王慈德，周晶晶

（四川省阿壩州水文水資源勘測(cè)局，四川 阿壩 623000）

0 引言

研究區(qū)位于四川省西北部、阿壩藏族羌族自治州東南部的青藏高原東南邊緣，地跨岷江和涪江上游高山河谷地帶，區(qū)域東部為中山地帶，地貌以高山峽谷為主，境內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。巖層主要以?shī)A沙灰、黑色頁(yè)巖、砂板巖、火成巖等構(gòu)成，土壤以暗棕壤、褐土、棕壤為主。區(qū)域氣候受西風(fēng)環(huán)流和印度洋西南季風(fēng)影響，屬高原性季風(fēng)氣候。汛期常有暴雨、洪水、冰雹、泥石流災(zāi)害發(fā)生。

為了充分應(yīng)用山洪災(zāi)害調(diào)查分析評(píng)價(jià)成果，最大限度地減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，須驗(yàn)證分析預(yù)警指標(biāo)的合理性，山洪預(yù)警指標(biāo)的合理性分析通?？刹捎靡韵路椒ǎ海?）與當(dāng)?shù)厣胶闉?zāi)害事件實(shí)際資料作對(duì)比分析，即用實(shí)際發(fā)生的山洪災(zāi)害的降雨資料進(jìn)行預(yù)警指標(biāo)的合理性檢查；（2）將多種方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，以盡量避免因某一種方法的不確定性而產(chǎn)生的較大偏差；（3）通過相似流域采用比擬的思想對(duì)預(yù)警指標(biāo)成果進(jìn)行合理性檢查。本文主要采用方法（3）的思想和思路進(jìn)行驗(yàn)證，從宏觀面上來做出合理性分析。

1 研究方法

降雨量的分布從氣候角度來看是空間連續(xù)的，臨界雨量雖與地質(zhì)、地理?xiàng)l件及氣象條件有關(guān)，但在匯流計(jì)算過程中，已限定選定的典型區(qū)域內(nèi)地質(zhì)、地理?xiàng)l件及氣象條件相差不大，且典型區(qū)域內(nèi)的設(shè)計(jì)雨型綜合分區(qū)、暴雨損失量分區(qū)、匯流參數(shù)分區(qū)、入滲率綜合分區(qū)等均按照同一分區(qū)進(jìn)行參數(shù)的選取。在計(jì)算過程中，遵循了暴雨洪水同頻率的假定，因此，可以認(rèn)為臨界雨量的分布在典型區(qū)內(nèi)也是連續(xù)的，相同防洪能力的危險(xiǎn)區(qū)的臨界雨量應(yīng)該符合典型區(qū)域內(nèi)的降雨分布規(guī)律，可通過勾繪實(shí)際降雨分布圖的方法來驗(yàn)證其合理性。研究思路為：典型區(qū)域分析選擇；通過現(xiàn)有站點(diǎn)的年最大1小時(shí)雨量均值點(diǎn)繪降雨分布圖；同樣選取典型區(qū)域內(nèi)匯流時(shí)間為1小時(shí)的臨界雨量成果（山洪臨界雨量成果分為干旱、一般、以及濕潤(rùn)情況下的指標(biāo)值。本文以濕潤(rùn)情況下的臨界雨量作為分析對(duì)象，也可選其他兩種情況），且對(duì)相同防洪能力的危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行歸納分類。為保證分析成果的準(zhǔn)確性，臨界雨量值采用多種方法[1]的計(jì)算成果；將對(duì)多種方法的計(jì)算成果與實(shí)際典型區(qū)域內(nèi)的降雨等值線分布情況做對(duì)比分析，通過其關(guān)聯(lián)性來驗(yàn)證上述方法的可行性。

2 典型區(qū)域的選擇

對(duì)茂縣地區(qū)的各小流域通過投影尋蹤分類模型進(jìn)行相似區(qū)域的選擇并劃定典型區(qū)域。投影尋蹤是統(tǒng)計(jì)學(xué)中處理高維數(shù)據(jù)的有效方法[2]。對(duì)包括多個(gè)指標(biāo)的多個(gè)流域，用投影尋蹤聚類方法判定流域相似度的思路是：分別將各流域的特征指標(biāo)投影到一維空間，找到反映多個(gè)指標(biāo)綜合信息的一維投影特征值；通過比較特征值的相對(duì)差異從而判定各流域之間的綜合差異，按照相似與差異性進(jìn)而選擇典型流域區(qū)域。以茂縣境內(nèi)主要的53個(gè)流域區(qū)域?yàn)榉治鲇?jì)算單元，選取的特征指標(biāo)分別為5個(gè)氣象指標(biāo)：6月、7月、8月、9月和年平均降水量，代表下墊面特征的6個(gè)指標(biāo)：流域面積、主河道長(zhǎng)、河道縱坡、流域?qū)挾?、形狀系?shù)、地質(zhì)條件（相關(guān)指標(biāo)的分類和投影均參照文獻(xiàn)[2]中的方法）。按照投影尋蹤分類模型分別計(jì)算各選定小流域的投影值，并對(duì)投影值的大小做分類處理，利用投影值的大小范圍來確定流域的相似度，相似度相同的流域劃定為同一區(qū)域，以此來確定典型區(qū)域。小流域下墊面相關(guān)指標(biāo)均采用山洪下發(fā)的底圖采用arcgis自動(dòng)提取，降雨量取用流域附近雨量站點(diǎn)數(shù)據(jù)，并將最終計(jì)算的投影值結(jié)果范圍標(biāo)繪至水系圖上，圖1為相似流域投影結(jié)果。

從圖1的流域相似度計(jì)算結(jié)果來看，相似度較高的流域大致可描述為4類：1類為土門河流域；2類為黑水河上游流域；3類為岷江右岸及松坪溝上游區(qū)域；4類為岷江干流沿岸區(qū)域。

圖1 各小流域投影結(jié)果

3 茂縣境內(nèi)年最大一小時(shí)降雨均值分布

由于在編制四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)時(shí)，受雨量站點(diǎn)稀少的影響，降雨等值線分布稀疏。年最大1小時(shí)點(diǎn)雨量均值分布僅有15 mm和20 mm兩個(gè)量級(jí)劃分，不能滿足本次小范圍區(qū)域內(nèi)的降雨分布情況的分析。汶川地震后，阿壩州境內(nèi)新建了大批災(zāi)后重建遙測(cè)站點(diǎn)，極大緩解了州境內(nèi)水文站點(diǎn)不足的情況。本文在繪制茂縣地區(qū)年最大1小時(shí)點(diǎn)雨量均值降雨分布圖時(shí)，加入了大量新建雨量站點(diǎn)（包含茂縣周邊區(qū)域站點(diǎn)），對(duì)茂縣地區(qū)進(jìn)行降雨等值線圖的繪制。

本次降雨量均值區(qū)域分布圖的繪制過程中選取茂縣地區(qū)及周邊雨量站點(diǎn)30處，原有站點(diǎn)雨量資料選取近10年的降雨數(shù)據(jù)，災(zāi)后重建站點(diǎn)因受資料年限限制，只選取近5年資料。降雨分布圖采用arcgis軟件繪制，對(duì)空白區(qū)域采用空間降水插值，插值方法大體可分為3類：①整體插值法(趨勢(shì)面法和多元回歸法等)；②局部插值法(泰森多邊形法、反距離加權(quán)法、克里金插值法和樣條法)；③混合插值法(整體插值法和局部插值法的綜合)等。經(jīng)過對(duì)比分析認(rèn)為，克里金插值法充分考慮了地形、高程等對(duì)降雨空間分布的影響，繪制的區(qū)域降雨分布圖更能反應(yīng)地區(qū)實(shí)際降雨空間分布情形，茂縣范圍內(nèi)1小時(shí)最大降雨均值分布見圖2。

圖2 危險(xiǎn)區(qū)臨界雨量及1小時(shí)最大降雨分布圖

從圖2的降雨分布可以看出，土門鄉(xiāng)所在的土門河流域降雨量較大，其次為維城鄉(xiāng)所在的赤不蘇小流域，岷江干流左岸區(qū)域降雨較大，右岸大部分區(qū)域則偏小。

4 山洪災(zāi)害臨界雨量分布

以原山洪災(zāi)害計(jì)算成果為依據(jù)，選取防洪能力小于等于5年一遇防災(zāi)對(duì)象，分別按照推理公式法、標(biāo)準(zhǔn)化單位線法、SCS模型法三種方法計(jì)算并統(tǒng)計(jì)其時(shí)段為1小時(shí)臨界雨量成果。

（1）推理公式參數(shù)取值說明：F(流域面積)、J（沿流程的平均縱比降）、L（流域最長(zhǎng)匯流路徑）分別從茂縣工作底圖中提取，其余參數(shù)參照《四川省中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》提供的參數(shù)及附圖進(jìn)行取值；

（2）標(biāo)準(zhǔn)化單位線法直接利用全國(guó)統(tǒng)一下發(fā)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中的小流域標(biāo)準(zhǔn)化單位線進(jìn)行成果計(jì)算；

（3）CSC模型參數(shù)取值：主要參數(shù)CN值通過查算SCS模型的前期土壤濕潤(rùn)程度表、土壤分類表和CN值表得到，其余參數(shù)參照《手冊(cè)》進(jìn)行取值；

三種不同方法臨界雨量計(jì)算成果統(tǒng)計(jì)值見表1。

表1 防災(zāi)對(duì)象臨界雨量統(tǒng)計(jì)值

為了驗(yàn)證山洪臨界雨量預(yù)警指標(biāo)的合理性，調(diào)查了選定的6個(gè)流域內(nèi)山洪實(shí)際發(fā)生情況（不包括地質(zhì)災(zāi)害如泥石流、滑坡等），共調(diào)查到1場(chǎng)洪水，據(jù)指認(rèn)人員何培福（男，61歲，永和鄉(xiāng)永寧村人，小學(xué)文化程度）描述：2013年7月6日下午開始下雨，晚上約9時(shí)許發(fā)生洪水，洪水淹沒部分農(nóng)田農(nóng)舍，無(wú)人員傷亡。經(jīng)水情信息平臺(tái)查證災(zāi)害發(fā)生流域附近雨量站點(diǎn)（永和雨量站）7月6日15時(shí)1小時(shí)降雨量為24.2 mm。與臨界雨量預(yù)警指標(biāo)值較為接近，進(jìn)一步印證了預(yù)警指標(biāo)值的確定較為合理。

從表1的計(jì)算結(jié)果來看，三種不同方法計(jì)算的臨界雨量值存在一定的差異，這與三種方法的計(jì)算原理與參數(shù)取值存在差異息息相關(guān)，尚屬合理。

將上述成果按照調(diào)查經(jīng)緯度點(diǎn)繪至降雨分布圖上，按站點(diǎn)所在位置的降雨分布情況來分析其關(guān)聯(lián)性。分布圖見圖2。

從圖2中臨界雨量分布情況可以看出，防洪能力為5年一遇的后寨子、道財(cái)組、道廟組以及苦地坪分屬于3個(gè)不同類型的典型區(qū)域（后寨子屬4類區(qū)域、道財(cái)組屬3類區(qū)、道廟組和苦地坪屬1類區(qū)）。將其臨界雨量按照3種不同的方法計(jì)算后依次從小到大排列（見圖3），對(duì)應(yīng)降雨量分布圖上也依次分布在降雨較小和較大的區(qū)域內(nèi)。由于典型區(qū)域不同，后寨子、道財(cái)組與后兩者的的雨量差異也較大，但同一典型區(qū)域的臨界雨量值則符合地區(qū)降雨分布的規(guī)律。同樣防洪能力為2年一遇的危險(xiǎn)區(qū)（同屬于4類典型區(qū)域）其臨界雨量3種方法的計(jì)算結(jié)果雖也存在差異（見圖4），但基本屬于同一量級(jí)，對(duì)應(yīng)降雨分布圖上也基本分布在同一等值線區(qū)域內(nèi)，符合區(qū)域降雨分布規(guī)律。

圖3 5年一遇臨界雨量成果

圖4 2年一遇臨界雨量成果

5 結(jié)語(yǔ)

通過計(jì)算后的結(jié)果分析認(rèn)為，防洪能力相同的典型區(qū)域內(nèi)危險(xiǎn)區(qū)的臨界雨量成果大致符合實(shí)際的區(qū)域降雨分布規(guī)律。初步認(rèn)為，通過典型區(qū)域降雨分布進(jìn)行山洪預(yù)警指標(biāo)的合理性分析方法簡(jiǎn)易可行。從大范圍的山洪預(yù)警指標(biāo)計(jì)算成果來看，不在同一典型區(qū)域的兩個(gè)危險(xiǎn)區(qū)，其預(yù)警指標(biāo)并不符合實(shí)際降雨分布的規(guī)律。上述方法應(yīng)用的關(guān)鍵是分析選取合理的典型區(qū)域，找出典型區(qū)域內(nèi)臨界雨量不符合區(qū)域降雨分布規(guī)律的危險(xiǎn)區(qū)，并對(duì)這些危險(xiǎn)區(qū)的預(yù)警指標(biāo)進(jìn)行重點(diǎn)復(fù)核。對(duì)反復(fù)重新計(jì)算后成果與原成果仍然一致但不符合典型區(qū)域降雨分布規(guī)律的重點(diǎn)防治區(qū)，應(yīng)分析并找出合理性因素所在，以確保預(yù)警指標(biāo)合理，最大限度為山洪災(zāi)害預(yù)警、人員轉(zhuǎn)移、群測(cè)群防等工作提供科學(xué)的預(yù)警支撐。