关于年月日舟曲暴雨洪水泥石流之分析和判断

关于2010年8月7日舟曲暴雨洪水泥石流之分析和判断

引　言

2010年8月7日夜，甘肃省舟曲县城区发生特大暴雨洪水，并引发巨大的泥石流灾害，使县城区为泥石流吞没，堵塞了白龙江，形成了长约2km的堰塞坝体，大量的砂石，碎石岩屑将白龙江及城区街道淤高约3～4米。洪水倒灌，白龙江水受阻于坝前，形成堰塞湖，城区淹没损失极为惨重，并造成大量人员伤亡，灾情十分严重。

在此全省、全国人民救灾之际，我作为老水文工作者，也想急于贡献一二。想起了我们以往对全省暴雨洪水的研究，特别是在河东广大地区，历年来做过多次大暴雨洪水的调查和分析研究，对这类大暴雨洪水以及其所造成的泥石流灾害情况是有所了解的。对它的成因、分布、暴雨特性、洪水特性，等都积累了一定的资料和分析成果。在此试对本次舟曲大暴雨泥石流进行一些分析和判断，以供研究者参考。

一、舟曲县的地理环境和白龙江及有关沟道形势

1.舟曲县城区位于白龙江干流上游段，河流由西向东，南北高山夹峙。南山为葱花坡，高程约3200～3400m。北山为雷古山，主峰4154m，河谷狭窄，只在县城附近略微开阔。县城北边有两条小沟汇入白龙江，这两条小沟就是此次暴雨发生的主雨区即泥石流的来源区。（见附图）

2.白龙江从舟曲至下游的武都段，河流的南岸为高山石质山地，一般分布有较好的森林带，是为白龙江著名的原始森林区所在地。河流的北岸，分布有宽约5～20km的中低山丘陵地带，其地质构造多分布有大量的碎屑岩和上层的黄土覆盖。这一带在气候上属武都盆地半干旱地区，年降水量明显低于南部山区。河谷地区大部降水量为500mm左右，甚或低于此数。因此在景观上表现为植被差，沟壑发育，水土流失严重，有黄土高原丘陵沟壑地貌的特征。这里的暴雨也具有黄土高原的特征，即暴雨历时短，笼罩面积小，中心雨量大，雨强大，能产生特大的沟道洪水，因而伴随着泥石流。武都白龙江左岸流域许多小沟道都是泥石流的高发地区。泥石流不但造成灾害，也是造地的能手，白龙江沿河许多农地都是建造在泥石流的沟口三角锥上。

3.舟曲县城正对的两条沟，均发源于北部的雷古山，其发源地为石质高山，有森林。其流域的中下部则为黄土碎石丘陵山地，植被很差。上面的一条沟名坝里沟，从县城的西边汇入白龙江，河长约6km，流域面积估为15km²;下边一条叫罗家峪沟，河长约9km，流域面积估为27km²，汇白龙江于县城正中段。两小流域再加上两边可能有影响面积总计约为50km²。

二、关于暴雨产生的天气条件、机制及其地源影响

1.在干旱半干旱地区包括甘肃陇东、陇西大部，陇南山区，特别是甘南高原的东段，岷县、宕昌、舟曲、武都等地，是这种特大暴雨的多发地区；河西走廊的山前区，也可产生，但其机率较小。

2.大暴雨的特性。所谓“大暴雨”不是由锋面雨构成的暴雨，锋面雨也就是常说的由大的天气系统所产生的面广、量大、雨强相对较小的所谓“普雨”，这种雨在黄土高原地区很少产生大洪水。

形成大暴雨的天气形势，往往是冷锋过后的大气层结不稳定的晴昙天气，往往上午晴空，午后起云，傍晚形成雷暴雨。它不是孤立的，往往是一条带状雨区，且由一个个雨核所构成，它的运动方向受地形影响，也多由西向东走向，在其进行中，其中一个最大的雨核团，在随机的地段就能产生特大的暴雨，这种暴雨区范围小，一般直径约10～20Km，暴雨中心雨量大，雨时短，雨强特别大，往往可出现每小时雨量达60～100mm的情况，犹如台风雨。事实上，我们可以叫它小台风。因为这种暴雨它也是边旋转边移动，它的移动路径基本是一条线。

由于雨区半径小，因此常有“隔墙无雨”的说法。最少也可说隔梁无雨。因而从总体上说灾情虽重，但受灾面积小，这是普遍的情况。

雷暴雨也往往伴随冰雹，由上述特点，也就形成所谓“雹打一杠杠”的说法，即冰雹灾区范围只是一条线，面积不大。

3.暴雨产生的机制。这种暴雨产生的机制，在地区上是随机的，即在气候一致性的地区，它的出现可以在任何地方，也就是说在面上的分布是散在的；在时间上的出现，也是随机的。比如在一个水文站控制的流域内，这种大暴雨不是每年都可发生，甚至多年都不发生一次。这也就是我们水文站设立以后，要观测许多年的原因。

三、甘肃陇南地区或邻近地区，历年调查大暴雨的情况

1.化马暴雨：1976年7月发生在岷河下游左岸化马乡，一条小沟的大暴雨，该沟长约9km,宽约3km，流域面积约25km²。暴雨发生后，总站及时派员现场调查，调查的主要数据如下：暴雨总历时3小时，暴雨中心雨量343mm，沟道产生特大洪水，洪峰流量为867m³/s,产生巨大泥石流，堵塞岷河河道，回水淹没上游水文站，致水文站无法测流，后将站搬迁至宕昌县城。

2.天局暴雨：1985年8月在渭河陇西下游右岸一条小沟内发生特大暴雨，调查的暴雨中心雨量440mm，主雨历时70分钟。主雨区产流面积约150Km²，产生洪峰流量1160m³/s，（下游武山水文站实测）总洪水量1660万m³。洪水汇入渭河，冲毁沟口一个大村庄，为泥石流所掩埋，损失惨重。

3.临洮暴雨：1979年8月，在临洮县城以北，发生特大暴雨，经现场及时调查（本人参加了此项调查），暴雨中心在临洮城北5Km，洮河左岸，降雨历时6小时，主雨历时约4小时，暴雨中心雨量401mm，（此数因为是一口大缸承雨实测计算，所以非常准确，）经分析产流面积350Km²,洪峰流量1460m³/s,（下游红旗站实测），径流系数0.56.

此外，历年来各地调查许多场大暴雨，有古浪、天祝、临洮、鹦哥嘴、泾河什字、蒲河三岔、湟水乐都等地，这些大暴雨的主雨历时大部在1～3小时不等，暴雨中心雨量都在300～400mm之间。

四、舟曲暴雨发生情况分析

从电视画面上可知，这次危害舟曲的泥石流主要来源是城北两条支沟。前面指出，两条支沟及附近有影响的面积约50Km².据电视台报导，此次暴雨主要历时1个多小时，县城雨量70多mm，据此推论，县城已是暴雨区的外围，暴雨中心应在两小支沟流域的中心部位。即在坝里和罗家峪一带，参照前面调查暴雨量的情况，确定这次舟曲暴雨中心雨量应为350mm,主雨区面积约40km²，面平均雨量200mm。（以上数字根据其他地区资料判定，现应抓紧及时去调查）

五、洪水流量的计算

1.洪峰流量的计算

（1）计算公式选用嘉陵江流域综合公式，本公式是根据“地区场选样洪水计算方法”分析之公式，如下：

Q_m=85F^0.55　式中Q_m为最大洪峰流量，相当于P=0.1%(千年一遇)，

F_按40Km²计，则

Q_m=85*40^0.55=646m³/s

(2)用小汇水面积洪水计算方法计算，公式为：

Q_m=0.278αiF

式中α-洪水径流系数，i-面平均降雨强度（mm/h），F-产流面积，按40Km²计则：

Q=0.278*0.56*100*40=623m³/s,以上两方法计算结果十分接近。

2.洪量计算

（1）公式：W=2·P·F

式中：F按40Km²计，面平均雨量按200mm计，α采用0.56，则

　　　　　　W₁=0.56*200*40＝448万m³。

(2)按洪峰过程三角形计算

设洪峰历时为4小时，则

W₂=Qm*4*3600/2=646*7200=465万m³。两式计算结果接近，采用平均值450万m³。

六、关于泥石流

1.本次大洪水，伴随着产生大量的泥石流，而造成白龙江堵塞，形成大堰塞湖，造成巨大的淹没损失。泥石流的总体泥石量有多少，限于没有现场实测资料，只能根据报道的零星数字予以估算：

2.泥石流堰塞体，长约2Km，宽约200m，厚度平均约4m，总体积V=2000*200*4=160万m³

本次总洪量为450万m³，则每方水含石量为0.35m³/m³，显然此数是可以接受的。

在黄土高原多泥沙河流上，实测大洪水的含沙量多在800～1200Kg/m³，若泥沙容重以1.4T/m³计，则洪水中含沙量容积与水之比0.7m³/m³。

七、验证

以上计算的结果是可以验证的，条件是在白龙江下游均有水文站实测水文泥沙资料，其中上游水文站为麻亚寺，可以提供来水过程。在下游有武都水文站，区间有宕昌站，控制岷河主要水量；黄鹿坝站控制贡坝河的来水过程。武都站流量过程减去二支流的流量过程，即能得到与舟曲站水文过程的对应资料或求得上下游水量变化关系。利用这个关系即可推得舟曲在堰塞湖产生期间及以后的下泄流量过程。

显然这个过程并不是一个正常的完整的洪峰过程，但是其总洪量是可以推求的，用这个总洪量与上述计算结果对照，将是十分必要的，希望水文站的同志来完成这一工作，至为重要，也是企盼的。

八、可能采取的对策

1.适时预报

气象部门多年计划解决雷暴雨的预报问题，在华家岭上安装预警预报雷达，做过实验研究，不知近来研究情况如何。在日本就有测雨预警雷达，其观测半径400Km,也没听说推广应用。

总之，现在还没有正规的实施，没听说事先预报的事例。像舟曲这样的大暴雨，未能做出任何预报预警，实属遗憾，难道不是我们得责任吗。

2.常言道“惹不起，还躲不起”吗。躲的办法，是预防自然灾害的重要办法，或者说，几乎是唯一的办法。比如防震，日本人就做的好，他们的地震死亡率可说是世界最少的。原因就是防震措施到位，房屋，建筑标准非常之高，轻易不能震塌。

3.对于预防大暴雨山洪泥石流灾害，我们应当怎样做呢。我们水文站网布设的目的，就包含有完成这一任务的方法和途径，比如说我们在现有站网基础上广泛开展的定点定位洪水调查，就是一个极好的办法和途径，因为有了这些广泛的资料，就可采用“地区场”洪水计算方法，进行大小河流的洪水地理综合，取得分区洪水计算公式，以便推求任何流域，沟道的设计洪水。有了这些设计洪水，就可以逐河作出防洪设计标准，比如可规定沿沟农田防洪堤的防洪标准为50年一遇的设计洪水；对于村庄、城镇的防洪标准为100年一遇的设计标准。

4.事先对各个地区的河流沟道上的农田、村庄、城镇进行测量，标定不同设计洪水的高程，即可采取相应措施。比如村庄建得太低，即应按设计标准搬迁，特别是小城镇更应严格推行，因牵扯太多人口的安全。

舟曲县城为什么这次遭此大难，原因就在于城市建设规划，没有考虑沟道洪水的设计标准，对于城北的两条沟道产生巨大泥石流的可能性，没有警惕。君不知距县城只有20km的化马沟，所产生的那场泥石流吗，痛定思痛，我们不得不提出此问题，以警世人。以上分析和判断，是否正确，有待验证和识者评论。

（本文刊登于2010年《甘肃水利水电技术》第9期）