都安县安阳镇山洪灾害分析评价技术研究

杨 宇，罗秀连，谭思阳，刘贞鹏

（1.广西交通职业技术学院，南宁 530216；2.广西理工职业技术学校， 南宁 530216）

1 概述

2013—2019 年广西开展了111 个县（市、区）的山洪灾害调查评价工作，完成了广西区内山洪灾害危险区村屯的水文气象、地形地貌、社会经济、历史山洪灾害、涉水工程、山洪沟基本情况以及山洪灾害防治现状等基础信息。但对于城镇、集镇的山洪灾害调查评价工作一直都是空白。为提高山洪灾害调查评价工作的完整性，广西在2021年启动了重点城镇、集镇的调查评价工作。本文以都安县安阳镇为例，阐述了重点城镇开展山洪灾害评价工作的方法，为今后开展同类型研究提供参考。

2 研究对象基本情况

2.1 自然地理情况

都安瑶族自治县位于广西壮族自治区中部偏西、河池市南部，属亚热带季风性气候，春季阴雨连绵，日照时数少；夏季高温湿热，暴雨集中；秋季多晴朗，往往出现秋旱；冬季较寒，雨量稀少。都安县年平均降雨量为1726 mm。

2.2 水文气象情况

都安气象站和水文站分别自1952年和1936年起有气象观测资料，实测资料统计表明：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；多年平均蒸发量1 204.4 mm，最大年蒸发量1 351.9 mm，最小年蒸发量995.2 mm；多年平均气温21.3℃，极端最高气温39.6℃，极端最低气温0.4℃；多年平均风速2.4 m/s，最大风速22.0 m/s。

2.3 山洪灾害防御现状

都安县特殊的地形地貌以及地质结构影响，致使洪水频发。目前都安县山洪灾害防御工作。在制度建设、监测预警系统建设等方面，都做了大量的工作，山洪灾害预警能力有了显著提高。

（1）制度建设。①建立健全了各级防汛责任人组织机构，组建了县、乡镇、村、组、户五级组织责任体系；②编制了县、乡镇、村（部分）三级山洪灾害防御预案；③加强汛期各项工作制度实施，如严格执行汛期请假报告制度，加强汛期防洪值班巡查和值班记录，严格实行24小时值班制度和信息报告制度等。

（2）监测预警系统建设。截至2021年底，都安县共建设有监测预警设备322 座，其中自动监测站153 座，无线预警广播站169 座。组成雨水情监测预警站网；建设县级监测预警平台，在乡（镇）、行政村配置各类预警设施设备，如手摇报警器、铜锣等，可随时提供各种水雨情信息和及时发布预警信息。

（3）群测群防建设。目前都安县群测群防体系建设已经完善预案编制，各种标识牌安装，组织相关人员进行培训，组织山洪灾害群众紧急避险演练等，为都安县山洪灾害防治做出了贡献。

3 山洪灾害分析

本次分析评价的对象为都安瑶族自治县安阳镇城区。安阳镇危险区位于澄江干流，其预警指标采用水位进行预警，设计洪水采用水文站实测资料进行推求。

3.1 设计暴雨计算

设计暴雨采用查算图表法进行推求。

（1）设计暴雨。根据《广西暴雨统计参数等值线图研究（2010 版）》，查得设计河段流域重心最大1 h、6 h、24 h的均值、Cv值，取Cs=3.5Cv，计算得各频率设计暴雨，成果见表1。

表1 安阳镇设计暴雨成果表

（2）设计暴雨分析步骤。①根据重点防治区（小流域）的位置查《广西壮族自治区暴雨统计参数等值线图研究》中的不同时段点雨量均值等值线图和点雨量Cv等值线图，得到各个小流域不同时段的Hˉ和Cv；据Cv值和相应频率，由《广西壮族自治区暴雨统计参数等值线图研究》附表1“皮尔逊III 型曲线模比系数Kp值表”，可得各计算单元不同设计暴雨频率相应的Kp值，乘以暴雨均值可得不同设计暴雨频率的设计点雨量，即H24 点=H24 点×Kp、H6点=H6点×Kp、H1点=H1点×Kp。②查《广西壮族自治区暴雨径流查算图表》表1“二区T～F～α关系表”，得各计算单元1、6、24 h 点面雨量转换系数α，乘以设计点雨量得到1，6，24 h 的设计面雨量。当流域面积小于100 km2时，则由点雨量代替面雨量，当流域面积大于100 km2时，则需计算面雨量。③根据面暴雨递减指数n的求解公式，求得n1p，n2p，n3p 三种时段的面暴雨递减指数。④根据第二步求得的1、6、24 h的设计面雨量，按以下公式就可以求得不同历时的设计点雨量：

当6≤t＜24 h：

当1≤t＜6 h：

（3）点面系数。整治河段各断面集雨面积小于100 km2，不考虑点面系数。

（4）设计雨型。设计雨型采用《广西暴雨径流查算图表》雨型。澄江干流属第3 雨型区，最大1 h暴雨发生在第13 小时；其他河流属第2 雨型区，最大1 h暴雨发生在第17小时。

3.2 设计暴雨推求设计洪水

（1）流域特征参数。本次采用1∶10 000 地形图对各河流流域特征参数进行量算，同时结合《广西河川主要特征表》、河流“一河（湖）一策”成果进行对比分析，经比较分析，本次计算河流流域特征值与已有成果相差不大，说明流域特征值量算成果合理，各河流流域特征参数采用《广西河川主要特征表》已有成果，见表2。

表2 河流流域特征参数值

（2）设计洪水计算成果。根据各河流流域特征参数、设计暴雨成果以及产汇流参数，采用《广西暴雨径流查算图表》中推理公式法和瞬时单位线法两种方法计算设计洪水。

（1）推理公式法。

式中：F为流域集雨面积（km2）；ht为时段净雨（mm）；t为时间（h）；L为主河道河长（km）；J为主河道坡降；τ为汇流时间（h）；m为汇流参数。θ、m值：流域为丘陵，植被较好，根据《广西暴雨径流查算图表》θ计算公式：

（2）瞬时单位线法。瞬时单位线采用纳希瞬时单位线公式：

式中：U（0，t）为t时刻瞬时单位线纵高；Γ为伽马函数；n为相当于线性水库的个数（调节次数或调节系数）；k为水库型线性蓄泄方程的汇流历时（反映流域汇流时间参数或调蓄系数）；e为自然对数的底；t为时刻。m1稳及n的参数计算：

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

经计算，各河流设计洪水成果见表3。

表3 澄江安阳镇断面设计洪水计算成果采表

由表3 可知，流推理公式法和瞬时单位线法各频率计算成果相差不大，经综合分析，推理公式法更适合中小流域的洪水计算，从偏安全角度考虑，本次采用推理公式法成果。

3.3 水位流量转换

本次水位流量关系曲线根据实测大断面，采用曼宁公式计算控制断面泄流曲线，为率定水流广西曲线成果的合理性，高水位部分结合历史洪水调查进行拟合分析。计算公式如下：

式中：k为转换常数，1；n为糙率；R为水力半径J为河床比降。

安阳镇控制断面水位流量关系成果见表4。

表4 澄江安阳镇控制断面H～Q关系成果表

根据前述分析的设计洪峰流量及各断面的水文流量关系成果，分别查询得到其相应的各频率设计洪水位，各断面各频率设计洪水位成果见表5。

表5 各断面各频率设计洪水位成果表

3.4 合理性分析

（1）两种计算方法成果对比。本次按两种计算方法复核设计洪水结果见表3，两种计算方法的设计洪水成果接近，相互验证，说明设计洪水成果可靠。

（2）与周边工程对比。为了更进一步论证设计洪水成果的合理性，现将本次工程设计洪水成果与邻近流域部分工程和水文站设计洪水成果进行比较分析。本次选取流域附近已建或者已批复的工程洪水成果，点汇集水面积与P=5%设计洪峰的双对数图（见图1）。各河段点据处在点群中心线附近，可见本次洪水成果与邻近区域洪水成果较协调，设计成果合理。部分点距与趋势线略有偏差，主要是由降雨特性、流域概况、河道参数、产汇流条件差异所致。

图1 20年一遇洪峰～集水面积关系图

综上所述，本次洪水计算成果是合理可用的。

4 预警指标分析

4.1 预警指标确定

根据预警对象控制断面成灾水位，推算上游水位站的相应水位，作为临界水位进行预警。山洪从水位站演进至下游预警对象的时间不应小于30 min。预警指标的确定主要考虑如下如下因素：

（1）根据下游预警对象控制断面成灾水位推算上游某地的相应水位，该水位是临界水位；

（2）从时间上讲，山洪从水位站演进至下游预警对象的时间应不小于30 min。

一般洪水速度为3.0～3.5 m/s，按传播时间30 min 计，拟定在本次分析的安阳镇城镇区控制断面处上游6 km处作为水位预警站断面，根据控制断面的成灾水位按照水面坡降分析得到预警水位站的相应水位，该水位作为立刻转移水位。为做好转移组织工作，一般留一定预度作为准备转移水位，本次简化处理，按立刻转移水位-0.20 m 作为准备转移水位。

4.2 预警指标分析

根据各河段的水面坡降及各预警对象控制断面的成灾水位，拟定的预警水位如表6。

表6 预警对象预警指标成果表

上述预警水位为控制断面上游6 km 处的断面水位，在具体的预警水位站建设中需要根据河段范围内是否有梯级电站、是否有河流断面突变等情况来进一步分析该水位是否合理，必要时按照上述方法复核后采用。

5 建议

（1）加强站点预警信息关联，改进、完善监测站网布设。分析评价工作对都安县的小流域设计暴雨洪水特性、重要城镇现状防洪能力、危险区等级划分以及预警指标分析等方面，都取得了一定成果，也有着丰富的信息，建议进一步整编，完善提升山洪灾害信息，充分运用好这些成果，进一步改进站点预警指标以及预警信息的关联等工作[1]。

同时，加强监测预警平台升级完善和整合，保障运行维护工作。在现有站点和平台基础上，进一步升级完善，合理调整站点，加强监测站点观测资料的整编，充分利用防治区监测站点观测成果检验小流域水文分析模型，率定预警指标，提高精确度，确定预警范围和预警对象[2]；做好管理体制的建立和地方运行维护资金的落实工作，加大运行维护投入，提高运行维护工作质量，确保山洪灾害项目长效运行。

（2）结合岩溶地区内涝灾害的调查成果，积极开展岩溶内涝灾害成因与区划方法研究，探索一条可行、科学的技术方法，用于都安县甚至区域的岩溶地区内涝灾害监测预警的分析计算，将灾害预警建设工作推向全县，全面提高都安县的灾害监测预警能力。

（3）改进完善各级山洪灾害防治预案。建议充分运用好危险区分布图、汇流时间、预警指标等信息，做好山洪灾害防治预案完善工作。根据本次调查评价成果进一步修改完善已编制的防洪预案。