王福玉

(河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司,河南 鄭州 450016)

安陽縣地形地貌比較復(fù)雜，地勢(shì)西高東低，呈階梯狀，山地海拔約500 m，山坡坡度一般為30°～50°；山區(qū)向東延伸為丘陵區(qū)，海拔100～200 m，坡度約20°[1]。安陽縣地處豫北，屬暖溫帶季風(fēng)氣候，具有華北地區(qū)大陸性氣候特征，多年平均降雨量510 mm，因受季風(fēng)影響，降雨時(shí)空極不均勻。年內(nèi)夏季受東南暖濕氣流影響，降雨較多，一般集中在7—9月，降雨量約占全年降雨量的70%。如此大的地形坡度加上安陽縣地區(qū)原本生態(tài)脆弱，極易發(fā)生山洪災(zāi)害。較大的短時(shí)強(qiáng)降雨，容易形成地表徑流，直接匯流致使溝河洪水猛漲，洪水夾帶的泥沙、石塊順河而下，淤積下游河道和水庫，直接威脅地區(qū)生態(tài)環(huán)境和人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

1 安陽縣山洪災(zāi)害防治現(xiàn)狀

1.1 工程措施現(xiàn)狀及存在問題

(1)措施現(xiàn)狀。為了能夠有效地應(yīng)對(duì)山洪暴發(fā)造成的破壞影響，自二十世紀(jì)八十年代開始，安陽縣開展了一定規(guī)模的水利工程建設(shè)。到目前為止，具備中型標(biāo)準(zhǔn)的水庫1座，小型標(biāo)準(zhǔn)的水庫33座，沿縣域河道對(duì)河堤進(jìn)行加固，全長65.512 km，對(duì)山洪爆發(fā)產(chǎn)生的危害起到了一定的防御作用。除此之外，安陽縣政府響應(yīng)中央可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略布局，積極開展沿河道一定范圍的微小流域綜合治理水土保持工作，開展荒漠種樹種草行動(dòng)，大力踐行退耕還林、還草政策，使流域的生態(tài)環(huán)境得到一定的恢復(fù)，提高了應(yīng)對(duì)山洪的抗災(zāi)能力。但是，隨著安陽縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及工程設(shè)施的老化破舊，現(xiàn)有的工程防御措施已不能滿足新時(shí)代生態(tài)文明建設(shè)的總體戰(zhàn)略布局要求。

(2)工程措施存在的問題。一是微小流域工程措施落后。長久以來，安陽縣政府主要集中在縣域內(nèi)大型河流主干過流區(qū)域沿線的治理，卻忽視了一些微小支流監(jiān)管。這些微小流域多處于山地，暴雨沖刷的洪溝較多，水土流失嚴(yán)重，山洪泥石流災(zāi)害頻發(fā)，啃蝕著微小流域地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，嚴(yán)重制約了安陽縣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。二是工程設(shè)施陳舊，防洪標(biāo)準(zhǔn)低。二十世紀(jì)七八十年代修建的防洪工程標(biāo)準(zhǔn)低，大多為5年一遇至10年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)，并且工程覆蓋區(qū)域狹小，工程設(shè)施老化甚至完全不能使用。除此之外，安陽縣山地大多數(shù)的河流沒有堤防加固設(shè)施，一旦發(fā)生暴雨，極易發(fā)生泥石流滑坡事故。一些河道對(duì)于采砂現(xiàn)象多年以來毫無監(jiān)管，導(dǎo)致沿線的堤防地基被嚴(yán)重掏蝕，堤防破壞嚴(yán)重。多數(shù)河堤處于無設(shè)防狀態(tài)[2]。

1.2 管控措施現(xiàn)狀及存在的問題

(1)管控措施現(xiàn)狀。一是落實(shí)安陽縣政府對(duì)于山洪災(zāi)害防御相應(yīng)制度，在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)成立防洪領(lǐng)導(dǎo)工作小組，專門監(jiān)管和應(yīng)對(duì)山洪暴發(fā)，同時(shí)定期巡查現(xiàn)有的工程設(shè)施運(yùn)行情況，做好記錄并及時(shí)上報(bào)[3]。二是制定山洪災(zāi)害防治制度，定期開展山洪災(zāi)害防治演練，將防御責(zé)任落實(shí)到個(gè)人。三是構(gòu)建雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，布設(shè)自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站22處，水位站10處，實(shí)時(shí)監(jiān)控雨情的發(fā)展變化。四是進(jìn)行山洪災(zāi)害防治策略宣傳，加強(qiáng)人民群眾保護(hù)生態(tài)環(huán)境的意識(shí)，提高植被覆蓋率，減少水土流失。

(2)管控措施存在的問題。一是雨情監(jiān)測(cè)點(diǎn)少，雨情播報(bào)不及時(shí)，通訊報(bào)警設(shè)備落后，難以全面的掌握雨量大小并及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。二是山洪防御制度不完善，缺乏有效的監(jiān)督管理機(jī)制，不能及時(shí)提示出現(xiàn)的山洪災(zāi)害情況，以便于后續(xù)開展應(yīng)對(duì)工作。三是偏遠(yuǎn)落后地區(qū)人們山洪災(zāi)害意識(shí)不強(qiáng)，缺乏基本的避災(zāi)演練行動(dòng)，而且大肆開荒山林，毀壞樹木和植被，甚至在一些山洪出口處修建房屋，深挖山地坡腳，嚴(yán)重阻礙了防洪設(shè)施的建設(shè)，這些行為加劇了山洪災(zāi)害發(fā)生的頻率。

2 山洪災(zāi)害分析評(píng)估工作

2.1 基礎(chǔ)資料整理

根據(jù)《山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)技術(shù)要求》[4]和《山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)方法指南》[5]，山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)基于小流域暴雨洪水分析，充分利用全國統(tǒng)一制作的各縣的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和工作底圖[6]、水文氣象資料以及各地山洪災(zāi)害調(diào)查成果等3個(gè)主要方面的資料進(jìn)行分析。因這些資料來自不同的部門和單位，數(shù)據(jù)類型多、數(shù)量大，所以在開展山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)工作之前，應(yīng)首先對(duì)這些資料進(jìn)行評(píng)估和處理，根據(jù)資料的擁有情況，結(jié)合河南省無資料山丘區(qū)暴雨洪水計(jì)算及洪水預(yù)報(bào)的方法，選擇適合的計(jì)算手段，建立模型開展山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)工作。安陽縣本次分析評(píng)價(jià)對(duì)象的確定，是在前期工作以及資料累積的基礎(chǔ)上，綜合考慮了當(dāng)?shù)胤篮闇p災(zāi)、地區(qū)發(fā)展規(guī)劃等實(shí)際需求，最終確定安陽縣本階段共計(jì)有80個(gè)村落作為分析評(píng)價(jià)對(duì)象，分析評(píng)價(jià)對(duì)象的位置分布如圖1所示。經(jīng)處理后可以得到安陽縣涉及小流域共112個(gè)，控制流域面積2164 km2。

圖1 安陽縣山洪災(zāi)害調(diào)查及分析評(píng)價(jià)村落位置

2.2 設(shè)計(jì)暴雨評(píng)估

設(shè)計(jì)暴雨評(píng)估所涉及的內(nèi)容，主要包括以下幾方面：一是小流域暴雨洪水分析，包括設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算、產(chǎn)流(凈雨)計(jì)算、匯流計(jì)算，其中設(shè)計(jì)暴雨采用河南省暴雨圖集直接查算。二是設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)。涉及不同時(shí)段(取10 min、1 h、6 h和24 h)、不同頻率暴雨量及變差系數(shù)Cv、偏態(tài)系數(shù)Cs與變差系數(shù)Cv比值(Cs/Cv)、點(diǎn)面折減系數(shù)、時(shí)段雨量折減系數(shù)n2、n3的確定。三是設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算。在設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)計(jì)算基礎(chǔ)上，根據(jù)河南省每一時(shí)段點(diǎn)雨量均值等值線圖和點(diǎn)雨量等值線圖，得到不同時(shí)段對(duì)應(yīng)的變異系數(shù)，查《河南省中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》(1984年)[6]的“皮爾遜Ⅲ型曲線模比系數(shù)值表”，得到安陽縣80個(gè)分析評(píng)價(jià)對(duì)象各小流域不同設(shè)計(jì)時(shí)段的設(shè)計(jì)暴雨成果，以粉紅江流域東店村為例，如表1所示。四是小流域暴雨洪水分析需得出小流域匯流時(shí)間對(duì)應(yīng)的雨型和相應(yīng)的洪水特征值，根據(jù)《山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)技術(shù)要求》，在設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算基礎(chǔ)上，根據(jù)河南省24 h典型暴雨雨序圖進(jìn)行排序得到24 h暴雨時(shí)程分配，其他時(shí)段的時(shí)程分配則根據(jù)長短歷時(shí)同頻率相包形式選取。以粉紅江流域東店村100年一遇的設(shè)計(jì)暴雨為例，如圖2 所示100年一遇的24 h設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配，其他時(shí)段例如小流域匯流時(shí)間2 h的設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配則選擇最大雨量值(第14和15個(gè)時(shí)段)的暴雨作為時(shí)程分配。

表1 小流域地區(qū)東店村設(shè)計(jì)暴雨成果 mm

圖2 東店村100年一遇24 h設(shè)計(jì)暴雨時(shí)程分配

2.3 設(shè)計(jì)洪水評(píng)估

設(shè)計(jì)洪水評(píng)估主要包括兩方面的內(nèi)容：一是典型頻率洪水計(jì)算，二是水位流量關(guān)系推求。

在典型頻率洪水計(jì)算中，由于安陽縣山洪具有歷時(shí)短、雨強(qiáng)大的特點(diǎn)，且多發(fā)生在河流源頭地區(qū)，涉及面積較小，流域坡面和溝道比降均較大，故凈雨分析計(jì)算不能簡單按照工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法進(jìn)行。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，多數(shù)情況下較大洪水都是在前期降雨達(dá)到流域最大蓄水量的3/4以上時(shí)發(fā)生，在本項(xiàng)目中按土壤含水量已基本飽和的情況作為洪水計(jì)算原則，扣損根據(jù)計(jì)算時(shí)間逐時(shí)段扣除降雨損失。因此安陽縣沿河村落設(shè)計(jì)洪水頻率規(guī)定為5種，即5年一遇、10年一遇、20年一遇、50年一遇和100年一遇。典型頻率洪水計(jì)算采用暴雨圖集推理公式法和標(biāo)準(zhǔn)化單位線法兩種計(jì)算方法，對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較，分析選出最優(yōu)結(jié)果作為現(xiàn)狀防洪能力和預(yù)警指標(biāo)分析的參數(shù)。以粉紅江流域東店村為例采用標(biāo)準(zhǔn)化單位線法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水，將設(shè)計(jì)凈雨成果與標(biāo)準(zhǔn)化單位線進(jìn)行疊加計(jì)算，評(píng)價(jià)對(duì)象的設(shè)計(jì)洪水過程線結(jié)果如圖3所示。

圖3 東店村各頻率設(shè)計(jì)洪水過程線

對(duì)于安陽縣水位流量關(guān)系推求采用曼寧公式。首先需要確定的是曼寧公式中比較重要的兩個(gè)參數(shù)：比降和糙率，對(duì)于設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果具有重要影響。二是確定安陽縣水位-人口關(guān)系曲線，主要依據(jù)山洪災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查匯總成果來確定。分析時(shí)應(yīng)遵循以下兩個(gè)要點(diǎn)：一是簡化計(jì)算水位-人口關(guān)系，二是水位-人口關(guān)系中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)確定間距。

2.4 防洪現(xiàn)狀評(píng)估

根據(jù)《山洪分析評(píng)價(jià)技術(shù)要求》[4]，防洪現(xiàn)狀評(píng)價(jià)是在上一步設(shè)計(jì)洪水計(jì)算的基礎(chǔ)上研究小流域村鎮(zhèn)環(huán)境的山洪防御，對(duì)山洪影響的受災(zāi)區(qū)進(jìn)行危害等級(jí)劃分，以及統(tǒng)計(jì)各危險(xiǎn)區(qū)的人口和固有財(cái)產(chǎn)數(shù)量，繪制現(xiàn)狀防洪能力圖，為山洪災(zāi)害防御預(yù)案編制、人員轉(zhuǎn)移、臨時(shí)安置等提供支撐。選取的評(píng)價(jià)方法，一是要確定成災(zāi)水位對(duì)應(yīng)的洪水頻率。二是對(duì)危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行等級(jí)劃分。三是對(duì)安陽縣流域人口和房屋進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到各頻率洪水淹沒高程下累計(jì)人口。以安陽縣東店村為例，基于人口-高程分布關(guān)系、測(cè)量斷面的實(shí)際空間情況以及設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果，確定東店村各頻率洪水淹沒高程下累計(jì)人口，得到沿高程人口分布數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 店村沿高程人口房屋統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

2.5 危險(xiǎn)區(qū)圖繪制

沿河村落危險(xiǎn)區(qū)圖的繪制基于對(duì)安陽縣80個(gè)沿河村落設(shè)計(jì)暴雨洪水、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)分析計(jì)算得出的成果。由于沒有調(diào)查到最高歷史洪水位，以100 年一遇設(shè)計(jì)洪水位淹沒范圍為初步危險(xiǎn)區(qū)范圍，結(jié)合地形地貌情況，確定安陽縣80個(gè)村各級(jí)危險(xiǎn)區(qū)范圍，沿河流域危險(xiǎn)區(qū)圖繪制流程如下：

(1)審核安陽縣基礎(chǔ)資料中的工作底圖，特別需要關(guān)注安陽縣行政區(qū)域的劃分、集中居民區(qū)的位置和范圍、河流的過流斷面及走向，沿河流域的交通道路情況等信息。

(2)評(píng)價(jià)山洪災(zāi)害，主要包括以下四項(xiàng)：一是劃分危險(xiǎn)區(qū)的相關(guān)信息，包括各危險(xiǎn)區(qū)空間位置和人口數(shù)量、房屋位置等信息。二是確認(rèn)居民轉(zhuǎn)移安置情況，核實(shí)轉(zhuǎn)移路線。三是設(shè)計(jì)暴雨洪水和設(shè)計(jì)成果信息，典型雨型分布，設(shè)計(jì)洪水主要成果。四是防汛期組織信息，如責(zé)任人、聯(lián)系方式等。

2.6 分析評(píng)價(jià)成果現(xiàn)場(chǎng)核查

由于本次安陽縣山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)工作中，調(diào)查、河道斷面測(cè)量與分析評(píng)價(jià)分別由不同單位承擔(dān)，分析評(píng)價(jià)人員很少到現(xiàn)場(chǎng)，在分析評(píng)價(jià)中發(fā)現(xiàn)有很多調(diào)查數(shù)據(jù)和分析評(píng)價(jià)成果存在問題。為了驗(yàn)證分析評(píng)價(jià)成果的合理性與可靠性，并把所得成果與縣級(jí)防辦等相關(guān)業(yè)務(wù)人員交流，現(xiàn)場(chǎng)訪問沿河村落居民，在分析評(píng)價(jià)工作完成以后，項(xiàng)目組成員聯(lián)合調(diào)查單位、測(cè)量單位的有關(guān)人員進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)核查。

3 結(jié) 語

對(duì)安陽縣80個(gè)沿河村落、城鎮(zhèn)和集鎮(zhèn)進(jìn)行了小流域暴雨洪水特征分析、防洪現(xiàn)狀評(píng)估、山洪危險(xiǎn)區(qū)劃分和危險(xiǎn)區(qū)圖繪制，進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際核查評(píng)估，獲得了沿河村落、城鎮(zhèn)和集鎮(zhèn)現(xiàn)狀防洪能力、各級(jí)危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的人口和房屋、預(yù)警指標(biāo)等信息，為安陽縣山洪災(zāi)害防治工程提供了新技術(shù)方法和工程措施，建立了安陽縣山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)的方法體系。但是，在本次評(píng)估的過程中也認(rèn)識(shí)到，山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)非常復(fù)雜，影響因素眾多，方法還需要不斷完善；進(jìn)行山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)的村落多位于山丘區(qū)，河道蜿蜒曲折，斷面形態(tài)變化大；主河槽雜草多，兩側(cè)漫灘多植被；調(diào)查給出的成災(zāi)水位、糙率、歷史洪痕等信息都有一定的不確定性。因此，成果需經(jīng)多方面檢驗(yàn)，并不斷修正以符合實(shí)際規(guī)律，才能逐步應(yīng)用到實(shí)際防汛工作中。