都安縣安陽鎮山洪災害分析評價技術研究

楊 宇，羅秀連，譚思陽，劉貞鵬

（1.廣西交通職業技術學院，南寧 530216；2.廣西理工職業技術學校， 南寧 530216）

1 概述

2013—2019 年廣西開展了111 個縣（市、區）的山洪災害調查評價工作，完成了廣西區內山洪災害危險區村屯的水文氣象、地形地貌、社會經濟、歷史山洪災害、涉水工程、山洪溝基本情況以及山洪災害防治現狀等基礎信息。但對于城鎮、集鎮的山洪災害調查評價工作一直都是空白。為提高山洪災害調查評價工作的完整性，廣西在2021年啟動了重點城鎮、集鎮的調查評價工作。本文以都安縣安陽鎮為例，闡述了重點城鎮開展山洪災害評價工作的方法，為今后開展同類型研究提供參考。

2 研究對象基本情況

2.1 自然地理情況

都安瑤族自治縣位于廣西壯族自治區中部偏西、河池市南部，屬亞熱帶季風性氣候，春季陰雨連綿，日照時數少；夏季高溫濕熱，暴雨集中；秋季多晴朗，往往出現秋旱；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年起有氣象觀測資料，實測資料統計表明：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；多年平均蒸發量1 204.4 mm，最大年蒸發量1 351.9 mm，最小年蒸發量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℃；多年平均風速2.4 m/s，最大風速22.0 m/s。

2.3 山洪災害防御現狀

都安縣特殊的地形地貌以及地質結構影響，致使洪水頻發。目前都安縣山洪災害防御工作。在制度建設、監測預警系統建設等方面，都做了大量的工作，山洪災害預警能力有了顯著提高。

（1）制度建設。①建立健全了各級防汛責任人組織機構，組建了縣、鄉鎮、村、組、戶五級組織責任體系；②編制了縣、鄉鎮、村（部分）三級山洪災害防御預案；③加強汛期各項工作制度實施，如嚴格執行汛期請假報告制度，加強汛期防洪值班巡查和值班記錄，嚴格實行24小時值班制度和信息報告制度等。

（2）監測預警系統建設。截至2021年底，都安縣共建設有監測預警設備322 座，其中自動監測站153 座，無線預警廣播站169 座。組成雨水情監測預警站網；建設縣級監測預警平臺，在鄉（鎮）、行政村配置各類預警設施設備，如手搖報警器、銅鑼等，可隨時提供各種水雨情信息和及時發布預警信息。

（3）群測群防建設。目前都安縣群測群防體系建設已經完善預案編制，各種標識牌安裝，組織相關人員進行培訓，組織山洪災害群眾緊急避險演練等，為都安縣山洪災害防治做出了貢獻。

3 山洪災害分析

本次分析評價的對象為都安瑤族自治縣安陽鎮城區。安陽鎮危險區位于澄江干流，其預警指標采用水位進行預警，設計洪水采用水文站實測資料進行推求。

3.1 設計暴雨計算

設計暴雨采用查算圖表法進行推求。

（1）設計暴雨。根據《廣西暴雨統計參數等值線圖研究（2010 版）》，查得設計河段流域重心最大1 h、6 h、24 h的均值、Cv值，取Cs=3.5Cv，計算得各頻率設計暴雨，成果見表1。

表1 安陽鎮設計暴雨成果表

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

當6≤t＜24 h：

當1≤t＜6 h：

（3）點面系數。整治河段各斷面集雨面積小于100 km2，不考慮點面系數。

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

3.2 設計暴雨推求設計洪水

（1）流域特征參數。本次采用1∶10 000 地形圖對各河流流域特征參數進行量算，同時結合《廣西河川主要特征表》、河流“一河（湖）一策”成果進行對比分析，經比較分析，本次計算河流流域特征值與已有成果相差不大，說明流域特征值量算成果合理，各河流流域特征參數采用《廣西河川主要特征表》已有成果，見表2。

表2 河流流域特征參數值

（2）設計洪水計算成果。根據各河流流域特征參數、設計暴雨成果以及產匯流參數，采用《廣西暴雨徑流查算圖表》中推理公式法和瞬時單位線法兩種方法計算設計洪水。

（1）推理公式法。

式中：F為流域集雨面積（km2）；ht為時段凈雨（mm）；t為時間（h）；L為主河道河長（km）；J為主河道坡降；τ為匯流時間（h）；m為匯流參數。θ、m值：流域為丘陵，植被較好，根據《廣西暴雨徑流查算圖表》θ計算公式：

（2）瞬時單位線法。瞬時單位線采用納希瞬時單位線公式：

式中：U（0，t）為t時刻瞬時單位線縱高；Γ為伽馬函數；n為相當于線性水庫的個數（調節次數或調節系數）；k為水庫型線性蓄泄方程的匯流歷時（反映流域匯流時間參數或調蓄系數）；e為自然對數的底；t為時刻。m1穩及n的參數計算：

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

經計算，各河流設計洪水成果見表3。

表3 澄江安陽鎮斷面設計洪水計算成果采表

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

3.3 水位流量轉換

本次水位流量關系曲線根據實測大斷面，采用曼寧公式計算控制斷面泄流曲線，為率定水流廣西曲線成果的合理性，高水位部分結合歷史洪水調查進行擬合分析。計算公式如下：

式中：k為轉換常數，1；n為糙率；R為水力半徑J為河床比降。

安陽鎮控制斷面水位流量關系成果見表4。

表4 澄江安陽鎮控制斷面H～Q關系成果表

根據前述分析的設計洪峰流量及各斷面的水文流量關系成果，分別查詢得到其相應的各頻率設計洪水位，各斷面各頻率設計洪水位成果見表5。

表5 各斷面各頻率設計洪水位成果表

3.4 合理性分析

（1）兩種計算方法成果對比。本次按兩種計算方法復核設計洪水結果見表3，兩種計算方法的設計洪水成果接近，相互驗證，說明設計洪水成果可靠。

（2）與周邊工程對比。為了更進一步論證設計洪水成果的合理性，現將本次工程設計洪水成果與鄰近流域部分工程和水文站設計洪水成果進行比較分析。本次選取流域附近已建或者已批復的工程洪水成果，點匯集水面積與P=5%設計洪峰的雙對數圖（見圖1）。各河段點據處在點群中心線附近，可見本次洪水成果與鄰近區域洪水成果較協調，設計成果合理。部分點距與趨勢線略有偏差，主要是由降雨特性、流域概況、河道參數、產匯流條件差異所致。

圖1 20年一遇洪峰～集水面積關系圖

綜上所述，本次洪水計算成果是合理可用的。

4 預警指標分析

4.1 預警指標確定

根據預警對象控制斷面成災水位，推算上游水位站的相應水位，作為臨界水位進行預警。山洪從水位站演進至下游預警對象的時間不應小于30 min。預警指標的確定主要考慮如下如下因素：

（1）根據下游預警對象控制斷面成災水位推算上游某地的相應水位，該水位是臨界水位；

（2）從時間上講，山洪從水位站演進至下游預警對象的時間應不小于30 min。

一般洪水速度為3.0～3.5 m/s，按傳播時間30 min 計，擬定在本次分析的安陽鎮城鎮區控制斷面處上游6 km處作為水位預警站斷面，根據控制斷面的成災水位按照水面坡降分析得到預警水位站的相應水位，該水位作為立刻轉移水位。為做好轉移組織工作，一般留一定預度作為準備轉移水位，本次簡化處理，按立刻轉移水位-0.20 m 作為準備轉移水位。

4.2 預警指標分析

根據各河段的水面坡降及各預警對象控制斷面的成災水位，擬定的預警水位如表6。

表6 預警對象預警指標成果表

上述預警水位為控制斷面上游6 km 處的斷面水位，在具體的預警水位站建設中需要根據河段范圍內是否有梯級電站、是否有河流斷面突變等情況來進一步分析該水位是否合理，必要時按照上述方法復核后采用。

5 建議

（1）加強站點預警信息關聯，改進、完善監測站網布設。分析評價工作對都安縣的小流域設計暴雨洪水特性、重要城鎮現狀防洪能力、危險區等級劃分以及預警指標分析等方面，都取得了一定成果，也有著豐富的信息，建議進一步整編，完善提升山洪災害信息，充分運用好這些成果，進一步改進站點預警指標以及預警信息的關聯等工作[1]。

同時，加強監測預警平臺升級完善和整合，保障運行維護工作。在現有站點和平臺基礎上，進一步升級完善，合理調整站點，加強監測站點觀測資料的整編，充分利用防治區監測站點觀測成果檢驗小流域水文分析模型，率定預警指標，提高精確度，確定預警范圍和預警對象[2]；做好管理體制的建立和地方運行維護資金的落實工作，加大運行維護投入，提高運行維護工作質量，確保山洪災害項目長效運行。

（2）結合巖溶地區內澇災害的調查成果，積極開展巖溶內澇災害成因與區劃方法研究，探索一條可行、科學的技術方法，用于都安縣甚至區域的巖溶地區內澇災害監測預警的分析計算，將災害預警建設工作推向全縣，全面提高都安縣的災害監測預警能力。

（3）改進完善各級山洪災害防治預案。建議充分運用好危險區分布圖、匯流時間、預警指標等信息，做好山洪災害防治預案完善工作。根據本次調查評價成果進一步修改完善已編制的防洪預案。