祝武斌（隴南水文水資源勘測局，甘肅 成縣 742500）

甘肅省成縣山洪災害臨界雨量分析計算

祝武斌
（隴南水文水資源勘測局，甘肅 成縣 742500）

針對成縣暴雨特性和山洪特性，采用山洪災害與降雨頻率分析法分區(qū)計算其臨界雨量，為該地區(qū)山洪災害防治提供技術(shù)支撐。為相似地區(qū)山洪災害防治臨界雨量計算提供了借鑒。

山洪災害；臨界雨量；分析；計算

1 概況

1.1 自然地理概況

成縣地處秦嶺山脈南麓丘陵河谷地帶，位于甘肅省東南部，隴南市北部偏東，東北與徽縣接壤，西與西和縣相鄰，南以西漢水為界與康縣相望，東南與陜西省略陽縣毗鄰。成縣南北寬約55km，東西長約52km，地理坐標介于東經(jīng)105°24′至105° 57′，北緯 33°31′至 34°02′之間，縣境總面積1678.32km2。

1.2 地形地貌

成縣地處隴南山地東部。西北屬北秦嶺山脈南麓，中部屬徽成盆地，南部為南秦嶺山脈北緣。地勢西北高東南低。地貌主要為中山區(qū)，次為丘陵和小面積川壩。西漢水和長豐河流經(jīng)地區(qū)為小面積狹長谷地。成縣的地貌形態(tài)可分為兩個主要類型:一是山地，約占縣域面積的三分之二，集中分布在西北部和南部。二是盆地，為徽成盆地的一部分，分布于城關(guān)、拋沙、店村、紅川、陳院、水泉、小川等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，面積300km2。

1.3 氣候環(huán)境

成縣屬大陸性季風氣候，四季分明。冬季受來自北方和西北冷空氣影響，夏季盛行東南季風和來自孟加拉灣的溫暖季風的影響，氣候地域差異大，垂直變化明顯。成縣的多年平均降水量為685.7m m。全縣年平均陸面蒸發(fā)量為493.8m m，干旱指數(shù)為1.006，按甘肅省氣候分區(qū)屬溫帶半濕潤地區(qū)。

2 暴雨、洪水特征

成縣境內(nèi)降水較豐富，但在時空分布上很不均勻，據(jù)成縣水文站1956～2013年58年的降水資料分析，連續(xù)最大四個月降水主要集中在6～9月，占全年降水量的68%左右，冬春季降水偏少，夏秋季降水量較大，且多為暴雨，歷時短，雨量大，產(chǎn)流快，容易形成山洪、泥石流災害。

3 資料收集

3.1 境內(nèi)及周邊水文站、雨量站情況

成縣境內(nèi)有兩個水文站，分別是西漢水鐔家壩（二）水文站及長豐河成縣水文站；成縣境內(nèi)有8個雨量站，分別是紅川、黃渚關(guān)、二郎、小川、成縣、紙坊、化埡、鐔家壩雨量站。另外，在這次臨界雨量的分析計算中也采用了第Ⅰ典型區(qū)域的徽縣麻沿雨量站資料。

3.2 時段雨量統(tǒng)計計算

統(tǒng)計成縣境內(nèi)及周邊紅川、黃渚關(guān)、二郎、小川、成縣、紙坊、化埡、鐔家壩、麻沿各雨量站10m i n、30m i n、1h、3h、6h、12h、24h降水量，對于無10m i n、30m i n、1h、3h降水資料的人工觀測雨量站，應用暴雨強度i與降水歷時T的關(guān)系予以換算。

4 臨界雨量分析計算

臨界雨量按災害種類劃分為山溪洪水災害臨界雨量、泥石流災害臨界雨量、滑坡災害臨界雨量。因典型區(qū)域內(nèi)泥石流、滑坡災害較少且缺乏相關(guān)資料，臨界雨量可合并進行分析計算（假定三者臨界雨量相同）。目前臨界雨量的計算方法一般有單站臨界雨量法、區(qū)域臨界雨量法和災害與降水頻率分析法。

4.1 利用單站臨界雨量分析計算區(qū)域臨界雨量（單站臨界雨量法）

4.1.1資料統(tǒng)計

首先根據(jù)成縣境內(nèi)歷次山洪災害發(fā)生的時間表，收集區(qū)域及周邊鄰近地區(qū)各雨量站對應的雨量資料，確定對應的降雨過程開始和結(jié)束時間。降雨過程的開始時間，是以連續(xù)3日每日雨量≤1m m后出現(xiàn)日雨量＞1m m的時間；降雨過程的結(jié)束時間是山洪災害發(fā)生的時間（這里確定的是降雨過程統(tǒng)計時間，如災害發(fā)生后降雨仍在持續(xù)，災害會加重）。過程時間確定后，在每次過程中依次查找并統(tǒng)計10m i n、30m i n、1h、3h、6h、12h、24h及3d降水量對應的起止時間。如果過程時間長度小于對應項的時段跨度，則不統(tǒng)計（如降雨過程小于12h，則不統(tǒng)計12h、24h最大雨量及其起止時間）。

4.1.2單站臨界雨量的計算

假設區(qū)域內(nèi)共有S個雨量站，共發(fā)生山洪災害N次，共統(tǒng)計T個時間段的雨量，Rtij為t時段第i個雨量站第j次山洪災害的最大雨量，則各站每個時間段N次統(tǒng)計值中，最小的一個為臨界雨量初值，即初步認為這個值是臨界雨量，計算公式如下:

4.1.3單站臨界雨量分析

（1）不同站點相同時段的臨界雨量不盡相同，與各站點地質(zhì)、地形、前期降雨量及氣候條件的不同有關(guān)。地形陡峭，土壤吸水能力較好，前期降雨量小，年雨量較大的地區(qū)，臨界雨量就較大，相反則臨界雨量就較小。

4.1.4區(qū)域內(nèi)各站同一時段的臨界雨量統(tǒng)計分析

（1）計算平均值

Rt可視為區(qū)域內(nèi)大范圍的平均情況，即當面降雨量超過時，區(qū)域內(nèi)有可能發(fā)生山洪災害。

（2）統(tǒng)計最小值

Rtimin可視為區(qū)域內(nèi)致災降雨強度的必要條件，即只有當區(qū)域內(nèi)至少有一個站雨強超過 Rtimin時，區(qū)域內(nèi)才有可能發(fā)生山洪災害。

（3）統(tǒng)計最大值

當前二銨銷售正處于清淡期，在問及二銨秋季肥的表現(xiàn)時，湖北鄂中化工銷售部孫經(jīng)理說：“整體來說，二銨在國內(nèi)秋季市場表現(xiàn)較好，尤其在底肥施用上，二銨擠占了傳統(tǒng)底肥部分市場，價格和銷量也達到預期。但二銨之前價格的上揚，主要受物流和成本增加影響，企業(yè)在盈利上并無利好?？梢哉f，目前企業(yè)在二銨生產(chǎn)上并無太多利潤可言，主要是為了保證產(chǎn)品供應，保護市場份額，保證生產(chǎn)線產(chǎn)能。所以即使在成本線上，甚至低于成本線情況下，企業(yè)也在維持生產(chǎn)，以確保綜合效益?！?/p>

RtimaX可視為區(qū)域內(nèi)發(fā)生山洪災害的充分條件，即當區(qū)域內(nèi)每個站點雨強都超過 RtimaX時，區(qū)域內(nèi)將會有大范圍的山洪災害發(fā)生。

4.2 區(qū)域山洪臨界雨量的分析計算（區(qū)域臨界雨量法）

4.2.1資料收集與統(tǒng)計

計算區(qū)域內(nèi)與歷次山洪災害對應的各時段最大面平均雨量。假設區(qū)域內(nèi)共有S個雨量站，共發(fā)生山洪災害N次，共統(tǒng)計T個時段的面平均雨量，面平均雨量計算可采用算術(shù)平均法、泰森多邊形法、雨量等值法等，具體方法根據(jù)典型區(qū)域的實際情況而定。但都要保證計算得到的面平均雨量的精度。R t j為t時段第j次山洪災害對應雨量過程中的最大面平均雨量，則區(qū)域內(nèi)各時段有N個（每次災害一個）最大面平均雨量值。

4.2.2區(qū)域臨界雨量的初值確定

統(tǒng)計N次山洪災害各時段最大雨量面平均值的最小值，即為各時段區(qū)域山洪臨界雨量初值。

4.2.3區(qū)域臨界雨量分析

區(qū)域山洪災害臨界雨量，可作為判別區(qū)域內(nèi)有無山洪災害發(fā)生的定量指標。因在統(tǒng)計山洪災害次數(shù)時，只要區(qū)域內(nèi)有1個站發(fā)生了山洪災害，就認為區(qū)域內(nèi)有山洪災害發(fā)生。因此，它無法判別區(qū)域內(nèi)受災面積的大小及災害嚴重程度。

4.3 災害與降雨頻率分析法

通過對災害場次的調(diào)查，分析山洪災害的頻率，取與山洪災害發(fā)生頻率相同的降雨量設計值即為臨界雨量初值。通過與周邊鄰近地區(qū)的臨界雨量進行綜合對比分析，最后合理確定臨界雨量值。

4.4 成縣各典型區(qū)域臨界雨量的計算

4.4.1各典型區(qū)域臨界雨量計算方法的確定

成縣各典型區(qū)域山洪、泥石流災害的主要來源是暴雨，各典型區(qū)域災害場次的統(tǒng)計數(shù)據(jù)相對準確可靠，因此可采用災害與降雨頻率分析法來分析確定各典型區(qū)域的臨界雨量。

4.4.2歷史山洪災害場次統(tǒng)計及頻率計算

（1）山洪、泥石流災害場次統(tǒng)計

根據(jù)《成縣志》及《成縣山洪災害防御預案》中對歷史山洪災害的記錄情況，統(tǒng)計出山洪災害發(fā)生的時間及場次，見表1。

（2）山洪、泥石流災害發(fā)生頻率計算

通過對Ⅰ區(qū)（北部的黃渚、二郎、王磨地區(qū)）歷史山洪、泥石流災害調(diào)查統(tǒng)計，自1934年至2013年間，該區(qū)域內(nèi)共發(fā)生山洪、泥石流災害11次，山洪泥石流災害發(fā)生的頻率為13.8%。

通過對Ⅱ區(qū)（西部的紙坊、沙壩、蘇元、索池、小川地區(qū)）歷史山洪、泥石流災害調(diào)查統(tǒng)計，自1934年至2013年間，該區(qū)域內(nèi)共發(fā)生山洪、泥石流災害6次，山洪泥石流災害發(fā)生的頻率為7.5%。

通過對Ⅲ區(qū)（東部的陳院、城關(guān)、店村、紅川地區(qū)）歷史山洪、泥石流災害調(diào)查統(tǒng)計，自1934年至2013年間，該區(qū)域內(nèi)共發(fā)生山洪、泥石流災害9次，山洪泥石流災害發(fā)生的頻率為11.2%。

通過對Ⅳ區(qū)（南部的雞峰、黃陳、鐔河、宋坪地區(qū)）歷史山洪、泥石流災害調(diào)查統(tǒng)計，自1934年至2013年間，該區(qū)域內(nèi)共發(fā)生山洪、泥石流災害4次，山洪泥石流災害發(fā)生的頻率為5.0%。

表1 成縣臨界雨量典型區(qū)域山洪災害場次統(tǒng)計表

4.4.3臨界雨量分析計算

統(tǒng)計出各典型區(qū)域內(nèi)各雨量站10m i n、30m i n、1h、3h、6h、12h、24h、3d最大降水量，再用算術(shù)平均法求出區(qū)域內(nèi)10m i n、30m i n、1h、3h、6h、12h、24h、3d面平均最大降水量，分別點繪出10m i n、30m i n、1h、3h、6h、12h、24h、3d面平均最大降水量頻率（P-Ⅲ型）曲線。

再根據(jù)各典型區(qū)域災害發(fā)生的頻率，在點繪的相應區(qū)域10m i n、30m i n、1h、3h、6h、12h、24h、3d面平均最大降雨量頻率（P-Ⅲ型）曲線上查出對應頻率的降水量，即為該區(qū)域各時段臨界雨量的計算值。各典型區(qū)域臨界雨量計算成果見表2。

表2 成縣各典型區(qū)域臨界雨量計算成果表

從表2看出，成縣不同區(qū)域的臨界雨量稍有差異，其中I區(qū)、I I區(qū)明顯較 I I I區(qū)、I V區(qū)偏少10%—15%。

根據(jù)《全國山洪災害防治規(guī)劃山洪災害臨界雨量分析計算細則》規(guī)定，確定以相應時段臨界雨量的3/4值作為短歷時（10m i n、30m i n、1h）“準備撤離雨量”預警指標，即當短歷時降水量達到相應時段的臨界雨量的3/4值，并且降水仍在持續(xù)時，須作出準備撤離的預警；確定以相應時段臨界雨量的2/3作為長歷時“準備撤離雨量”預警指標，即當長歷時（3h、6h、12h、24h、3d）降水量達到相應時段的臨界雨量的2/3值，并且降水仍在持續(xù)時，須作出準備撤離的預警。

5 結(jié)語

通過本文分析，分區(qū)確定了成縣山洪災害臨界雨量，為充分發(fā)揮山洪災害防治系統(tǒng)的作用及時預警、撤離提供了技術(shù)支撐。為相似地區(qū)的山洪災害臨界雨量的確定提供了參考。在實際的山洪災害防治工作中，為確保人民生命財產(chǎn)安全，計算的臨界雨量值僅供參考，必須根據(jù)前期降雨、地質(zhì)等情況，具體問題具體分析。

［1］《全國山洪災害防治規(guī)劃山洪災害臨界雨量分析計算細則》［M］.中國水利水電出版社，2013.

［2］《甘肅省暴雨洪水圖集》［M］.甘肅省科技出版社，1988.

［3］李滿剛，水文頻率計算方法的探討［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2012（05）.

TV 125

：B

：1672-2469（2015）03-0026-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.03.011

祝武斌（1974年—），男，工程師。