山洪灾害临界雨量分析报告计算gao2Word格式文档下载.docx

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三、山洪灾害临界雨量分析计算方法

3.1有资料山洪灾害区临界雨量分析计算

临界雨量：

在一个流域区域内，降雨量达到或超过某一量级和强度时，该流域或区域发生山溪洪水、泥石流、滑坡等山洪灾害。

把这时的降雨量或降雨强度，称为该流域或区域的临界雨量（强）。

临界雨量（强）是一项指标，对于山洪灾害防治有着重要意义。

山溪洪水、滑坡、泥石流三种灾害的临界雨量不尽相同，三种灾害相对独立的区域或流域应分类进行分析计算，以某一种灾害为主。

三种灾害难以分开时，可合并进行分析计算。

考虑到辽宁省暴雨和灾害调查资料有限，三种灾害又难以区分，在进行溪河洪水、滑坡、泥石流三种灾害的临界雨量推求时，采用合并进行分析计算。

对于资料条件好的区域或流域，山洪灾害临界雨量计算方法简便、直观、易行且成果合理可靠，但对于雨量站点稀少，或缺乏雨量资料的区域或流域临界雨量分析计算难度大。

可根据水文部门现有雨量站网的雨量资料（这些站有些可能不设在山洪沟或泥石流沟流域内），并利用气象站网雨量资料进行补充，分析计算典型区域的临界雨量，是在先分析计算单站临界雨量的基础上，然后分析计算山洪灾害区域的临界雨量，也可直接分析计算典型区域的临界雨量（假设该区域内临界雨量相等）。

考虑我省一场暴雨时空分布很不均匀尤其是山区更甚，建议先分析计算单站山洪灾害临界雨量，根据单站值再分析计算山洪灾害区域的临界量。

3.1.1单站临界雨量分析计算并利用其分析区域临界雨量

在计算临界雨量时，首先确定典型区域，在分析计算典型区域内单站临界雨量的基础上，再分析计算出典型区域山洪灾害的临界雨量。

（1）资料统计

首先根据区域内历次山洪灾害发生的时间表，收集区域及周边邻近地区各雨量站对应的雨量资料（区域内有的地方可能未发生山洪，但雨量资料也应一并收集），以水文部门的雨量资料为主，气象站网和实地调查雨量资料作为补充。

确定对应的降雨过程开始和结束时间，降雨过程的开始时间，是以连续3日每日雨量≤1mm后出现日雨量＞1mm的时间；

降雨过程的结束时间是山洪灾害发生的时间（这里确定的是降雨过程统计时间，如灾害发生后降雨仍在持续，灾害会加重）。

过程时间确定后，在每次过程中依次查找并统计1小时、3小时、6小时、24小时最大雨量，过程总雨量及其每项对应的起止时间。

如果过程时间长度小于对应项的时段跨度，则不统计（如降雨过程小于6小时，则不统计6小时、24小时最大雨量及其起止时间），但过程雨量必须统计。

当降雨过程时间较长时（例如过程时间超过3天），降雨强度可能会出现2个或以上的峰值，则统计最靠近灾害发生时刻各时间段最大雨量。

如果收集的资料中已包含各时段雨量统计值，则可直接进行下步工作。

（2）临界雨量计算

假设区域内共有S个雨量站，共发生山洪灾害N次，共统计T个时间段的雨量，Rtij为t时段第i个雨量站第j次山洪灾害的最大雨量，则各站每个时间段N次统计值中，最小的一个为临界雨量初值，即初步认为这个值是临界雨量，计算公式如下：

（j=1、2………N）

如某雨量站所在区域20年中，共发生10次山洪泥石流，每次对应6小时的最大雨量分别为：

90、75、82.5、63.4、72.1、65.3、59.6、86、68.2、85mm,其中最小的59.6mm即为这个站6小时段临界雨量初值。

（其实还有些系数。

这个雨量已经产生山洪泥石流等，还有前期影响雨量对山洪也有很大影响，如果计算P+Pa很有可能山洪发时P+Pa值应该是接近或相等）

（3）单站临界雨量分析

①不同站点相同时段的临界雨量不尽相同，与各站点地质、地形、前期降雨量及气候条件不同有关。

地形陡峭，土壤吸水能力较好，前期降雨量小，年雨量较大的地区，临界雨量就较大，相反则临界雨量就较小。

②同一站点不同时段的临界雨量，能反映该站点对于不同时间段最大降雨的敏感程度，因此需要对各时段的临界雨量进行综合分析，并结合山洪灾害调查资料，确定影响山洪灾害发生的重要时段。

因过程总雨量也有临界值，实际工作中，各时段临界雨量必须一起综合使用，并判别山洪灾害发生的可能性，如1小时这个时段出现大于临界值的降雨时，灾害发生的可能性较小，3小时、6小时也出现大于临界值的降雨时，灾害发生的可能性较大。

但只要有一个时段降雨将超过其临界值，就有可能发生山洪灾害。

③可以将区域内各站同一时段的临界雨量进行统计分析

●计算平均值

可视为区域内大范围的平均情况，是即当面降雨量超过

时，区域内有可能发生山洪灾害。

式中：

t---1小时、3小时……过程雨量

s---区域内雨量站个数

●统计最小值

（i=1、2……s）

可视为区域内致灾降雨强度的必要条件，即只有当区域内至少有一个站雨强超过

时，区域内才有可能发生山洪灾害。

●统计最大值

（i=1、2…….s）

可视为区域内发生山洪灾害的充分条件，即当区域内每个站点雨强都超过

时，区域内将会有大范围的山洪灾害发生。

●利用单站临界雨量分析计算区域临界雨量（单站临界雨量法）

因影响临界雨量的因素多，且各种因素的定量关系难以区分开，各次激发灾害发生的雨量均不完全相同，因此区域内各站的临界雨量也不尽相同。

根据分析计算出的区域内各单站临界雨量初值，来确定区域临界雨量，这种方法称为单站临界雨量法。

区域临界雨量的取值不是一个常数，而是有一个变幅，变幅一般在

及

之间，也可适当外延，在该变幅内区域中达到临界雨量的站点相对较多，但不是全部。

只要降雨量在该变幅内，区域内就有可能发生山洪灾害。

临界雨量变幅不能过大，否则对山洪灾害防治意义不大。

3.1.2区域山洪临界雨量的分析计算（区域临界雨量法）

（1）资料收集与统计

首先根据区域内各雨量站历史山洪灾害发生时间表，收集对应的雨量资料（区域内只要有一个站发生山洪，视为该区域内发生了山洪，则区域内所有雨量站都要收集和统计对应的降雨过程资料），降雨过程的划分与单站方法相同。

计算区域内与历次山洪灾害对应的各时段最大面平均雨量，假设区域内共有S个雨量站，共发生山洪灾害N次，共统计T个时段的面平均雨量（面平均雨量计算可采用算术平均法、泰森多边形法、雨量等值法等多种方法，根据典型区域的实际情况而定，但要保证计算得到的面平均雨量的精度），Rtj为t时段第j次山洪灾害对应雨量过程中的最大面平均雨量（通过滑动平均得出），则区域内各时段有N个（每场灾害一个）最大面平均雨量值。

（2）区域临界雨量的初值确定

统计N次山洪灾害各时段最大雨量面平均值的最小值，即为各时段区域山洪临界雨量初值。

（j=1、2………..N）

（3）区域临界雨量分析

①

可视为区域内面平均临界雨量初值，因影响临界雨量的因素多，各次激发灾害发生的雨量不同，因此临界雨量的取值不是一个常数，而是有一个变幅，变幅一般在

上下一个区间，即临界雨量可能略小于

和略大于

，在该变幅内区域中有一定数量的灾害场次（N次中）。

只要面降雨量在该变幅内，区域内就有可能发生山洪灾害。

②区域山洪灾害临界雨量，可作为判别区域内有无山洪灾害发生的定量指标，因在统计山洪灾害次数时，只要区域内有1个站发生了山洪灾害，就认为区域内有山洪灾害发生。

因此，它无法判别区域内受灾面积的大小及灾害严重程度（面降雨量越大于临界雨量，灾害将越严重），但这种方法对资料要求不高，对于雨量站密度相对较小的区域，比较适用。

3.1.3有资料地区临界雨量分析计算实例

下面以浏阳市山洪灾害区为典型区，举例说明单站临界雨量及区域临界雨量的计算方法及过程。

（1）浏阳典型区基本情况

浏阳市位于湖南省东部，地处山丘区向洞庭湖平原区边缘带，全市国土面积为5007.5km2,共辖40乡、镇、街道办事处。

全市境内有连云山脉、大围山脉、九岭山脉形成浏阳河、捞刀河、南川河三条水系，其流域面积分别为：

浏阳河3207km2，捞刀河1125.3km2；

南川河675.5km2；

5公里以上长度的河流有139条，总长2222km。

浏阳市地处湖南省湘东暴雨区内，属亚热带季风气候区，气候冬冷夏热，湿润多雨，年雨量在1400～2200mm，而60%以上降水又集中在5～7月份，浏阳河、捞刀河之发源地的大围山、连云山，亦是湖南省湘东暴雨区的超强降雨带。

暴雨主要由南来的太平洋湿热气团与极地冷高压气团接触形成，基本以低压类天气系统造成的暴雨出现机会较多，强度大，从大围山～连云山自东北向西南递减。

由于浏阳市的连云山、大围山均属连云山丘，山体脉络清楚，基本呈东北～西南走向，形成较为典型的两个隆起和三个凹陷的地理景观，即：

捞刀河盆地凹陷，连云山隆起，浏阳河谷地凹陷，大围山、九岭山隆起，南川河谷地凹陷，基本为岭谷平行相间，雁行背斜山地的地理状况，全市地势自东北向西南倾斜，并沿三条水系的河谷向两侧逐级抬升，地面起伏较大，东北最高是为大围山主峰七星岭海拔1608m，西南端最低是为柏加山杉湾里，海拔37.5m，两处相差1507.5m。

浏阳市境内的主要地层为元古界前震旦系板溪群，冷家溪群浅变质岩，约占全市土地面积的70%左右，区内土壤大部分为板页岩风化物成土质，其次为泥盆系碎屑岩、碳酸岩、白垩系、第三系碎屑岩等，约占全市土地面积的17%左右，第四系冲积、残坡积松散堆积物，主要分布在三条水系的中下游河谷两侧及冲沟底部，约占全市土地面积的10%左右，岩桨岩主要分布在捞刀河、浏阳河上游源头，以雪峰期运动产物为主，岩性为酸性及中酸性岩。

全市境内岩石风化较深，由于地层古老，浅变质岩节理裂隙发育，在浏阳市的东北区的浏阳河上游的大围山、达浒、官渡、白沙、张坊、溪江、古港及捞刀河上游的社港、沙市、赤马、洞阳等乡镇，为山势陡峻的山丘区，山丘坡度为25°

～50°

易发生山坡岩块塌滑失稳，一遇暴雨洪水，极易形成山洪或泥石流。

浏阳市多年来经常遭受山洪灾害的袭击，对当地人民生命财产造成了极大的危害，当地政府十分重视山洪灾害的防治，积累了较为完整、详细的山洪资料。

因此，浏阳市山洪灾害区基本满足典型区条件，故选为典型区。

（2）资料情况

收集区域内有历史记录的山洪灾害场次资料及地质、水文、气象、降雨资料，经过对收集到的典型区水文站网雨量站1961年～2002年逐日逐时雨量资料分析整理，共筛选出山洪灾害过程7次，雨量站点22个（见表2.1、表2.2），因收集到的资料有限，没有包括历史上所有山洪灾害过程。

表2-1某地区山洪典型区山洪各站临界雨量（mm）

站名　

1小时雨量

3小时雨量

6小时雨量

24小时雨量

过程雨量

芭蕉

25.5

47.8

69.2

107.9

184.5

白沙

24.2

47.9

51.7

56.3

149.9

白屋里

50.3

75.5

130.6

167.5

碧溪

22.1

44.9

59.9

87.9

96.4

卜家皂

28.8

48.1

70.3

137

157.1

达浒

25

28.9

54.4

102.7

135.9

大光

21.7

32.9

60.4

92.7

大瑶

24.1

36.6

53.7

67.2

70.1

古港

16.4

25.7

49.9

77.8

176

光明

21.9

58.3

82.4

112.5

147.2

寒婆坳

31.4

57.6

69.9

204.4

黄荆坪

45.9

59.3

75.7

105.4

龙门二

48.4

109.2

187.9

炉前

31.5

59.4

76.7

136.1

168.8

目莲渡

21.4

44.3

45

52.4

社港

23.6

31.2

44.2

115.3

石湾

23.7

39.5

44.5

91.1

双冲

29.1

55.9

66.7

120.9

165.3

双江口

19.3

42.5

55.7

97.8

97.9

文家市

23.5

34.4

38.6

43.3

86.4

增嘉台

23

29.4

33.2

59

150.8

张坊

54.6

80.2

109.8

227.2

平均值

43.8

59.6

90.4

137.7

最小值

最大值

表2-2浏阳市山洪典型区山洪面均临界雨量（mm）

过程发生日期

1976-6-17

16.2

32.0

41.8

52.5

114.1

1983-7-9

16.1

41.7

71.7

124.9

210.8

1990-6-15

20.3

38.2

64.8

114.9

232.3

1993-7-25

17.7

52.1

87.0

127.9

128.9

1995-6-23

32.7

57.3

95.9

149.6

270.3

1997-6-7

25.9

66.1

194.3

201.9

1998-6-27

36.4

141.3

779.8

20.7

46.2

75.9

129.3

276.9

（3）时段雨量统计

对于每次山洪灾害过程，在22个雨量站的逐时雨量资料中，查找并统计对应的各时段最大雨量及过程雨量，单站临界雨量只统计在过程期已发生山洪灾害的单站雨量，区域临界雨量则无论是否发生山洪的站点雨量都参与统计。

（4）临界雨量

在单站临界雨量计算时，查找22个站7次山洪过程的各时间段最大值中的最小值，得出的结果，即为各站的临界雨量初值（见表2-1）；

在区域临界雨量计算时，计算7次山洪过程22个站的各时段最大面平均值（见表2.2）。

依次求出单站临界雨量的平均值、最大值、最小值，供分析用；

求出区域7次面平均值的最小值（得出的结果，即为区域临界雨量初值）、平均值（供分析用）。

按照前面所述方法，在临界雨量初值的基础上，确定单站及区域临界雨量的变幅，这个变幅的取值区间为临界雨量（见表2.3）。

　项目

24小时雨量

单站临界雨量法

15-25

25-45

35-55

55-75

100-150

区域临界雨量法

30-50

40-60

60-80

将分析计算的各时段单站临界雨量填在典型区对应站点上，通过勾绘等值线（实际上是临界雨量分布图），可估算出区域内每条小流域的临界雨量。

还根据临界雨量等值线分布图，估算出新建或待建雨量站的临界雨量。

3.2无资料山洪灾害区域临界雨强分析方法

对于无资料或资料比较缺乏，无条件作上述单站临界雨量或区域临界雨量分析的地区，临界雨量的分析方法主要采用内插法、比拟法、山洪灾害实例调查法、灾害与降雨频率分析法等。

3.2.1内插法和比拟法

（1）内插法

此方法适用于在已分析过单站临界雨量区域内有一些雨量站空白区（或有站但无降雨量实测资料）。

依据是：

降雨量的分布从气候角度来看是空间连续的，临界雨量虽与地质条件及气象条件有关，但在典型区选取时，已限定区域内地质条件及气象条件相差不大，因此，可以认为临界雨量在典型区内也是连续的，可勾绘等值线。

将各单站各时段临界雨量填在对应的雨量站点位置，通过勾绘等值线图的方法（每一个时段一张图），求出空白处山洪沟的临界雨量，如果一条山洪沟有几条等值线穿过，则需据等值线图求出空白区平均值来确定临界雨量。

另外，当与选定典型区相邻较近（一般区域间最近点距离不超过50km）有雨量站（且有降雨实测资料），绘等值线图时应参考这些资料。

（2）比拟法（地质、地貌及降水等条件综合分析法）

此方法适用于典型区之外确无资料条件作临界雨量分析的区域或山洪沟，当这些区域的其它条件如地质条件（地质构造、地形、地貌、植被情况等）、气象条件（地理位置、气候特征、年均雨量等）、水文条件（流域面积、年均流量、河道长度、河道比降等）与典型区域某一条山洪沟较为相似时，可视为二者的临界雨量基本相同。

如区域或山洪沟内有些条件与典型区存在差异，可据实际情况适当进行调整，最后确定区域或某条山洪沟的临界雨量。

3.2.2灾害实例调查法

这是在无资料地区最常用的一种方法。

它是通过大量的灾害实例调查和雨量调查资料（有条件时也可收集一些专用雨量站实测资料，如厂矿、企业、水电站等单位的专用雨量站资料，也应收集区域周边邻近地区的雨量资料，便于分析比较），进行分析筛选，确定灾害区域临界雨量。

采用此方法必须作全面的灾害实例调查和对应雨量调查，对所调查到的灾害及其对应的降雨资料进行统计分析时，根据调查资料情况，可以统计各场灾害不同时段和过程降雨量，将历次灾害中各时段和过程的最小雨量作为临界雨量初值。

因受调查资料的可靠性和准确性影响，临界雨量初值也会存在一定的误差，可通过与周边邻近地区的临界雨量进行综合对比分析，最后合理确定临界雨量值。

山溪洪水、泥石流、滑坡在有条件地区应分类调查，但三者之间在有些地区有时也存在密切的关系，如泥石流与滑坡是一对密不可分的孪生兄弟，有可能很难分类调查，不能分开的就合并进行临界雨量的分析计算（假定三种灾害临界雨量相同）。

3.2.3灾害与降雨频率分析法

通过对灾害场次的调查，分析山洪灾害发生的频率，如某区域自1950年以来共发生了14次山洪灾害，那么山洪灾害发生的频率P=14/（2003-1950+1）=25.9%。

分析计算与灾害相同频率的降雨量，可利用《辽宁省中小河流（无资料地区）设计暴雨洪水计算方法》手册查出不同时段（1小时、6小时、24小时）的年最大雨量等值线图，变差系数等值线图（Cs/Cv一般取3.5）。

山洪灾害区域的各频率设计雨量可以计算出来，取与山洪灾害发生频率相同的降雨量设计值即为临界雨量初值，这里假定灾害与降雨同频率，如根据资料分析认为两者不同频率，作出相应的折算后，确定与灾害频率相应的降雨频率，求出降雨设计值作为临界雨量初值。

通过与周边邻近地区的临界雨量进行综合对比分析，最后合理确定临界雨量值。

在计算面设计雨量时，如区域较小可以看作一个点（区域中心），区域较大应考虑点面换算关系。

如果区域内有个别雨量站有实测资料，可根据这个的临界雨量值与其设计雨量进行比较，确定对应于灾害的降雨频率，这样可回避灾害调查不全、降雨选样（超定量）存在的问题。

3.2.4用灾害与降雨同频率法计算临界雨量析计算实例

根据《湖南省各市州1950～2002年山洪灾害资料汇编》统计，浏阳市1950年以来有记录的山洪灾害共14次（前面用单站法和区域法分析计算临界雨量时，只筛选了其中的7次过程，另7次过程则因未收集到对应的雨量资料而未参与统计），山洪灾害发生频率P=[14/（2003-1950+1）]*100%=25.9%。

根据《湖南省暴雨洪水查算手册》，典型区域中心1h、6h、24h雨量均值分别为40、81、113mm，变差系数Cv分别为0.42、0.44、45,Cs与Cv比值即倍比固定为3.5，由这些设计参数可计算得P=25.9%1h、6h、24h的设计雨量分别为47.5、96.4、134.7mm。

浏阳市位于1区，典型区面积约为4000km2，手册中只有1000km2以下的折减系数，本次作适当外延，1h、6h、24h的点面折减系数分别为0.78、0.78、0.80，典型区域1h、6h、24hP=25.9%的面雨量设计值分别为37.0、75.2、107.8mm。

与表2.3中成果相比，灾害与降雨频率法成果偏大，主要原因是点面折算系数不准确，调查的灾害场次不全（影响频率，灾害多频率高，降雨设计值减小），据分析系列延长后各时段雨量均值减小（具体减小多少，未收集到资料）。

因此在采用此方法时，应利用最新雨量等值线图，必须全面调查灾害场次信息，点面折算系数应进行合理取值。

另外在编制手册或图集时目的是为计算无资料小流域的设计洪水，从安全角度考虑有关参数都偏大，因此采用此方法分析计算的临界雨量可能偏大，应在综合分析的基础上加以修正确定。

3.3大范围山洪区临界雨量的计算

要作一个地区、一个市县山洪区的临界雨量分析，先在分析区内挑选出若干个有条件作临