理。由于南街村段巴公河进行了环境综合整治，使南街村河道发生改变，水位流量关系、成灾水位、成灾流量均发生了变化，导致临界雨量与特征雨量偏离度较大。

2.4 预警指标时段合理性分析

预警时段的长短对预警效果有直接的影响，一般情况流域面积较大、汇流时间较长，最小预警时段可适当加长；流域面积较小、汇流时间较短，最小预警时段可取适当减短。预警时段还要考虑群众的转移时间和暴雨过程。预警时段合理性分析主要根据实测大暴雨过程、流域汇流时间、预警时段、预警指标进行模拟预警。

2.4.1 下町村圪套预警指标时段合理性

下町村圪套的汇流时间为1 h，本次采用东沟雨量站数据2016年6月7日、2016年7月19日和2018年7月14日3场暴雨资料进行模拟分析，降雨过程见图6～图7。

图5 2016年6月7日场次

图6 2016年7月19日场次

图7 2018年7月14日场次

图4下町村圪套当降雨过程达到10:00时，1 h最大降雨量为24.6 mm，达到立即转移预警指标(23 mm)。图5当降雨过程达到12:00时，1 h最大降雨量为43.2 mm，达到立即转移预警指标(19 mm)。图7当降雨过程达到4:00时，1 h最大降雨量为28.4 mm，达到立即转移预警指标(19 mm)。

2.4.2 南街村预警指标时段合理性

南街村的汇流时间为1 h，采用东屯雨量站数据2016年6月4日、2016年7月19日和2016年7月27日3场暴雨资料进行模拟分析。降雨过程见图8～图10。

图8南街村当降雨过程达到22:00时，1 h最大降雨量为26 mm，达到立即转移预警指标(18 mm)。图9当降雨过程达到13:00时，1 h最大降雨量为23.6 mm，达到立即转移预警指标(17 mm)。图10当降雨过程达到9:00时，1 h最大降雨量为14.2 mm，达到准备转移预警指标(13 mm)。

图8 2016年6月4日场次

图9 2016年7月19日场次

图10 2016年7月27日场次

2.4.3 预警指标时段合理性复核成果分析

下町村圪套和南街村汇流时间均为1 h，预警时段为1 h时模拟过程中均直接达到立即转移指标(南街村有一次接收准备转移指标)，接收立即转移指标距洪峰到达时间间隔为1 h，村民有1 h的转移时间，故最小预警时段为0.5 h可以发挥雨量预警作用。

3 结语

山洪灾害预警指标的检验复核是一项长期工作，应根据新发生的洪水资料，定期复核校正预警指标，使其趋于完善，提高预警指标的精准度。

本文对复核对象进行了水位流量关系、临界雨量、预警时段合理性分析，利用近期发生洪灾的暴雨洪水资料对参数进行复核。通过开展预警指标的检验复核工作，为山西省山洪灾害预警指标复核工作提供规范化流程和技术样板。