永宁县的主要山洪沟共计10条, 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, 防洪任务主要是贺兰山东麓洪水威胁。山洪沟由西往东穿境而过, 下泄至西干渠, 再从西干渠下泄至唐徕渠, 由唐徕渠泄洪进入平原地区各干沟下泄至黄河。近年来, 对闽宁镇一带的防洪工程在不断强化, 但防洪工程仍然标准低、隐患多, 难以抗御较大洪水的袭击, 因此发生沟水漫堤、决堤险情的风险依然较大, 对群众生命财产安全造成了严重的威胁[1]。
从山洪灾害的发生机制来看, 山洪灾害具有明显的季节性、区域性、可重复性。第一, 季节性强[2], 发生频率高, 山洪灾害主要的发生在降水相对集中的6—9月, 也就是永宁县汛期时段。第二, 区域性明显, 山洪主要发生在山丘区, 山丘区小流域因流域面积和沟道调蓄能力小, 沟道坡降大, 降水易汇集成具有冲击力的地表径流, 进而形成山洪灾害。第三, 可重复性强, 从发生历史山洪的资料来看, 永宁县山洪灾害主要发生在贺兰山沿山。
贺兰山沿山东西坡度在20°~30°, 地表层多为疏松的土石, 在短时强降水的诱发下极易发生山洪等地质灾害, 在小时雨量达到10 mm时要密切监测排水情况。
一般来说, 有山脉的地区应经常考虑山脉对气流抬升作用, 当气流被抬升到成云致雨的凝结高度时, 易引起雷阵雨或阵雨。在实际的预报中, 为了准确估计山脉的抬升作用, 必须注意山脉的走向及风向、风速, 对贺兰山来说, 需要注意风向、风速的变化。
降水持续时间是暴雨 (特别是连续暴雨) 的重要条件。中小尺度天气系统的生命较短, 一次中小天气系统的活动, 只能造成一地短时的暴雨, 如果有若干次中小尺度系统连续影响, 才能形成较长的持续时间, 因此是否引发山洪一方面要考虑降水天气系统的大小, 另一方面还要考虑天气系统经过的频数。
查阅永宁县历史资料发现, 山洪灾害对人民生命和财产均造成了严重的影响, 但在近几年发生的规模并不大, 对山洪预警的预报服务还有待提升, 原因主要是目前还没有贺兰山沿山永宁段的具体临界雨量指标, 而且本地致灾山洪的临界雨量指标研究较少。本研究主要结合2017年7月27日贺兰山沿山的出现1次较大的山洪进行对比分析, 对临界雨量进行进一步验证, 采用正负偏差对已有指标进行优化。
2017年的7月27日, 贺兰山沿山出现了短时强降水、冰雹、雷暴等灾害性天气, 并引发了局地山洪, 对贺兰山沿山一带造成了严重威胁, 所以本研究结合历史山洪实况、降水强度, 利用2017年的气象观测数据来验证并优化临界雨量指标。
7月25日夜间到27日20:00, 永宁县出现了大范围降雨, 大降水区域分布在贺兰山沿山一带, 2个自动气象站累计雨量超过25 mm, 其他站累计雨量均在10 mm以上。贺兰山沿山最大累计降水量出现在贺兰山沿山井子泉站, 累计降水量为45.2 mm。
根据永宁县水务局介绍, 7月27日10:00左右, 短时强降雨造成闽宁镇西侧贺兰山多条山洪沟发生了山洪, 主要是大井子沟发生大型山洪, 洪水经由大井子沟, 一路流向拦洪坝, 导致大井子沟导洪堤上段不同程度的损毁, 最严重的可达1 km, 还造成2个过水路面和2个溢流面冲毁, 德龙导洪堤约100 m的不同程度冲毁。由于各部门间高效的联动应对, 未造成人员伤亡及重大财产损失。
本次过程中, 贺兰山沿山最大累计降水量出现在井子泉站, 累计降水量均为45.2 mm。所以选取代表性较好的5个自动雨量站, 主要根据降水的主要时段 (1 h、3 h、6 h、12 h、24 h最大累计降水量) 来对比验证, 如图1所示。
从图1中可以看出, 1 h最大降水量为14.8 mm, 3 h最大降水量为20.1 mm, 6 h最大降水量为21.6 mm, 12 h最大降水量为25.0 mm, 24 h最大降水量为33.5 mm。根据山洪灾害分布特征, 对照山洪灾害的历史数据, 制定山洪灾害临界面雨量指标, 见表1。
从7月27日发生的这次较大的山洪验证来看, 1 h、3 h、6 h、12 h、24 h最大累计降水量与原有指标比较均呈负偏差 (见表2) , 说明对山洪预警的阈值设置偏高, 将不利于山洪预警的研判。偏差率分别为-26%、-33%、-46%、-50%、-44%, 根据偏差率绝对值的大小, 也说明短时强降水比一日内的暴雨更能诱发山洪灾害[3]。
根据验证结果来看, 为保证山洪气象灾害风险预警的命中率, 可以尝试将预警临界指标进行优化, 见表3。
实际上, 山洪灾害的致灾临界雨量的确定非常复杂, 山洪形成与致灾之间有时间跨度[4], 与地貌、土壤特征以、降水持续日数的长短均有密切的关系。由于本次研究时间较短, 累计资料序列不长, 所以对山洪致灾临界雨量的研究并不完善, 还需要有更多的学者持续不断的探讨研究, 但通过此次研究至少说明山洪致灾临界雨量指标有地域性差异, 并不能通过一个指标来研判山洪发生的风险, 就本次研究来看, 所有指标均小于原有指标, 可以利用本次验证的结果 (表3) 作为风险预警的指标, 在以后的山洪中加以检验和优化, 确保山洪预警的命中率, 为应急部门争取时间, 全力保障人民的生命和财产安全。
本文结合历史灾情, 利用实际气象观测数据, 主要根据降水的主要时段最大累计降水量 (1 h、3 h、6 h、12 h、24 h最大降水量) 与原有指标进行验证, 通过验证尝试建立新的本地化山洪预警指标, 为科学研判山洪风险预警提供有力依据。但也存在以下局限性。
第一, 从验证的实际情况来看, 对原有指标可适当优化, 尝试建立新的预警指标, 1 h最大降水量为14.8 mm, 3 h最大降水量为20.1 mm, 6 h最大降水量为21.6 mm, 12 h最大降水量为25.0 mm, 24 h最大降水量为33.5 mm。本指标还需要不断的验证优化。
第二, 由于2017年仅发生了一次山洪灾害, 本次预警指标的验证仅通过一次验证分析, 尚不能提供充分的证据, 在后续还需要采取相关算法来计算致灾临界面雨量, 还需要不断的完善和验证。
第三, 本文研究了不同降水时间段对山洪灾害影响, 对地貌、地形、土壤特征等以及降水持续日数的长短暂时未考虑, 在后续研究中还需要综合考虑, 采取多种模式来验证和优化。
摘要：山洪灾害防御是气象防灾减灾的重点与难点, 而致灾临界指标的确定又是薄弱环节, 因此利用实际气象观测数据结合历史灾情来验证优化雨量指标对山洪灾害的防御有重要意义。基于此, 通过已有山洪指标, 对历史山洪进行验证, 对预警指标进行优化, 为应急部门争取最大的处置时间, 全力保障人民的生命和财产安全。
关键词：山洪,致灾,雨量指标,永宁县
[1] 杨登成.贺兰山东麓山洪灾害调查评价及预警系统研究[J].价值工程, 2016 (31) :131-134.
[2] 苑希民.宁夏山洪灾害雨量预警值计算[J].南水北调与水利科技, 2017, 15 (1) :33-38.
[3] 罗昌谟.三明各县 (市、区) 群发性地质灾害致灾临界雨量关系探讨[J].水利科技, 2011 (1) :45-47.
[4] 廖远三.气象水文预警预报在山洪灾害防御中的应用[J].中国防汛抗旱, 2014, 24 (1) :76-78.
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