1、1贺兰山东麓山洪灾害调查评价及预警系统研究摘要：2015 年 7 月 22 日下午，贺兰山中南部发生短历时强降雨，造成永宁县闽宁镇西侧贺兰山多条山洪沟发生山洪，北五沟拦洪库泄洪建筑物损毁。8 月 10 日下午，相似雨水情再次发生，洪水经导洪沟进入横沟拦洪库。这两次洪水造成闽宁镇北五沟拦洪库泄洪闸冲毁、导洪堤多处迎水面护坡塌落、多条渠道损坏、部分葡萄掩埋。贺兰山东麓山洪，给我们敲响了警钟。本文主要通过对永宁县 150722 与 150810 两次降水引起的洪水开展山洪灾害调查，摸清贺兰山东麓山洪灾害的区域分布，掌握山洪灾害防治区内的水文气象、地形地貌、社会经济、历史山洪灾害、涉水工程、山洪沟基本
2、情况，并建立山洪灾害调查成果数据库，为山洪灾害分析评价和防治提供基础数据，为山洪预警系统合理设置预警指标阈值提供科学的数据支持。 Abstract： In the afternoon of July 22， 2015， heavy rainfall occurred in the south of Helan Mountain， resulting in the flooding of several mountain torrents on the west side of Minning Town， Yongning County. In the afternoon of August 1
3、0， similar rain occurred again， the flood flowed into the transverse groove detention library by the flood channel guide. The two floods caused Minning town north five ditch flood reservoir flood gate being destroyed， much flood guiding 2embankment water surface protection slope collapsed， multiple
4、channel damaged， and some grapes are buried. The Helan Mountain East Mountain flash floods gave us a wake-up call. This paper investigates the flood disaster based on the two flood disasters caused by precipitation in Yongning on 15/07/22 and 15/08/10， to find the regional distribution of torrential
5、 disaster in the east of Helan Mountain， master the hydrological and meteorological features， topography， socio-economy， historical torrential flood， water-related project and mountain torrent ditch basic situation and establishes mountain torrent disaster survey results database to provide basic da
6、ta for evaluation and prevention of mountain torrent disaster， and provide the scientific data support for setting up the early warning index threshold reasonably in the mountain torrent warning system. 关键词：贺兰山东麓；山洪灾害；山洪灾害防治基础数据；山洪预警系统 Key words： east of Helan Mountain；mountain torrent disaster；moun
7、tain torrent disaster prevention and control basic data；mountain flood warning system 中图分类号：TV87 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）31-0131-04 30 引言 永宁县是宁夏 2014 年度山洪灾害调查评价县之一，地处宁夏银川平原引黄灌区中部，东临黄河、西靠贺兰山，是宁夏回族自治区首府银川市的郊县，位于银川市区以南。山洪灾害主要由暴雨产生，多为短历时局地暴雨，年际变化大，有明显的季节性和地区性。洪水特性与暴雨特性相应，汇流时间短，来势凶猛，暴涨暴落，一般洪水过程约 36h
8、左右，山洪灾害的突发性、区域性、季节性较为明显，致使山洪的危害性、破坏性极强，造成损失较大。 20102012 年，按照水利部和财政部的统一部署，宁夏进行了山洪灾害防治县级非工程措施项目建设，在山洪灾害防治县有山洪灾害防治任务的区域建设了监测预警系统和群测群防体系，近年来发挥了很好的防灾减灾效益。其中永宁县山洪灾害防治非工程措施建设共建设 22 个自动雨量监测站、5 个自动水位监测站，并配备大量的简易雨量监测站和简易水位监测站；在县级建设监测预警平台，县及乡（镇） 、行政村配置各类预警设施设备；编制和完善县、乡、村山洪灾害防御预案，建立县、乡（镇） 、村、组、户五级山洪灾害防御责任制体系，同时
9、利用多种方式宣传山洪灾害防御知识，对各级责任人、技术人员进行山洪灾害专业知识培训和技术培训，组织开展山洪灾害避灾演练等。 但是，在前期开展的县级非工程措施项目建设中，受投资和技术限制，已建设的预警体系不能满足科学防御的要求。大多没有调查分析小流域基本情况，主要凭经验确定预警指标和可能受到山洪威胁的行政村及其大致位置，没有进行小流域暴雨洪水分析，划定的危险区没有与降4雨和洪水频率建立对应关系，范围偏大。因详细的调查评价工作没有展开，无法针对不同小流域进行降雨和径流分析，预警指标阈值的确定只能依据经验和零散的研究成果，合理性有待继续论证。 永宁县山洪灾害分析评价工作基于国家和宁夏回族自治区山洪灾害
10、防治工作总体部署与安排进行，在山洪灾害调查的基础上，通过收集处理以小流域为单元的水文、地形地貌等基础信息；充分利用 GIS、卫星遥感、水文分析计算等技术手段，提取相关的数据；结合山洪灾害现场调查资料，进行小流域暴雨洪水分析，定性分析确定受山洪威胁的居民区，评价沿河村落山洪灾害现状防御能力，科学划定危险区；结合沿河村落河道断面测量和水文调查，较为全面和准确地掌握山洪灾害危险区小流域暴雨洪水基本特征及人员与财产分布情况，分析降雨、洪水与灾害之间的关系，分析计算临界雨量和临界水位，为进一步提高永宁县山洪灾害防治能力，科学设定预警范围，制定防御预案提供基础支撑。 1 山洪灾害防治现状 永宁县各乡镇均存
11、在不同程度的山洪灾害隐患，危害程度重，分布范围广，山洪灾害防治任务艰巨。多年来，由于治理资金有限，大多山洪沟没有得到有效治理。且治理工程多是护坡工程，没有控制性工程，未能实现防御洪水向利用洪水的转变。尤其是近年来地质灾害较为普遍，且永宁县堤防防洪标准低，防洪能力弱，存在影响安全度汛的隐患。防洪工程共有二旗、横沟 2 个拦洪库及黄河标准化堤防和闽宁镇西部拦洪堤两座拦洪堤。防洪工程标准低，隐患多，难以抗御较大洪水的袭击。要对县内山洪沟、泥石流沟及滑坡进行全面治理，在短时期内难以实现，5所以必须推行“以防为主、防治结合”的方针，进行合理规划、综合治理，分期、分批治理，逐步改善该县自然环境。 2 15
12、0722 与 150810 降雨情况对比分校 贺兰山南段较少发生短历时暴雨并引发洪水，2015 年连续的两场暴雨引发山洪，实属少见。比较两次降雨，均发生在对流强烈的盛夏下午，暴雨中心均在贺兰山深处，且雨势由西向东消弱。7 月 22 日较之 8 月 10日雨强更大、持续时间更短，贺兰山地区这样的短历时暴雨更容易引发山洪。小石头、大井子、新井站在流域上游，北五沟、北一沟、北二沟、大井沟站在流域出口，比较两日降雨情况，7 月 22 日各流域中下游降雨量较大，8 月 10 日各流域上游降雨量较大。两场降雨情况对比情况见表1。 3 150722 洪水情况 3.1 调查洪峰流量 2015 年 7 月 22
13、 日的降雨强度大，历时较短，时空分布相对集中，局地产流较快。22 日 16 时左右，北五沟拦洪库以上各山洪沟道相继发生洪水。洪水发生后，宁夏水文水资源勘测局迅速组织技术人员深入现场对行洪沟道进行洪水调查。经调查，此次暴雨产生洪水的沟道主要有北一沟、北二沟、北三沟、柳渠沟、北五沟、北六沟等，北一沟、北二沟、北三沟、柳渠沟等四条沟道的洪水通过导洪堤进入北五沟拦洪库北侧的导洪沟，调查洪峰流 40m3/s，北五沟调查洪峰流量 93.0m3/s，北六沟洪水进入南侧导洪沟，调查洪峰流量 3.35m3/s。洪水经由北五沟及两侧导洪沟进入北五沟拦洪库，致使北五沟拦洪库泄洪建筑物被冲毁。各沟道6调查洪峰流量统计
14、见表 2。 3.2 入库洪水总量 3.3 溃坝下泄流量 经过走访调查，北五沟拦洪库溃坝时间为 2015 年 7 月 22 日晚19：30 左右。泄洪开始至结束历时为 10.5 小时，在距离坝堤决口下游400 米处，布设洪水调查断面，调查的洪峰流量为 83.9m3/s。 按洪水总量 W=0.19*T*Q/10000 式； 经过分析计算，溃坝下泄洪水总量 60.26 万 m3。 3.4 灾情 2015 年 7 月 22 日，暴雨洪水造成北五沟拦洪库泄洪闸段被冲毁，溃坝缺口近 20 米。洪水由北五沟下段泄入横沟拦洪库，造成行洪沟道部分砌护石墙边坡、过水建筑物冲毁，两岸部分农田被淹没。北侧拦洪坝中、上
15、段多处洪水冲刷塌岸，尤其是山洪沟道汇入处迎水面坍塌严重，个别地方拦洪坝仅剩一半宽，北侧拦洪坝上段山洪沟道内一些军事设施被洪水淹没，水文监测设备冲毁。洪水泄入横沟拦洪库后，经泄洪道退入西干渠，未对西干渠造成危害。经对洪水淹没区实地走访调查，没有造成人员伤亡及重大财产损失。 4 150810 洪水情况 4.1 调查洪峰流量 2015 年 8 月 22 日，受短历时强降雨影响，22 日 15 时左右，北五沟拦洪库以上各山洪沟道再次发生洪水。经调查，此次暴雨产生洪水的沟道主要有大井沟、北一沟、北二沟、柳渠沟、北五沟、北六沟等，大井7沟、北一沟、北二沟、柳渠沟等四条沟道的洪水通过导洪堤进入北五沟拦洪库北
16、侧的导洪沟，调查洪峰流量 52.4m3/s，北五沟调查洪峰流量58.7m3/s，由于北五沟拦洪库在上次洪水中受损，洪水直接汇入南侧导洪沟，南侧导洪沟调查洪峰流量 88.8m3/s。汇集的洪水由南侧导洪沟经北六沟及导洪沟退入横沟拦洪库。各沟道调查洪峰流量统计见表 4。 4.2 入库洪水总量 洪水总量计算方法同 3.2。经计算，北侧导洪沟调查洪水总量 25.09万 m3，北五沟调查洪水总量 34.13 万 m3，北侧导洪沟和北五沟的洪水汇入南侧导洪沟，南侧导洪沟调查洪水总量 60.74 万 m3。退入横沟拦洪库的洪水总量即为 60.74 万 m3。汇入横沟拦洪库洪水量统计见表 5。 4.3 两场洪
17、水对比分析 7 月 22 日降雨量少于 8 月 10 日，但前一场降雨更为集中、雨强更大，引发的山洪洪峰流量和洪水总量均大于后一场。7 月 22 日，汇入北五沟拦洪库的洪水主要来源于北五沟，相对较大的洪峰流量具有较强的破坏力，较大的洪水总量给拦洪库造成更大的负担，是造成泄洪建筑物损毁的主要原因。8 月 10 日，洪水来源更为分散，北五沟上游四条沟道汇入北侧导洪沟的洪水量与北五沟的洪水量相近，北五沟洪峰流量较 22 日为小、洪水历时长、洪水过程较为缓和，洪水总量较小，洪水最终汇入横沟拦洪库，对坝体没有造成损坏。如表 6 所示。 5 结论 2015 年“7 下 8 上”的防汛关键期，贺兰山中南段的
18、两场短历时暴雨造成永宁县闽宁镇北五沟及周边沟道接连暴发山洪，7 月 22 日的暴雨8洪水造成北五沟拦洪库泄洪闸冲毁近 20 米的后果，8 月 10 日的洪水经由导洪沟进入横沟拦洪库，未造成灾害。对比两场降雨、洪水数据，得出一定规律，总结如下： 洪水大小受降雨强度影响。贺兰山南段降雨稀少、蒸发强烈，土壤含水率极低，各山洪沟道流域小、地势陡、汇流速度快，属于典型的超渗产流区域。对比两场暴雨，722 暴雨历时较短、雨强较大、降雨更集中，810 暴雨面平均雨量较大、点降雨量较大，但 722 洪水的洪峰流量及洪水总量均大于 810 洪水。这一区域受特殊自然因素影响，在同一量级的情况下，降雨强度对洪水的影
19、响较大。 洪水大小受汇流距离影响。小石头、大井子、新井雨量站位于北五沟、大井沟、柳渠沟上游，810 暴雨中这两站的雨量均大于 722 暴雨，但由于位于流域上游、汇流距离长，形成的洪水洪峰流量较小、洪水历时较长。贺兰山地区流域面积小的山洪沟道遍布，产流机制复杂，汇流速度快，洪水多随着短历时强降雨呈现陡涨陡落的特征。由于地理条件限制，不能在所有沟道上下游均设立水文监测站点，而该区域小范围短历时强降水易发，暴雨中心难以监测，这一区域的洪水预报一直都是我区洪水预报工作的瓶颈。对已发生暴雨洪水的分析研究，有助于对贺兰山地区不同区域山洪灾害的预警。 6 完善山洪灾害预警系统对策 通过本次分析评价，已经得到
20、了 6 个评价对象危险区分布图、各级危险区人口分布、预警指标等成果，应当充分运用好这些成果，进一步改进站点预警信息的关联、预警指标改进等工作。基于现有成果，针对县级平台完善和乡村级监测预警网络改进，预警系统中预警指标改进可9以从以下方面考虑： 对于县级平台而言，自动雨量站会报送数据，因此，可以考虑以自动雨量站为中心，采用泰森多边形法等方法划定雨量站覆盖的空间范围，作为预警范围。 对位于小面积（F50km2）流域几何中心沿河村落，可以重点考虑将其简易雨量站测得的雨量与预警指标对比，作为全流域预警的参考；对位于面积较大流域（50km2F200km2）几何中心沿河村落，应当根据当地降雨点面关系考虑雨
21、量转换后，与预警指标对比，作为全流域预警的参考。 对于狭长形的小流域，应当将上游沿河村落雨量预警信息与下游村落相关联。 7 结论 通过上述分析表明，贺兰山东麓特殊的地形地貌、气候原因等是形成山洪灾害的重要原因，流域面积小的山洪沟道遍布，产流机制复杂，汇流速度快，洪水多随着短历时强降雨呈现陡涨陡落的特征，山洪发生具有突发性和群发性，且跟随季节而变化，破坏力极强。而局部强降水是山洪暴发的关键性因素。其中，地形地貌与地层岩性是客观条件，不以人的意志为转移，是不可控因素。而局部强降水受人为因素影响较小，主要也取决于客观的气象条件与地势特征，通过人为活动短期内难以施加干预。 因此，在贺兰山东麓的山洪灾害
22、防治的问题上，应当加大对人为因素的管控力度，通过对“人”的因素的管理，促进对环境因素的优化，10以期改善自然环境，减少山洪灾害发生的几率。在施行长期防护措施的同时，注重短期措施的有效性、反应灵敏性，实现对山洪灾害的有效防治。 参考文献： 1数据来源：宁夏水文水资源勘测局：永宁县闽宁镇 150722 与150810 暴雨洪水分析报告. 2涂勇，何秉顺.山洪灾害防治工作需处理好八个关系J.中国水利，2014（23）. 3李昌志，郭良，刘昌军，孙东亚.刍议山洪灾害分析评价J. 中国水利，2014（18）. 4陈森.通过山洪灾害调查评价成果综合集成为防灾减灾提供技术支撑J.内蒙古水利，2016（06）. 5李冬杰，王爱娜，李暨，李会民.山洪监测预警信息获取与共享建设方案探讨J.水利信息化，2016（03）.
