李昌志 ，郭 良 ，劉昌軍 ，孫東亞

（1.中國水利水電科學研究院，100038，北京；2.水利部防洪抗旱減災工程技術研究中心，100038，北京）

廣義的山洪包括山丘區(qū)由于暴雨引發(fā)的陡漲陡落的洪水，水庫壩體潰決、冰湖潰決等誘發(fā)的洪水。本文特指暴雨山洪。我國山丘區(qū)占國土面積2/3以上，暴雨頻發(fā)，地形地質條件復雜，人類活動影響程度高，山洪災害發(fā)生頻繁，不僅對基礎設施造成毀滅性破壞，而且對人民群眾生命安全構成極大威脅，已成為造成人員傷亡的主要災種，是當前我國防洪減災工作中亟待解決的突出問題。隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，山丘區(qū)人口、財產(chǎn)和資產(chǎn)密度還將進一步增長，山洪災害的風險程度和損失也將顯著增加，若不采取切實可行的防治措施，山洪災害所造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失必將同步增長，其影響會愈來愈深。全面建設小康社會，實現(xiàn)國家經(jīng)濟、社會和環(huán)境協(xié)調發(fā)展的宏觀目標，都對山洪災害防治提出了新的更高要求。目前，我國已經(jīng)開始了新一輪全國性的山洪災害防治建設，山洪災害分析評價工作是其主要工作內容之一。根據(jù)《山洪災害分析評價技術要求（試行）》，山洪災害分析評價是針對山洪災害重點防治區(qū)沿河村落、集鎮(zhèn)、城鎮(zhèn)等防災對象開展的防洪現(xiàn)狀評價、預警指標分析、危險區(qū)等級圖繪制等工作，獲得防災對象現(xiàn)狀防洪能力、各級危險區(qū)人口及房屋分布以及預警指標等重要信息，為山洪災害防治提供更為深入和詳細的信息支撐。本文旨在通過分析與探討國內外山洪災害分析評價工作和類似工作的開展情況和經(jīng)驗，探討我國山洪災害分析評價取得最大成效的方法和途徑，切實為我國山洪災害防治工作提供信息支撐。

一、國內外山洪分析評價概況

國內外過去雖然沒有在名義上明確提出山洪分析評價這一概念，但事實上開展了大量類似工作，如山洪危險性評價和山洪預警等工作，就是現(xiàn)在所提分析評價工作的重要內容。

1.國外情況

對國外文獻的分析表明，國外已取得了大量成果，并且主要目標集中于分析評價工作本身及其災害保險、災害預防和災害求援等方面的應用。在山洪危險性等級劃分與評價方面，奧地利H.奧里茨基提出分類及危險區(qū)制圖指數(shù)法，細劃到了每一條山溝，在溝道里或溝口沖積堆上，根據(jù)山洪危險性質與等級劃分出紅色區(qū)、黃色區(qū)及白色區(qū)，對全國山洪溝進行山洪危險性區(qū)劃，從而實現(xiàn)山洪災害預警預報的目的。1980年,瑞典EldeenM.T.用危險區(qū)圖研究災害的危險度,包括不同災害的類型辨識和規(guī)模估計，根據(jù)危險等級將洪水易發(fā)區(qū)分為4個不同的危險區(qū)，每個區(qū)又分若干個亞區(qū)，從而確定洪水災害的發(fā)生范圍。1977年，美國對加利福尼亞Saratoga地區(qū)開展了山洪危險性編目工作；1983年對加利福尼亞北部的山林伐木規(guī)劃區(qū)進行了山洪危險性編目工作；1988年利用遙感技術在加利福尼亞地區(qū)開展了山洪危險度評價工作。在日本，足立勝治等開展了山洪發(fā)生可能性的判定研究，以地貌條件、流域形態(tài)和降雨等3個因子判定山洪發(fā)生率，每個因子又分若干要素，每個要素又分若干等級，每個等級給出相應的判別得分，然后統(tǒng)計山洪發(fā)生的可能性；久保田哲也等開展了山洪的危險性預測研究，采用短歷時降雨的有效降雨量和降雨強度等因子來研究山洪和泥石流發(fā)生的可能性。這些成果在大尺度和小尺度的山洪災害空間預測方面起著重要的作用，并已廣泛用于災害保險、災害預防和災害救援等方面。

在山洪預警方面，國外主要可以劃分為歐美、日本兩大派別。歐美最有代表性的成果是美國的預警指標系列成果。在美國，預警指標稱為Flash Flood Guidance(FFG)。該方法較為全面地考慮了降雨、土層含水以及下墊面特性三大因素。根據(jù)下墊面斷面地形和地貌確定各個地方的臨界流量，并考慮土層含水量的動態(tài)變化，根據(jù)設計雨量、實測雨量或者降雨預報等信息，基于降雨、產(chǎn)流、匯流、演進、預警指標反推等環(huán)節(jié)，計算雨量預警指標，并且提供動態(tài)變化結果，并由不同等級的平臺進行分析和發(fā)布。FFG方法由于考慮因素較全，覆蓋地區(qū)類型和氣候類型均較廣，算法具有物理機理，方法較為成熟且提供預警指標的動態(tài)信息，故在歐洲、非洲以及東南亞的國家和地區(qū)得到廣泛參考和運用，現(xiàn)在仍在不斷改進和完善之中。較之歐美，日本的氣候條件、地質地貌、植被土壤條件非常單一，故其臨界雨量確定方法考慮的因素更集中于降雨和土層含水方面。根據(jù)日本交通省國土技術政策綜合研究所報告 《土砂災害警戒避難基準雨量設定方法》，其方法可以劃分為土壤雨量指數(shù)法、實效雨量法、匯流時間與降雨強度法、多重判別分析統(tǒng)計法等4種類型，并指導確定全國的土砂災害臨界雨量。在統(tǒng)計確定臨界雨量時，這些方法都假設降雨強度與有效累積雨量之間呈線性關系。通過統(tǒng)計資料，建立降雨強度與有效累積雨量之間的線性關系，采用臨界雨量線法確定預警指標。

2.國內情況

國內以往雖然沒有明確的山洪災害分析評價提法，但也從方法、技術、內容等方面進行了大量有益的探索，對山洪危險性等級劃分與評價、山洪預警等也開展了大量工作。大部分研究主要集中于采用可靠的技術獲取所選評估因子資料的研究，并附帶少量實例進行介紹。早期研究中選擇常規(guī)且易于獲取資料的因子，采用GIS、RS技術提取相應信息進行分析。如趙士鵬等提出了泥石流危險性評價的系統(tǒng)集成策略，將泥石流危險度評價集GIS與專家系統(tǒng)為一體，對孫胡溝流域泥石流危險度進行評價，取得了較好效果；湯家法等利用ARC/INFO地理信息系統(tǒng)作為工具,對岷江上游泥石流發(fā)生地各因子疊加形成綜合層,且包含屬性數(shù)據(jù)，對其進行分析,進行泥石流危險度的劃分；唐川等提取了地形坡度、暴雨天數(shù)、河網(wǎng)緩沖區(qū)、標準面積洪峰流量、泥石流分布密度和洪災歷史等6項對山洪形成與泛濫的影響因子進行分析和疊合評價，完成了紅河流域山洪災害危險性評價圖，以人口密度、房屋資產(chǎn)、耕地百分比、單位面積工農業(yè)產(chǎn)值作為指標進行了易損性分析，將危險性評價圖與易損性評價圖進行疊加分析，完成了紅河流域山洪災害風險區(qū)劃圖。后來的研究中，有水利背景的研究人員將GIS、RS等技術的空間分析功能與水文水力學模擬相結合，研究基礎信息的提取與計算，其中非常突出的研究內容是從空間數(shù)據(jù)中提取水文、水力學分析計算中所需要的基礎參數(shù)信息。大量的研究采用DEM提取小流域、河網(wǎng)水系、高程信息，根據(jù)土地利用情況提取糙率，分析洪水洪量影響、風向對水流方向的影響、人工建筑對洪水淹沒的影響等因素。李娜等針對山區(qū)小流域洪水風險圖制作中面臨的資料缺乏和精度不高的問題，提出了編制山洪災害風險的方法。此外，也有對單個承險體開展山洪風險研究的。由于山洪流速較大、過程相對短暫、攜帶大量石塊和泥沙，突然暴發(fā)，破壞力很大，且單個承險體所能承受的荷載是有限的，因而，山洪沖擊力計算成為這種風險分析的重點。

在山洪預警方面，我國大陸地區(qū)氣候條件、地質地貌、植被土壤種類豐富，降雨、水文等基礎性資料豐富程度不一，有的地方甚至嚴重匱乏，故現(xiàn)有山洪災害臨界雨量確定方法種類繁多，考慮因素各有差異。簡單歸結而言，主要有實測雨量統(tǒng)計法、水位—流量反推法、暴雨臨界曲線法、比擬法、水動力學計算方法等。臺灣早期的泥石流發(fā)生臨界降雨線是參考日本的方法。目前，臺灣較為主流的臨界雨量確定方法，是抓住降雨這一關鍵因素進行分析，主要采用降雨驅動指標值（RTI-Rain Trigger Index）建立泥石流發(fā)生可能性的降雨警戒模式。

3.國內外比較

通過以上文獻分析可知，國內外山洪災害分析評價，無論危險區(qū)等級劃分還是山洪預警，主要受到工作目標、基礎資料、技術條件、人員等因素的影響。由于資料基礎和技術條件較好，國外在10～20年前的主要工作就已經(jīng)向著宏觀與微觀等空間尺度，以及災害保險、災害預防和災害救援等不同層次的山洪應用目標開展，并取得批量成果。雖然大部分國家只是把山洪溝劃分開，或者把具有山洪的大范圍區(qū)劃分開，但一些國家，如奧地利、日本等，已經(jīng)將山洪危險性劃分具體到每一條河溪。我國由于基礎資料較為貧乏、分析計算方法與技術有限、研究人員專業(yè)背景差異等原因，國內目前的絕大多數(shù)研究還主要集中于基礎資料的快速獲取、分析計算方法與技術可靠性和易操作性等層面，離當前正在開展的山洪災害分析工作的減災目標尚有一定距離。

二、分析評價工作技術要求簡介

我國新一輪全國性山洪災害防治建設工作中，對調查評價等工作在安徽、河南等省開展了一定嘗試，并編制完成了《全國山洪災害防治項目實施方案（2013—2015 年）》，山洪災害調查評價是其中的重要工作，按照10～50 km2劃分小流域，以小流域為單元，開展山洪災害基本情況、小流域基本特征、水文、社會經(jīng)濟等情況調查，進行山洪小流域信息收集與整理、水文基本資料收集整理、小流域基礎信息核查與地形量測等?？梢灶A見，基礎資料積累將有飛躍性的提升?；谶@樣的背景，國內現(xiàn)在已編制了 《山洪災害分析評價技術要求（試行）》，核心內容包括分析評價基本內容、基本方法、預期成果三方面，簡要介紹如下。

1.分析評價基本內容

山洪災害分析評價是指在山洪災害調查的基礎上，綜合分析沿河村落、集鎮(zhèn)和城鎮(zhèn)等防災對象的防洪現(xiàn)狀，以防災對象為單元劃分山洪危險區(qū)，科學確定預警指標和閾值，為及時準確預警和災害防御提供基礎支撐。主要包括防洪現(xiàn)狀評價、危險區(qū)等級劃分以及預警指標分析三大項內容。

①防洪現(xiàn)狀評價指基于設計洪水計算分析成果，針對沿河村落、集鎮(zhèn)和城鎮(zhèn)等防災對象現(xiàn)狀開展的分析和評估，主要包括現(xiàn)狀防洪能力分析、山洪危險區(qū)等級劃分以及統(tǒng)計分析各級危險區(qū)的人口及房屋。

②危險區(qū)等級劃分即根據(jù)洪水發(fā)生頻率，并參照防治對象的設施及其控制斷面水位流量關系類型等信息，將分析計算獲得的危險區(qū)劃分為極高危險、高危險、危險等3個等級的區(qū)域，并統(tǒng)計各級危險區(qū)內的人口和房屋數(shù)量。

③山洪災害預警指標分析針對各個沿河村落、集鎮(zhèn)和城鎮(zhèn)等防災對象進行；對于地理位置非常接近且所在河段河流地貌形態(tài)相似的數(shù)個防災對象，可以使用相同的預警指標。預警指標包括雨量預警指標與水位預警指標兩類，分為準備轉移和立即轉移兩級；各地可以根據(jù)自身情況，基于氣象預報或水文預報信息，增加一級警戒預警指標。雨量預警指標通過分析臨界雨量得出。臨界雨量是指導致一個流域或區(qū)域發(fā)生山溪洪水可能致災時，降雨達到或超過的量級和強度，可以通過經(jīng)驗估計法、降雨分析法以及模型分析法等3類方法分析得到。水位預警指標通過分析臨界水位得出。臨界水位可通過洪水演進方法和歷史洪水分析方法分析得到。

2.分析評價基本方法

水文水力學分析是計算山洪災害分析評價的前提和基礎?；谏胶闉暮φ{查的成果，山洪災害分析評價工作針對沿河村落、集鎮(zhèn)和城鎮(zhèn)等具體防災對象開展，按工作準備、暴雨洪水計算、分析評價、成果整理等4個階段進行。

（1）工作準備階段

根據(jù)山洪災害調查結果，確定需要進行山洪災害分析評價的沿河村落、集鎮(zhèn)、城鎮(zhèn)等防災對象，提供防災對象的基本信息，編制防災對象名錄。從調查成果中提取整理工作底圖、小流域屬性、控制斷面、水文氣象資料，以及現(xiàn)場調查的危險區(qū)分布、轉移路線和臨時安置地點等其他成果資料，為暴雨洪水計算和分析評價做好準備。

（2）暴雨洪水計算階段

假定暴雨洪水同頻率，根據(jù)指定頻率，選擇適合當?shù)貙嶋H情況的小流域設計暴雨洪水計算方法，對各個防災對象所在的小流域進行設計暴雨分析計算，對相應的控制斷面進行設計洪水分析計算，得到控制斷面各頻率的洪峰流量、洪量、上漲歷時、洪水過程以及洪峰水位，采用概化法與目測法等確定河谷形態(tài)，分析水位流量關系曲線類型和計算成果的合理性。

（3）分析評價階段

基于設計暴雨洪水計算的成果，進行防洪現(xiàn)狀評價、危險性等級劃分、預警指標分析以及危險區(qū)圖繪制等工作。①防洪現(xiàn)狀評價采用頻率分析或插值等方法，分析成災水位對應的洪峰流量的頻率，運用特征水位比較法，以及高程人口分布關系，分析評價防災對象的現(xiàn)狀防洪能力，并采用頻率法確定危險區(qū)等級，統(tǒng)計危險區(qū)內的人口、房屋數(shù)量等基本信息。②危險性等級劃分主要考慮暴雨洪水頻率，并結合防災對象的基本特性，對沿河村落、城鎮(zhèn)、集鎮(zhèn)等對象進行山洪危險性等級劃分。③預警指標分析分為雨量預警分析和水位預警分析兩種。雨量預警指標可采用經(jīng)驗估計、降雨分析以及模型分析等方法進行分析確定，模型分析法重點通過分析預警水位、預警時段、土壤含水量等，反推得到防災對象的雨量預警指標。水位預警指標采用洪水演進方法和歷史洪水分析方法進行分析確定。④危險區(qū)圖在統(tǒng)一提供的工作底圖上進行繪制，包括不同等級的危險區(qū)范圍，人口、房屋信息，預警指標，甚至防洪現(xiàn)狀評價成果圖等信息。

（4）成果整理階段

匯總整理分析計算成果，編制成果表，繪制成果圖，撰寫并提交分析評價成果報告。

3.分析評價預期成果

山洪災害分析評價預期成果分為成果報告、附表及附圖等3類。根據(jù)《山洪災害分析評價技術要求（試行）》，各省提供全省的分析評價總報告，還應提供以縣為單位的分析評價報告。附表和附圖作為分析評價成果報告的附件。這些成果的成功獲取，將切實為山洪災害防治工作提供信息支撐。

附表內容包括山洪災害防治區(qū)小流域暴雨洪水計算，山洪災害重點防治區(qū)內沿河村落、集鎮(zhèn)、城鎮(zhèn)等防災對象防洪現(xiàn)狀評價、危險區(qū)劃分以及預警指標四方面成果，具體包括“附表1防災對象名錄表”“附表 2設計暴雨成果表”“附表3控制斷面設計洪水成果表”“附表4防洪現(xiàn)狀評價成果表”“附表5雨量預警經(jīng)驗估計法成果表”“附表6雨量預警降雨分析法成果表”“附表7雨量預警模型分析法成果表”。附表1以縣級行政單元填寫，附表2以小流域為單元填寫，附表3～附表7以防災對象提供沿河村落、集鎮(zhèn)、城鎮(zhèn)等單元填寫，附表5～附表7根據(jù)所采用的方法選擇填寫。

附圖包括山洪災害重點防治區(qū)內沿河村落、集鎮(zhèn)、城鎮(zhèn)等防災對象防洪現(xiàn)狀評價、危險區(qū)劃分以及預警指標三方面成果，具體包括“附圖1防洪現(xiàn)狀評價圖”“附圖2危險區(qū)劃分示意圖”“附圖3預警雨量臨界線圖”。

由于我國地質地貌和氣候條件復雜，各地經(jīng)濟發(fā)展水平、基礎資料積累、技術條件、人員力量等都存在著很大差異，雖然山洪災害調查工作完成以后，在某些方面會有一定程度的改進，但分析評價工作必須認真考慮這些基本情況。因而，分析評價工作技術要求編寫時遵循 “確保一般、兼顧特殊”的原則，即在技術方法方面基本上按照設計暴雨、設計洪水的基本思路進行，或者采用符合當?shù)貤l件的方法，以保證各地都能順利開展工作；同時，也提供了一些較為先進的技術和方法，供各方面基礎條件均較好的地區(qū)選用，切實為山洪災害防治提供信息，如對于可能最大降雨、可能最大洪水、特殊工況的處理和采用模型法進行預警指標分析等。

三、結語與展望

通過簡要分析國內外山洪災害分析評價的有關研究情況，介紹我國山洪災害分析評價技術要求編制及其預期成果，得到了幾點認識：①山洪災害分析評價工作將針對沿河村落、集鎮(zhèn)、城鎮(zhèn)等山丘區(qū)具體防災對象展開，根據(jù)現(xiàn)狀防洪能力、危險性等級劃分、預警指標分析等關鍵內容進行，分析評價成果將與山洪災害調查所獲得資料一起，極大地豐富和充實我國山洪災害科研的資料基礎；②山洪災害分析評價成果將在山丘區(qū)山洪災害防治工作中的預案編制、預警預報、應急響應、土地利用規(guī)劃等方面都具有很強的目標性和針對性，將把我國山洪災害防治提高到一個新水平；③分析評價技術要求遵循確保一般、兼顧特殊的原則，以支撐不同條件山丘區(qū)開展山洪災害分析評價工作，所有成果將可能在區(qū)域和全國山丘區(qū)尺度為我國山洪災害防治提供信息支撐，提高和改進我國不同區(qū)域山洪災害防治的對策。

根據(jù)國內外文獻研究情況，與國外相比，我國還有大量工作需要加緊進行。例如，山洪災害分析評價工作應當充分運用山洪災害調查所獲取的資料和數(shù)據(jù)，同時也產(chǎn)生很多新的分析資料和數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)來源、存儲格式、資料精度等都存在一定差異，數(shù)據(jù)規(guī)模將是海量的，因而研究多源數(shù)據(jù)快速規(guī)范化集成方法與技術是非常迫切的任務之一；此外，現(xiàn)行分析評價要求提供的洪水分析方法以傳統(tǒng)設計暴雨洪水方法為主，雨量預警也僅是提供了3種思路，分析模型缺乏驗證，參數(shù)缺少率定，如何快速研發(fā)出操作性強且符合各地特點的分析評價方法與相應的支撐技術平臺，以便廣大工作人員盡快盡早把研究重心和工作重點移向山洪災害防治的目標，服務于山洪災害防治的本質，也是當前重要而迫切的任務。

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