關(guān)于2010年8月7日舟曲暴雨洪水泥石流之分析和判斷

引　言

2010年8月7日夜，甘肅省舟曲縣城區(qū)發(fā)生特大暴雨洪水，并引發(fā)巨大的泥石流災(zāi)害，使縣城區(qū)為泥石流吞沒，堵塞了白龍江，形成了長約2km的堰塞壩體，大量的砂石，碎石巖屑將白龍江及城區(qū)街道淤高約3～4米。洪水倒灌，白龍江水受阻于壩前，形成堰塞湖，城區(qū)淹沒損失極為慘重，并造成大量人員傷亡，災(zāi)情十分嚴(yán)重。

在此全省、全國人民救災(zāi)之際，我作為老水文工作者，也想急于貢獻(xiàn)一二。想起了我們以往對全省暴雨洪水的研究，特別是在河?xùn)|廣大地區(qū)，歷年來做過多次大暴雨洪水的調(diào)查和分析研究，對這類大暴雨洪水以及其所造成的泥石流災(zāi)害情況是有所了解的。對它的成因、分布、暴雨特性、洪水特性，等都積累了一定的資料和分析成果。在此試對本次舟曲大暴雨泥石流進(jìn)行一些分析和判斷，以供研究者參考。

一、舟曲縣的地理環(huán)境和白龍江及有關(guān)溝道形勢

1.舟曲縣城區(qū)位于白龍江干流上游段，河流由西向東，南北高山夾峙。南山為蔥花坡，高程約3200～3400m。北山為雷古山，主峰4154m，河谷狹窄，只在縣城附近略微開闊。縣城北邊有兩條小溝匯入白龍江，這兩條小溝就是此次暴雨發(fā)生的主雨區(qū)即泥石流的來源區(qū)。（見附圖）

2.白龍江從舟曲至下游的武都段，河流的南岸為高山石質(zhì)山地，一般分布有較好的森林帶，是為白龍江著名的原始森林區(qū)所在地。河流的北岸，分布有寬約5～20km的中低山丘陵地帶，其地質(zhì)構(gòu)造多分布有大量的碎屑巖和上層的黃土覆蓋。這一帶在氣候上屬武都盆地半干旱地區(qū)，年降水量明顯低于南部山區(qū)。河谷地區(qū)大部降水量為500mm左右，甚或低于此數(shù)。因此在景觀上表現(xiàn)為植被差，溝壑發(fā)育，水土流失嚴(yán)重，有黃土高原丘陵溝壑地貌的特征。這里的暴雨也具有黃土高原的特征，即暴雨歷時短，籠罩面積小，中心雨量大，雨強(qiáng)大，能產(chǎn)生特大的溝道洪水，因而伴隨著泥石流。武都白龍江左岸流域許多小溝道都是泥石流的高發(fā)地區(qū)。泥石流不但造成災(zāi)害，也是造地的能手，白龍江沿河許多農(nóng)地都是建造在泥石流的溝口三角錐上。

3.舟曲縣城正對的兩條溝，均發(fā)源于北部的雷古山，其發(fā)源地為石質(zhì)高山，有森林。其流域的中下部則為黃土碎石丘陵山地，植被很差。上面的一條溝名壩里溝，從縣城的西邊匯入白龍江，河長約6km，流域面積估為15km²;下邊一條叫羅家峪溝，河長約9km，流域面積估為27km²，匯白龍江于縣城正中段。兩小流域再加上兩邊可能有影響面積總計(jì)約為50km²。

二、關(guān)于暴雨產(chǎn)生的天氣條件、機(jī)制及其地源影響

1.在干旱半干旱地區(qū)包括甘肅隴東、隴西大部，隴南山區(qū)，特別是甘南高原的東段，岷縣、宕昌、舟曲、武都等地，是這種特大暴雨的多發(fā)地區(qū)；河西走廊的山前區(qū)，也可產(chǎn)生，但其機(jī)率較小。

2.大暴雨的特性。所謂“大暴雨”不是由鋒面雨構(gòu)成的暴雨，鋒面雨也就是常說的由大的天氣系統(tǒng)所產(chǎn)生的面廣、量大、雨強(qiáng)相對較小的所謂“普雨”，這種雨在黃土高原地區(qū)很少產(chǎn)生大洪水。

形成大暴雨的天氣形勢，往往是冷鋒過后的大氣層結(jié)不穩(wěn)定的晴曇天氣，往往上午晴空，午后起云，傍晚形成雷暴雨。它不是孤立的，往往是一條帶狀雨區(qū)，且由一個個雨核所構(gòu)成，它的運(yùn)動方向受地形影響，也多由西向東走向，在其進(jìn)行中，其中一個最大的雨核團(tuán)，在隨機(jī)的地段就能產(chǎn)生特大的暴雨，這種暴雨區(qū)范圍小，一般直徑約10～20Km，暴雨中心雨量大，雨時短，雨強(qiáng)特別大，往往可出現(xiàn)每小時雨量達(dá)60～100mm的情況，猶如臺風(fēng)雨。事實(shí)上，我們可以叫它小臺風(fēng)。因?yàn)檫@種暴雨它也是邊旋轉(zhuǎn)邊移動，它的移動路徑基本是一條線。

由于雨區(qū)半徑小，因此常有“隔墻無雨”的說法。最少也可說隔梁無雨。因而從總體上說災(zāi)情雖重，但受災(zāi)面積小，這是普遍的情況。

雷暴雨也往往伴隨冰雹，由上述特點(diǎn)，也就形成所謂“雹打一杠杠”的說法，即冰雹災(zāi)區(qū)范圍只是一條線，面積不大。

3.暴雨產(chǎn)生的機(jī)制。這種暴雨產(chǎn)生的機(jī)制，在地區(qū)上是隨機(jī)的，即在氣候一致性的地區(qū)，它的出現(xiàn)可以在任何地方，也就是說在面上的分布是散在的；在時間上的出現(xiàn)，也是隨機(jī)的。比如在一個水文站控制的流域內(nèi)，這種大暴雨不是每年都可發(fā)生，甚至多年都不發(fā)生一次。這也就是我們水文站設(shè)立以后，要觀測許多年的原因。

三、甘肅隴南地區(qū)或鄰近地區(qū)，歷年調(diào)查大暴雨的情況

1.化馬暴雨：1976年7月發(fā)生在岷河下游左岸化馬鄉(xiāng)，一條小溝的大暴雨，該溝長約9km,寬約3km，流域面積約25km²。暴雨發(fā)生后，總站及時派員現(xiàn)場調(diào)查，調(diào)查的主要數(shù)據(jù)如下：暴雨總歷時3小時，暴雨中心雨量343mm，溝道產(chǎn)生特大洪水，洪峰流量為867m³/s,產(chǎn)生巨大泥石流，堵塞岷河河道，回水淹沒上游水文站，致水文站無法測流，后將站搬遷至宕昌縣城。

2.天局暴雨：1985年8月在渭河隴西下游右岸一條小溝內(nèi)發(fā)生特大暴雨，調(diào)查的暴雨中心雨量440mm，主雨歷時70分鐘。主雨區(qū)產(chǎn)流面積約150Km²，產(chǎn)生洪峰流量1160m³/s，（下游武山水文站實(shí)測）總洪水量1660萬m³。洪水匯入渭河，沖毀溝口一個大村莊，為泥石流所掩埋，損失慘重。

3.臨洮暴雨：1979年8月，在臨洮縣城以北，發(fā)生特大暴雨，經(jīng)現(xiàn)場及時調(diào)查（本人參加了此項(xiàng)調(diào)查），暴雨中心在臨洮城北5Km，洮河左岸，降雨歷時6小時，主雨歷時約4小時，暴雨中心雨量401mm，（此數(shù)因?yàn)槭且豢诖蟾壮杏陮?shí)測計(jì)算，所以非常準(zhǔn)確，）經(jīng)分析產(chǎn)流面積350Km²,洪峰流量1460m³/s,（下游紅旗站實(shí)測），徑流系數(shù)0.56.

此外，歷年來各地調(diào)查許多場大暴雨，有古浪、天祝、臨洮、鸚哥嘴、涇河什字、蒲河三岔、湟水樂都等地，這些大暴雨的主雨歷時大部在1～3小時不等，暴雨中心雨量都在300～400mm之間。

四、舟曲暴雨發(fā)生情況分析

從電視畫面上可知，這次危害舟曲的泥石流主要來源是城北兩條支溝。前面指出，兩條支溝及附近有影響的面積約50Km².據(jù)電視臺報(bào)導(dǎo)，此次暴雨主要?dú)v時1個多小時，縣城雨量70多mm，據(jù)此推論，縣城已是暴雨區(qū)的外圍，暴雨中心應(yīng)在兩小支溝流域的中心部位。即在壩里和羅家峪一帶，參照前面調(diào)查暴雨量的情況，確定這次舟曲暴雨中心雨量應(yīng)為350mm,主雨區(qū)面積約40km²，面平均雨量200mm。（以上數(shù)字根據(jù)其他地區(qū)資料判定，現(xiàn)應(yīng)抓緊及時去調(diào)查）

五、洪水流量的計(jì)算

1.洪峰流量的計(jì)算

（1）計(jì)算公式選用嘉陵江流域綜合公式，本公式是根據(jù)“地區(qū)場選樣洪水計(jì)算方法”分析之公式，如下：

Q_m=85F^0.55　式中Q_m為最大洪峰流量，相當(dāng)于P=0.1%(千年一遇)，

F_按40Km²計(jì)，則

Q_m=85*40^0.55=646m³/s

(2)用小匯水面積洪水計(jì)算方法計(jì)算，公式為：

Q_m=0.278αiF

式中α-洪水徑流系數(shù)，i-面平均降雨強(qiáng)度（mm/h），F(xiàn)-產(chǎn)流面積，按40Km²計(jì)則：

Q=0.278*0.56*100*40=623m³/s,以上兩方法計(jì)算結(jié)果十分接近。

2.洪量計(jì)算

（1）公式：W=2·P·F

式中：F按40Km²計(jì)，面平均雨量按200mm計(jì)，α采用0.56，則

　　　　　　W₁=0.56*200*40＝448萬m³。

(2)按洪峰過程三角形計(jì)算

設(shè)洪峰歷時為4小時，則

W₂=Qm*4*3600/2=646*7200=465萬m³。兩式計(jì)算結(jié)果接近，采用平均值450萬m³。

六、關(guān)于泥石流

1.本次大洪水，伴隨著產(chǎn)生大量的泥石流，而造成白龍江堵塞，形成大堰塞湖，造成巨大的淹沒損失。泥石流的總體泥石量有多少，限于沒有現(xiàn)場實(shí)測資料，只能根據(jù)報(bào)道的零星數(shù)字予以估算：

2.泥石流堰塞體，長約2Km，寬約200m，厚度平均約4m，總體積V=2000*200*4=160萬m³

本次總洪量為450萬m³，則每方水含石量為0.35m³/m³，顯然此數(shù)是可以接受的。

在黃土高原多泥沙河流上，實(shí)測大洪水的含沙量多在800～1200Kg/m³，若泥沙容重以1.4T/m³計(jì)，則洪水中含沙量容積與水之比0.7m³/m³。

七、驗(yàn)證

以上計(jì)算的結(jié)果是可以驗(yàn)證的，條件是在白龍江下游均有水文站實(shí)測水文泥沙資料，其中上游水文站為麻亞寺，可以提供來水過程。在下游有武都水文站，區(qū)間有宕昌站，控制岷河主要水量；黃鹿壩站控制貢壩河的來水過程。武都站流量過程減去二支流的流量過程，即能得到與舟曲站水文過程的對應(yīng)資料或求得上下游水量變化關(guān)系。利用這個關(guān)系即可推得舟曲在堰塞湖產(chǎn)生期間及以后的下泄流量過程。

顯然這個過程并不是一個正常的完整的洪峰過程，但是其總洪量是可以推求的，用這個總洪量與上述計(jì)算結(jié)果對照，將是十分必要的，希望水文站的同志來完成這一工作，至為重要，也是企盼的。

八、可能采取的對策

1.適時預(yù)報(bào)

氣象部門多年計(jì)劃解決雷暴雨的預(yù)報(bào)問題，在華家?guī)X上安裝預(yù)警預(yù)報(bào)雷達(dá)，做過實(shí)驗(yàn)研究，不知近來研究情況如何。在日本就有測雨預(yù)警雷達(dá)，其觀測半徑400Km,也沒聽說推廣應(yīng)用。

總之，現(xiàn)在還沒有正規(guī)的實(shí)施，沒聽說事先預(yù)報(bào)的事例。像舟曲這樣的大暴雨，未能做出任何預(yù)報(bào)預(yù)警，實(shí)屬遺憾，難道不是我們得責(zé)任嗎。

2.常言道“惹不起，還躲不起”嗎。躲的辦法，是預(yù)防自然災(zāi)害的重要辦法，或者說，幾乎是唯一的辦法。比如防震，日本人就做的好，他們的地震死亡率可說是世界最少的。原因就是防震措施到位，房屋，建筑標(biāo)準(zhǔn)非常之高，輕易不能震塌。

3.對于預(yù)防大暴雨山洪泥石流災(zāi)害，我們應(yīng)當(dāng)怎樣做呢。我們水文站網(wǎng)布設(shè)的目的，就包含有完成這一任務(wù)的方法和途徑，比如說我們在現(xiàn)有站網(wǎng)基礎(chǔ)上廣泛開展的定點(diǎn)定位洪水調(diào)查，就是一個極好的辦法和途徑，因?yàn)橛辛诉@些廣泛的資料，就可采用“地區(qū)場”洪水計(jì)算方法，進(jìn)行大小河流的洪水地理綜合，取得分區(qū)洪水計(jì)算公式，以便推求任何流域，溝道的設(shè)計(jì)洪水。有了這些設(shè)計(jì)洪水，就可以逐河作出防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，比如可規(guī)定沿溝農(nóng)田防洪堤的防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇的設(shè)計(jì)洪水；對于村莊、城鎮(zhèn)的防洪標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

4.事先對各個地區(qū)的河流溝道上的農(nóng)田、村莊、城鎮(zhèn)進(jìn)行測量，標(biāo)定不同設(shè)計(jì)洪水的高程，即可采取相應(yīng)措施。比如村莊建得太低，即應(yīng)按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)搬遷，特別是小城鎮(zhèn)更應(yīng)嚴(yán)格推行，因牽扯太多人口的安全。

舟曲縣城為什么這次遭此大難，原因就在于城市建設(shè)規(guī)劃，沒有考慮溝道洪水的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對于城北的兩條溝道產(chǎn)生巨大泥石流的可能性，沒有警惕。君不知距縣城只有20km的化馬溝，所產(chǎn)生的那場泥石流嗎，痛定思痛，我們不得不提出此問題，以警世人。以上分析和判斷，是否正確，有待驗(yàn)證和識者評論。

（本文刊登于2010年《甘肅水利水電技術(shù)》第9期）