四川金阳县2023年“8·21”山洪泥石流灾害成因分析

2023年8月21日凌晨,四川金阳县芦稿林河流域受短时强降雨影响暴发山洪,位于下游的沿江高速JN1(金宁一)标段项目部钢筋加工场民工驻地板房被冲毁,造成52人死亡失联。灾害发生后,四川省委、省政府高度重视,派出专家对灾害过程进行调查评估。结合现场调查情况,通过水文气象分析计算、河道行洪能力计算等,分析了灾害形成过程及致灾原因,可供类似项目山洪灾害防御工作参考。

基于HEC-RAS的陇南山地山洪灾害风险图优化研究

短历时山洪是威胁陇南山地交通和村镇安全的重要灾害之一。为提高该地区防灾减灾能力,通过不同雨强计算出洪水淹没损失程度,利用洪水风险区划图指导当地群众预防山洪灾害具有重要的科学意义。基于HEC-RAS水文分析方法,结合GIS软件模拟了流域洪水淹没过程,以陇南山地蒲家沟为研究对象,在5、10、50、100 a一遇设计雨量条件下,综合考虑坡度、土地类型、损失率、水位和流速等多种因素,对传统洪水风险区划图进行优化。结果表明,相比传统方法绘制的风险区划图,优序图法优化后的风险区划图更加重视承灾体的受影响程度,且解决了传统风险区划图中小区域风险等级跨度大,风险等级难以定级的缺点。优化后的风险区划图,上中游无人区风险等级降低,下游人类活动区域风险等级更加明确。以马泉村王家咀为例,在50 a一遇的设计雨量下,传统方法绘制的风险区划图其划分结果涵盖5个风险等级,各区域面积差距不显著,难以确定最终的风险等级。而优序图法优化后的风险区划图划分结果更加集中,王家咀高风险区域面积不足中风险的4%,王家咀风险区域可以明确地定位到中风险。文中优序图法优化后的风险区划图在实用性和适应性上更具优势,可以为小流域山洪预警预报和防灾减灾工作提供帮助。

基于测雨雷达与地面雨量站的山洪模拟及灾害预警时效分析

传统暴雨山洪预警主要依靠地面雨量站降雨数据,易出现虚警漏警或难以满足预警时效的情况。流域面雨量实时监测和前移山洪预警响应时间是满足山洪灾害防御目标的重要技术手段,测雨雷达技术的应用也为山洪灾害防治提供了新的预警思路。以湖北柳林镇2021年8月12日暴雨山洪事件为例,采用模块化分布式水文模型(MDHM)模拟山洪过程并进行预警分析,对比基于测雨雷达、地面雨量站降雨输入条件下的灾害预警时效,评估两种降雨数据源下山洪预警的有效性和可靠性,结果表明测雨雷达预报降雨结合水位陡涨率预警法能显著提高预警效果,可为暴雨山洪防灾减灾提供技术支撑。

基于PSO-SVM的鹤盛溪流域山洪风险评价

为探究温州市鹤盛溪流域山洪风险空间分布,综合考虑山洪致灾因子、孕灾环境和承灾体3方面的山洪影响因子,建立基于粒子群优化-支持向量机(PSO-SVM)混合算法的山洪风险评价模型。选取准确度、灵敏度、特异性、F-score值、Kappa系数和受试者工作特征曲线等6个指标,采用学习矢量量化(LVQ)算法量化山洪影响因子对山洪灾害发生的影响程度,并将PSO-SVM混合算法模型与单一算法模型进行对比。结果表明:混合算法具有一定的迁移能力,能够更加准确地反映山洪风险的空间分布特征;验证集受试者工作特征曲线指标、Kappa系数和准确度分别为0.934、0.833、0.912,PSO-SVM混合算法模型能显著提高山洪风险评价精度。

山洪灾害雨量预警指标分析方法评述与展望

山洪灾害预警指标是山洪灾害预报预警的核心,我国现阶段主要采用经验法和水位流量反推法确定雨量预警指标,并逐步推广应用复合预警指标法和动态临界雨量法。在系统阐述国内外常用雨量预警指标分析方法及其特点基础上,针对山洪灾害预警指标分析中需考虑的降雨时空分布变化、高含砂水流、泥石流及其他不确定因素影响问题,提出今后雨量预警指标研究方向。

降雨型山洪泥石流灾害成因及实证分析

为了更加有效地预防、应对和减少降雨引发山洪泥石流灾害造成的群死群伤事件,基于实证案例开展了山洪泥石流灾害成因分析。通过描述山洪、泥石流和山洪泥石流灾害基本特征与危害特点,分析了强降雨、流域地形、运动路径环境效应和承灾体等成灾要素。为了细化灾害成因性质认定,把山洪分为悬移质山洪和推移质山洪、山洪泥石流分为山洪泥石流和山洪水石流、泥石流分为泥流和泥石流,结合典型案例阐述了不同亚类山洪泥石流灾害的含义。

汶川震区山洪灾害场次洪水最大携沙量预测模型

汶川地震后,震区产生了大量松散堆积体,受强降水影响产生了破坏性更强的山洪灾害,加剧了灾害的危险性,增加了灾害防治的困难度,研究震区山洪灾害可为评估灾害的风险性及后续的管理提供依据。本研究以66处历史山洪灾害作为样本数据,进行可量算影响因子的相关性分析,揭示山洪灾害的携沙量影响机制,确定流域面积、主沟长度、相对高差、物源量四个影响因子作为主控因子,基于SPSS进行非线性回归分析,建立了基于场次洪水最大携沙量及最大携沙距离的估算模型,并选取了汶川县和都江堰市的共23处山洪水沙灾害数据进行了模型的验证且与其他模型对比。结果表明,本研究建立的模型可靠性好,精度更高。研究成果有助于预测汶川震区潜在的山洪水沙灾害区域,为山洪水沙灾害的风险评估提供依据。

基于AHP-EWM的流域山洪风险综合评价研究

为合理评估并量化小流域山洪灾害风险,结合小流域山洪特点,从危险性、脆弱性和防灾减灾3个方面构建小流域山洪风险评价指标体系。采用层次分析法(AHP)、熵权法(EWM)分别确定指标的主、客观权重,结合博弈集结模型确定指标综合权重,最后基于幂指数法得到小流域山洪风险综合评价值,从而确定综合风险等级。以湖北省随州市柳林镇8·12山洪为例开展小流域山洪风险评价,最终得出其综合评价值为0.634 9,为较高风险,与柳林镇实际情况一致。该研究结果可为小流域山洪灾害预防提供理论指导,为灾害的应急救援提供决策支持。

极端降雨与强人类活动复合作用下山洪灾害研究构想和成果展望

全球气候变暖导致山丘区极端降雨事件多发,降雨强度与量级不断突破区域历史极值,同时叠加区域脆弱环境和强人类活动影响,致使山洪形成及演进致灾成因复杂多变,由此加重了暴雨山洪引发的人员伤亡和财产损失。山洪灾害具有显著的自然和社会双重属性,其形成发展是山丘区环境孕灾承灾因子复合作用的结果。中国山丘区局地气候独特,地质地貌类型众多,溪河水系复杂,人类活动影响突出。大量重大山洪灾害事件表明,极端降雨诱发的山洪过程及致灾特征各异,给山洪灾害预报预警防御造成极大困扰,山洪灾害研究仍是当前重大自然灾害防控的重点和难点。长期以来,中国山洪灾害研究多偏重于雨水情时空变化规律,着重研究降雨影响的山洪洪水淹没特征,据此推算山洪灾害防治区的临界雨量与水位阈值,在山洪灾害防治实践应用中取得了较为显著的成效,山洪灾害事件导致的人员伤亡数总体显著下降。然而,受山丘区降雨特征、下垫面组成、溪河形态及人类活动等多因素影响,山洪洪水形成演进时挟带大量泥沙,从而表现为山洪水沙、山洪泥石流等物理过程,导致的局地冲毁、淤埋、淹没等致灾成因及阈值与山洪洪水致灾也存在本质差异,这也是近年来中国重大山洪灾害事件多发的主要原因。针对极端降雨诱发多类型山洪形成演进与强人类活动复合作用致灾防御难题,亟需利用气象学、水文学及河流动力学等多学科知识,采用现场调查、物理试验、数值模拟及理论分析相结合的方法,从传统单一的山洪洪水灾害研究扩展为全类型山洪灾害(山洪洪水灾害、山洪水沙灾害、山洪泥石流灾害)研究,开展全类型山洪引发的冲毁—淤埋—淹没等复合致灾研究,系统探究中国重灾省区重大山洪灾害事件的强降水时空演变规律,剖析极端降雨与强人类活动复合作用下多类型山洪形成及其演进致灾范围、规模特征,揭示气象水文溪河响应与强人类活动影响的不同类型山洪灾害致灾成因,建立气象水文水沙动力过程模拟方法,辨识山丘区流域全类型山洪冲毁—淤埋—淹没风险,提出不同类型山洪灾害易发区识别方法,构建山洪洪水灾害、山洪水沙灾害及山洪泥石流灾害分区分级多指标预警防御方法。该研究有利于提升中国山洪灾害理论技术研究水平,进一步完善中国山洪灾害防治对策。

基于两种降水数据的苏巴什水库暴雨山洪淹没模拟及致灾临界雨量阈值研究

以阿克苏地区苏巴什水库为研究对象,采用多源降水融合数据、雨量站数据、数字高程模型(DEM)数据以及土地利用数据等资料,运用FloodArea模型对苏巴什水库典型暴雨山洪淹没过程进行精细化模拟,通过淹没深度和汇水量2个参量,对比分析2种降水数据源模拟效果,在此基础上,构建了降水-淹没深度关系模型,得出冲砂闸底板高程、汛限水位、泄洪闸堰顶高程和坝顶高程对应的致灾临界雨量阈值。结果表明:以多源降水融合数据驱动的FloodArea模型模拟苏巴什水库淹没深度和计算汇水量较雨量站模拟的精度更高,更接近真实值,多源降水融合数据和雨量站降水数据模拟得到的淹没深度误差率分别为8.59%和18.67%。苏巴什水库淹没水位达到冲砂闸底板高程、汛限水位、泄洪闸堰顶高程和坝顶高程对应累积4 h降水量的致灾临界雨量阈值分别为7.1 mm、20.1 mm、32.9 mm和44.7 mm。研究结果可为苏巴什水库暴雨山洪预警提供理论依据,并提升暴雨山洪预警能力。

山西省山洪灾害防治对策探讨

山洪灾害一直是山西省防汛工作的难点和薄弱环节。文章总结了近十几年山西省山洪灾害防治工程及非工程措施和项目建设、运行管理的现状与成效,着重分析了目前山西省山洪灾害防治方面存在的预测预警不够精准、调查成果利用不够全面、群测群防体系建设不够完善等突出问题,结合山西省山洪防御实际情况,探讨了持续提高山洪灾害监测预警能力、进一步探索拓展山洪灾害调查成果的应用、加强全省群测群防体系建设等针对性对策及建议。

数字孪生小流域山洪灾害“四预”平台建设与应用

小流域山洪灾害常年发生,严重影响着人民群众的生命财产安全。为推进小流域山洪灾害防御工作,依照水利业务预报、预警、预演、预案“四预”技术要求和小流域防洪短板,梳理“基础信息设施-孪生平台-四预体系”为主线的小流域山洪灾害系统架构,结合浙江省典型山丘区下管溪小流域,通过山洪灾害“风险识别、风险研判、风险管控和风险处置”流程,从信息基础设施补充建设、模型库建设、“四预”功能完善等方面探讨平台关键技术和主要功能。结果表明:“四预”平台能够实现对小流域雨水情的实时监控、提前发现山洪风险、提前发布预警和风险闭环管控。该平台可为小流域的管理和提升山洪灾害防御能力、保障小流域人民生命财产安全起到重要作用。

考虑泥沙因子的四川省山洪风险评价研究

近年来,山洪灾害频发高发,为进一步提高山洪灾害预警防控水平,提出将泥沙因子纳入山洪风险评价中。以四川省为例,从洪水危险性、脆弱性和防灾能力3个方面选取12个山洪风险指标,运用层次分析法构建山洪风险评估指标体系,分别建立了不考虑泥沙因子和考虑泥沙因子的山洪灾害风险评估模型。结果表明:泥沙因子对山洪危险性和风险性有较大影响。不考虑泥沙因子的模型将低估山洪高风险、较高风险区域和中等风险区面积,而高估低风险、较低风险区域面积。研究成果可为山洪风险评价与灾害预防提供参考。

基于降雨时空变化的山洪预警临界雨量

为提高山洪灾害预警精度,以彭坊小流域为例,基于概率分布等控制条件生成随机雨型,探究不同前期影响雨量下随机雨型对山洪预警临界雨量的影响,进一步分析降雨空间分布对山洪预警临界雨量的影响。结果表明:在雨峰位置偏后、雨峰峰值较大的雨型集下,临界雨量波动较大,有较高的不确定性;雨型对临界雨量的影响小于前期影响雨量对临界雨量的影响,在前期土壤较干燥时,雨峰位置系数较小,临界雨量值相对较大,雨型峰值倍比较大时,临界雨量值相对较小,更容易致灾;在降雨空间分布上,当降雨集中在下游时,临界雨量值最小,越容易达到警戒流量,但降雨空间分布对临界雨量的影响小于前期影响雨量的影响,且这种影响会随前期影响雨量的增加而不断减小。

山洪危险区雨量预警阈值分析

为了研究在无资料山丘区山洪灾害危险区的转移雨量预警阈值情况,加强山洪灾害地区的预警防治。文章以湖南岳阳相思山珠港村为例,通过实地进村入户调查并现场测量山洪沟断面,利用湖南省暴雨查算手册计算分析,得到山洪灾害危险区在面临强降雨过程中准备转移和立即转移的雨量预警阈值指标,增强了非工程措施山洪灾害的防范手段。研究成果可为当地山洪灾害的分析评价、非工程措施预警指标的补充完善、重点的山洪沟整治提供一定的数据支撑。

暴雨型山洪灾害链监测预警研究与展望

暴雨型山洪及其链生过程是山区常见的致灾隐患,因其点多面广、成因复杂,加之相关过程常表现显著的突发性、局地性与隐蔽性等特点,增加了灾害早期识别与监测预警的难度。目前,山洪灾害链转化机理与监测预警研究是防灾减灾领域具有综合交叉特色的国际前沿与热点问题。为此,通过梳理暴雨型山洪灾害链国内外研究现状与趋势,分析了相关研究中亟需突破的关键科学与技术问题,并针对性提出了研究方向和研究展望。其中亟待突破的关键科学与技术问题有:如何揭示暴雨-洪水-滑坡(崩塌)-泥石流的同源链生转化机理,如何建立灾害链精准监测与稳定传输技术,如何构建灾害链预警指标体系与动态预警平台。建议研究方向为:暴雨型山洪灾害链致灾因子辨识研究,暴雨型山洪灾害链关键要素监测预警技术研发,山区小流域山洪灾害链监测预警平台研发,暴雨型山洪灾害链监测预警技术集成与示范。研究展望包括:突出多科学交叉、多手段融合,以“致灾因子辨识-关键技术研发-软件平台构建-集成应用示范”为研究主线,最终在灾害链驱动演化机理、精准监测与动态预警技术等方面取得突破和创新,预期成果可为提升山洪灾害链防御能力、推动生态可持续和流域高质量发展提供科技支撑。

英山县建起山洪防御“铁堤”

防汛是湖北天大的事,这句话湖北人都耳熟能详。东、西、北三面环山的湖北,山地占全省总面积的56%,每到汛期,山洪成为大多数地区的首要威胁,素有“八山一水一分田”之说的黄冈市英山县,尤甚。近年来,英山县屡屡遭遇高强度降水,遭受山洪灾害。县委、县政府从人民至上、生命至上的理念出发,推动实施了一系列水利工程建设,逐渐夯实抵御山洪灾害的底板,人民群众的生命财产安全得到坚强保障。

高山峡谷区山洪沟口泥沙堆积特征数值试验

山洪泥石流是高山峡谷区一种常见的自然现象,其运动过程通常伴随剧烈的沟道侵蚀,并在沟口形成显著的泥沙堆积体。由于高山峡谷地区山高谷深,难以通过实地调查及模型实验等传统的研究手段追踪沟床泥沙受山洪泥石流冲刷的运动过程,无法揭示山洪泥石流挟带泥沙的堆积形态及堆积体中泥沙粒径分布特征,易产生对灾害影响范围估计不足导致的区域人员伤亡和财产损失。为探究山洪沟口泥沙堆积形态和粒度特征,以概化的高山峡谷区山洪沟为研究对象,采用耦合的计算流体力学(CFD)与离散单元法(DEM)数学模型,模拟了受到不同流变特性山洪泥石流冲刷的泥沙颗粒在沟口的堆积过程,重点分析了山洪泥石流体积浓度对堆积区中不同粒径泥沙颗粒堆积发展过程的影响。结果表明:泥沙堆积体的发展速度随着山洪泥石流体积浓度增加呈现先增加后减小的趋势,过高的体积浓度促使堆积体形态发生改变。泥沙平均堆积距离随时间变化可以分为高速增加、初次减速、增速恢复和稳定发展4个阶段。随着粒径的增大,泥沙与堆积体中心的平均距离也增大但堆积分散程度减小。泥沙颗粒的分散程度随时间变化过程与泥沙粒径和体积浓度密切相关,可以使用具有3个参数的幂函数对这个过程进行预测。泥沙颗粒粒径的增大加快其在堆积体中的分散速度而山洪泥石流体积浓度的增大使泥沙颗粒的分散速度先增加后减小。研究可为进一步理解山洪泥石流堆积致灾机理提供科学依据。

基于K-means聚类与集成学习算法的小流域山洪灾害易发性评估

为了更好地分析空间异质性对山洪灾害易发性评估的影响,建立了基于K-means聚类与集成学习算法的小流域山洪灾害易发性评估模型。首先,选取中国江西省12338个小流域为研究区,对各时段不同频率降雨量指标进行K-means聚类。其次,以误差平方和与平均轮廓系数为聚类效果评价指标,将小流域分为2个类内聚集、类外分散的子集。最后,针对不同子集,从几何特征、环境特征以及降水特征3个方面选取平均坡度、形心高程、形状系数、最长汇流路径比降、地形湿度指数、归一化植被指数、距离河流最近距离、降雨量、洪峰模数以及汇流时间10个山洪影响因素,应用自适应增强算法与极致梯度提升算法进行山洪灾害易发性评估。研究发现,降水是导致山洪灾害的重要因素,江西省高降水区域山洪灾害易发程度普遍高于低降水区,同时省内高风险区分布较为分散,主要分布在东北区域与西北边缘区域。对聚类后两类相似小流域分别进行山洪易发性评估,接受者操作特征曲线下面积值均在0.90以上,精度较聚类前有所提高。聚类策略作为易发性评估模型的前驱过程,可以有效解决小流域异质性问题。

基于数据驱动的山区暴雨山洪水沙灾害易发区早期识别方法研究

针对山洪灾害防治研究工作中只关注暴雨-洪水的作用,忽视泥沙淤积导致的洪水-泥沙耦合致灾的问题,重建考虑松散固体物源储量空间异质性的影响因子体系,面向山区小流域复杂下垫面环境进行敏感性分析,利用地理信息空间分析、多重共线性检验计算影响因子贡献度指标,通过不同类型的贡献度-集成学习耦合算法对阿坝州5250条小流域山洪水沙灾害易发度进行识别,构建基于数据驱动的山区暴雨山洪水沙灾害早期识别方法。结果表明:山洪水沙灾害在空间上表现出一定的聚集性,影响因子特定区间对于灾害发生具有更高敏感性,部分影响因子对于灾害发生的敏感性规律具有相似性。阿坝州东部、中南部部分地区以及西北部少部分地区为高易发区,与固体物源累积高频区较为接近,洪水-泥沙耦合致灾概率相对较大,较低和低易发区主要分布在阿坝州西部和西南部地区,与固体物源累积高频区重叠度较小,洪水在致灾过程中起主导作用可能性相对较大。相对于山洪风险调查评估研究结果,基于数据驱动的山洪水沙灾害易发性早期识别结果的高易发区灾害密度更大,高风险覆盖度提高23.2—45.4个百分点。