杨 宇
（广西交通职业技术学院 路桥工程学院，南宁 530216）
1.1 研究背景
我国自2010年起，开始对受山洪灾害威胁的村屯进行山洪灾害调查评价工作。重要城镇、集镇的山洪灾害调查评价工作开始于2021年，目前仍有大部分城集镇尚未开展此项工作。预警指标计算则是重要城集镇山洪灾害调查评价中最为关键的工作。
1.2 研究对象
巴马瑶族自治县位于广西壮族自治区西北部，处于云贵高原东南麓，属亚热带山区类型，县境内河流均属珠江水系。
本次研究对象巴马县燕洞镇所处流域为燕洞河流域。燕洞河是灵歧河左岸一级支流，发源于广西凤山县与巴马瑶族自治县交界的桑岭东南麓，向南流经坤屯、干楼后汇入干铲溶洞形成16.5 km 长的地下伏流，伏流在燕洞乡赖满村那建屯上游3.5 km的百干洞出露地表。继续向南经巴马燕洞、岩廷及田东县农荷等村屯，于田东县甲分村汇入灵歧河，全长90 km，流域面积584 km2。
燕洞镇洪涝灾害主要由暴雨造成，该地区降雨特点是：雨量多，强度大。山洪发生季节与暴雨发生情况基本一致，可造成较大或特大洪水。从洪水过程来看，洪水过程以单峰为主，来势凶猛，洪量集中，传播时间短。
综合分析燕洞镇所处流域特性和洪水成因，燕洞河燕洞镇上游有伏流，洪水组成主要受地表径流影响的河流，其预警指标采用雨量进行预警，设计洪水采用实测水文站资料及降雨量资料两种方法组合进行推求。
2.1 设计暴雨计算
设计暴雨采用查算图表法进行推求。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 燕洞镇设计暴雨成果表mm
2.1.1 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，计算求得不同历时的设计点雨量。
2.1.2 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。
2.1.3 设计雨型
设计雨型采用《广西暴雨径流查算图表》雨型。项目区属第3雨型区，最大1 h暴雨发生在第24小时。
2.2 设计洪水分析
2.2.1 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 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。
经计算，各河流设计洪水成果见表3。
表3 设计洪水计算成果采用表
由表3 可知，各河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，本次采用推理公式法成果。
2.2.2 水位比拟法推求设计洪水
（1）计算方法。燕洞河干流燕洞镇断面集水面积在322 km2，该河段在燕洞镇建有总长3.742 km的护岸，治理河长1.96 km，本次燕洞河干流燕洞镇河段设计洪水经复核后采用《燕洞镇河段整治工程初设》中洪水成果。
（2）设计断面特征参数。各控制断面集水面积1：1 万地形图进行圈量，燕洞河燕洞镇断面位置集水面积为322 km2。
（3）燕洞河燕洞镇设计洪水成果。燕洞河下游段设计洪水经复核后采用《燕洞镇河段整治工程初设》中洪水成果，燕洞河地下河出口以上汇流面积为137 km2。
燕洞河流域内无实测洪水资料，可通过与相似流域特征条件的盘阳河上的凤山水文站的设计资料作为参考。凤山站流域与燕洞河流域的特征较为相似，流域内岩溶发育，上游均有一段伏流滞洪。本次设计洪水以凤山水文站为参证站，按比拟法计算。对凤山水文站1959—2006年共48年实测洪水资料进行频率计算，采用P-Ⅲ型曲线拟合。燕洞河下游河段洪水主要由地下伏流和区间洪水组成，区间洪水采用设计暴雨推求，将两部分洪水叠加即得燕洞河下游段设计洪水，成果见表4。
表4 燕洞河燕洞镇控制断面设计洪水成果表
2.3 水位流量转换
2.3.1 水位流量关系转换
根据本次现场调查，燕洞河燕洞镇下游1.7 km建有拦河坝1 座，本次各乡镇控制断面考虑下游水利工程或干流回水影响，燕洞河燕洞镇采用宽顶堰流公式计算下游拦河坝水位流量关系曲线，并采用伯努利方程反推镇区水位水量关系曲线。
（1）计算断面。燕洞河本次计算河段长度为2.03 km，共布置5 个计算断面，最小断面间距为0.43 km，最大断面间距0.59 km，平均间距0.51 km。
（2）糙率。根据各断面河槽两岸植被分布情况及现场查勘情况、历史洪水水位对水面线的复核情况来确定，河段糙率取0.030～0.060。
（3）起推水位。燕洞河燕洞镇下游1.7 km 建有拦河坝1 座，下游控制断面采用宽顶堰流公式计算下游拦河坝水位流量关系曲线，燕洞河拦河坝H～Q关系见表5。
表5 燕洞河拦河坝H～Q关系成果
（4）水面线成果。根据以上基本计算参数，水面线成果见表6。
表6 燕洞河燕洞镇河段设计洪水位成果表
（5）燕洞河燕洞镇控制断面流量关系曲线。本次采用燕洞河燕洞镇中心小学断面作为燕洞河燕洞镇控制断面，根据伯努利方程反推燕洞河燕洞镇中心小学断面H～Q关系见表7。
表7 燕洞河燕洞镇中心小学断面H～Q关系成果
2.3.2 控制断面各频率设计洪水位
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见表8。
表8 燕洞镇断面各频率设计洪水位成果表
2.4 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4，两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=10%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 10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。
3.1 预警时段确定
预警时段指雨量预警指标中采用的典型降雨历时，是雨量预警指标的重要组成部分。受防灾对象上游集雨面积大小、降雨强度、流域形状及其地形地貌、植被、土壤含水量等因素的影响，预警时段会发生变化，因此，需要合理地确定[1]。在本次研究中，预警时段确定如下：
（1）典型时段确定。针对每个集镇、城镇，对于除了汇流时段之外的其他时段的确定，根据防灾对象所在地区暴雨特性、流域面积大小、平均比降、形状系数、下垫面情况等因素，确定预警时段1 h、3 h、6 h等，一般选取2～3个典型预警时段，最小预警时段选为1 h。
（2）综合确定。充分参考前期基础工作成果的流域单位线信息，结合流域暴雨、下垫面特性以及历史山洪情况，综合分析防灾对象所处河段的河谷形态、洪水上涨速率、转移时间及其影响人口等因素后，确定各防灾对象的各个典型预警时段，从最小预警时段直至流域汇流时间[2]。
按照前述原则，燕洞河燕洞镇镇区的预警时段为1 h、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h。
3.2 土壤的含水量确定
流域土壤含水量对流域产流有重要影响，是雨量预警的重要基础信息，主要用于净雨分析计算时考虑，并进而用于分析临界雨量阈值[3]。
计算土壤含水量时，采用了部分水文部门的现有成果；
部分地区资料高度缺乏，采用前期降雨对流域土壤含水量进行估算，推荐采用流域最大蓄水量估算法。采用Pa=0.2Wm、Pa=0.5Wm、Pa=0.8Wm三个临界值对前期降雨很少、中等、很多3种情况的前期降雨进行界定，代表流域土壤含水量较干（0.2Wm＜Pa＜0.5Wm）、一般（0.5Wm≤Pa＜0.8Wm）以及较湿（Pa≥0.8Wm）3 种典型情况。考虑土壤含水量是为了计算临界雨量时的雨量扣损，扣损包括初损和稳定下渗两部分。
3.3 临界雨量计算方法
以实测的断面测量资料为基础，根据已分析得到各控制断面的水位流量关系，针对研究对象，计算得其成灾水位为302.56 m，对应临界流量为349 m3/s。
根据分析确定的预警时段，采用推理公式法及《暴雨径流查算图表》率定的水文参数进行洪水计算，确定各个预警时段的临界雨量数据。计算时通过假设汇流时间下的雨量数据，经过点面转换后，按照对应的雨型进行时程分配得到暴雨过程，以此暴雨过程数据作为模型输入，按照模型参数进行反复试算，直到洪水达到警戒流量为止，则此时假设的时段雨量即为该等级对应的临界雨量。不同含水状态下，各时段临界雨量计算成果见表9。
表9 预警对象各预警时段临界雨量计算成果表mm
3.4 综合确定预警指标
通常情况下，由于临界雨量是从成灾水位对应流量的洪水推算得到，故在数值上认为临界雨量即立即转移指标；
对于准备转移指标，是在临界雨量基础上根据准备转移时间及洪水过程线综合进行“折减”处理，准备转移雨量=（立即转移雨量-部分损失）×折减系数0.7+部分损失。
各预警对象的预警指标分析成果见表10。
表10 燕洞镇镇区各预警对象预警指标成果表
（1）建议当地应急、水利部门充分运用好本次研究获得的预警指标等信息，做好山洪灾害防治预案的完善工作。同时定期开展预警指标率定工作，确保预警指标的时效性[4]。
（2）本次分析评价主要针对小流域溪河洪水引发的山洪灾害，因岩溶低洼内涝、大江大河顶托而造成的山洪灾害未能充分考虑。建议结合岩溶地区内涝灾害的调查成果，开展岩溶内涝灾害成因与区划方法研究，全面提高广西巴马县的山洪灾害防御能力。
本次研究工作对以巴马县燕洞镇为代表的丘陵地区小流域设计暴雨洪水特性、沿河集镇现状防洪能力以及预警指标分析等方面，都取得了一定成果。后续应进一步整编，完善提升山洪灾害信息，充分运用好预警指标，进一步改进预警指标以及预警信息的关联等工作。同时，预警指标确定不可一蹴而就，当地水利、应急部门应在预警指标计算的基础上，进一步结合当地实际动态优化预警指标。
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