山洪灾害分析评价技术
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2.1 山洪灾害调查

山洪灾害调查包括防治区山洪灾害调查和重点防治区山洪灾害详查。防治区山洪灾害调查主要是通过资料收集整理分析和现场调查,核对山洪灾害防治区小流域基本信息,收集处理水文资料,调查防治区内山区河道基本信息,调查各自然村落、行政村、乡(镇)、城(集)镇和企事业单位的基本情况和位置分布,调查受山洪威胁的区域、灾害类型和历史灾害情况及防治区现状等,并将受山洪威胁的区域范围调查结果标绘在工作底图上。

2.1.1 调查目标与任务

1.调查目标

通过开展山洪灾害调查,全面、准确地查清山洪灾害防治区内的人口分布情况,摸清我国山洪灾害的区域分布,掌握山洪灾害防治区内的水文气象、地形地貌、社会经济、历史山洪灾害、涉水工程、山洪沟基本情况以及我国山洪灾害防治现状等基础信息,并建立山洪灾害调查成果数据库,为山洪灾害分析评价和防治提供基础数据。

2.调查任务与内容

(1)以县级行政区划为单位,通过内业整理和现场调查,获取县(市、区、旗)、乡(镇、街道办事处)、行政村(居民委员会)、自然村(村民小组)和山洪灾害防治区内的企事业单位(包括受山洪灾害威胁的工矿企业、学校、医院、景区等)的基本情况和位置分布,包括居民区范围、人口、户数、住房数等,初步确定山洪灾害危害程度。

(2)收集整理山洪灾害防治区水文气象资料和小流域暴雨洪水分析方法。

(3)对统一划分的小流域及其基础数据进行现场核查。根据地形地貌、社会经济和涉水工程变化情况,以及分析评价工作需要,使用现场采集终端,对小流域出口节点位置、土地利用情况和土壤植被进行核查,对有变化的区域提出修改建议。

(4)重点调查防治区内影响居民区防洪安全的塘(堰)坝、路涵、桥梁等涉水建筑物基本情况。

(5)调查统计各县历史山洪灾害情况,包括山洪灾害发生次数,发生时间、地点和范围,灾害损失情况。重点是新中国成立以来发生的山洪灾害,确保不遗漏发生人员伤亡的山洪灾害事件。

(6)在受山洪灾害威胁的沿河村落(城镇、集镇),通过现场查勘、问询、洪痕调查和专业分析等方法,调查历史最高洪水位或最高可能淹没水位,综合确定可能受山洪威胁的居民区范围(危险区),调查危险区内居民基本情况、企事业单位信息,在工作底图上标绘出危险区范围及转移路线和临时安置点。

(7)对具有区域代表性的典型历史山洪,参照水文调查规范开展调查,调查洪痕,对洪痕所在河道断面进行测量,并收集历史洪水对应的降雨资料,计算洪峰流量,估算洪水的重现期。

(8)对需要防洪治理的山洪沟基本情况进行调查,内容包括:山洪沟名称、所在行政区、现状防洪能力、已有防护工程情况;山洪沟附近受山洪威胁的乡(镇)、村庄数量;人口、耕地、重要公共基础设施情况;主要山洪灾害损失情况、需采取的治理措施等。

(9)以县级行政区划为单元,统计山洪灾害防治非工程措施建设成果,包括自动监测站、无线预警广播(报警)站、简易雨量站和简易水位站等的位置和基本情况。

(10)对影响重要城(集)镇、沿河村落安全的河道进行控制断面测量,以满足小流域暴雨洪水分析计算、现状防洪能力评价、危险区划分和预警指标分析的要求。控制断面测量成果要反映河道断面形态和特征,标注成灾水位、历史最高洪水位等。

(11)在防治区山洪灾害调查的基础上,对重点防治区(部分重要城镇、集镇和村落)内受威胁的居民区人口,以及住房位置、高程和数量等进行现场详查,以获取居民沿高程分布情况。

3.调查的基本原则

(1)真实可靠性。调查对象的信息真实反映山洪灾害防治区内的自然条件、社会经济、水利工程、水文气象等情况,填报的信息需真实可靠。

(2)规范统一性。山洪灾害调查采取中央和地方分工协作、逐级审核、内业和外业互为补充的工作方式。中央通过收集加工国家基础地理信息数据和遥感卫星影像数据,制作现场调查工作底图,已获取了部分调查指标信息。地方各级要在中央统一的技术路线和方法指导下,采用统一标准、统一要求、统一方法开展调查工作。

(3)充分利用现有成果。山洪灾害调查要充分利用已有成果,如社会经济统计资料、大比例尺地形图、近期的高分辨率遥感影像、水利工程资料、水利普查成果和其他有关专题调查资料,水文、地质资料,土地利用、土壤和植被资料,各地方史志等。对已有成果,有的可直接引用,有的可作为复核和评估调查成果的重要参考资料。

(4)有效检核。在充分应用已有资料的同时,应对原有文档、图、表等进行有效检核,对现场调查,应加强过程控制和审核,及时发现问题、纠正错误;对发现的有关调查设计过程中的不合理之处,应及时向项目主管部门反映。

(5)内外业相结合。山洪灾害调查采用内业和外业相结合的原则。内业充分利用各种专业调查和统计部门的成果资料,尽可能多地提取所需要的信息;外业侧重于抽查核对。对于内业没有的信息和指标,现场根据目测、走访和辅助测量工具获取所需信息。对于专业性强的测量工作,则由具有相应资质的专业单位完成。

4.调查技术路线及步骤

根据山洪灾害调查的总体目标要求,采取内业调查和外业调查、全面调查和重点调查相结合的调查方式,通过前期准备、内业调查、外业调查和测量、检查验收等工作阶段,全面查清山洪灾害防治区的基本情况,有效获取山洪灾害防治区的基础信息。

山洪灾害调查需基于两个条件来开展:①基础数据和工作底图;②现场数据采集终端软件。基础数据和工作底图包括遥感影像图层、经保密技术处理的小流域专题图层及基础属性数据、1∶25万基础地理信息图层、土地利用和植被类型图层、土壤类型和土壤质地图层。除前期基础工作已获得的数据外,调查对象的数据需要在工作底图上获取、标绘或填报,并通过工作底图来建立调查对象之间的空间关联关系。现场数据采集终端软件可满足调查对象的数据录入、标绘、编辑、打印、上报等作业的基本要求。

山洪灾害调查的主要步骤可分为前期准备、内业调查、外业调查和检查验收四个阶段。山洪灾害调查技术路线如图2-1所示。

图2-1 山洪灾害调查技术路线图

(1) 前期准备阶段。主要包含编制调查方案及相应技术要求、收集处理基础数据,准备调查工具,成立调查机构、落实调查人员,编制工作方案,开展调查业务培训,以及宣传动员等环节。在前期基础工作中,中央统一组织划分了小流域,分析提取了小流域基本属性,制作了工作底图,开发了现场数据采集终端软件。工作底图主要包括卫星影像图、县和乡(镇)界(线、面)、居民地点、小流域图及基础属性等。

(2) 内业调查阶段。以县级调查机构为主组织实施,针对调查对象的特点,根据收集到的资料,调查人员登记调查对象名录,包括调查对象名称、位置、规模等基本信息。对于可在内业完成的调查任务,直接填写相应对象的调查信息。对调查的信息进行审核、检查,确保调查对象不重不漏。确定调查表的填报单位。

(3)外业调查阶段。根据内业调查阶段的成果和调查对象的实际情况,调查表填报单位或调查员分别通过基层填报、实地访问、现场测量、工程查勘、推算估算等方法获取调查数据。

(4)检查验收阶段。县级调查机构采取交叉作业的方式,抽取一定比例调查信息进行抽查,与已有成果进行对比,统计分析错误率,若不满足验收标准要求则重新调查,直至满足验收标准为止。通过调查评价数据审核汇集软件按预先设定的审核关系进行自动校审,发现错误及时处理。上级调查机构指导下级调查机构的审核工作,进行随机抽查、检查,发现问题及时解决,避免系统性偏差。

2.1.2 前期准备工作

1.组织协调

地方各级调查主管部门根据任务分工和质量控制要求,认真组织实施山洪灾害调查工作,要做到组织有力、上下协调、措施到位、成果合格。

(1)地方各级主管部门负责本辖区山洪灾害调查的组织和领导工作。

(2)地方各级调查主管单位具体组织实施山洪灾害调查工作。

2.编制工作方案

山洪灾害调查工作方案的主要内容包括目标任务、环境条件、各项工作的布置及其工作量、工作方法及技术要求、人员组织、技术及质量保障措施、环境与职业健康安全、经费预算、工作限期和预期成果等。各地可根据实际情况,补充制定现场调查对象,如塘(堰)坝、桥梁、路涵等涉水工程的具体调查标准和方法。工作方案应做到任务明确,依据充分,工作部署合理,技术方法简单可行,保障措施得力,文字简明扼要,重点突出,所附图、表齐全、清晰。工作方案应符合相关的技术要求。

3.组织调查队伍

根据各阶段的工作内容和工作重点,成立熟悉业务的调查队伍,做好任务分工并注意各个环节之间的衔接与配合,做到单位人员分工明确、工作任务不重不漏。

4.开展业务培训

组织调查人员进行相关业务培训,充分理解各项调查内容和要求,明确各自职责。熟悉工作方法和技术要求,熟悉调查表格及指标的内容和格式,熟练掌握调查工具和软件的操作使用。

2.1.3 历史洪水调查

根据新中国成立以来发生的历史山洪灾害记录,对具有区域代表性的典型场次洪水,按照历史洪水调查相关要求进行现场调查,考证洪水痕迹,对洪痕所在河道断面进行测量,并收集调查相应的降雨资料,估算洪峰流量和洪水重现期。

1.历史山洪灾害洪水调查成果的内容

(1)洪痕、河道横断面及河道纵断面的调查和测量。具体要求按照《水文调查规范》(SL 196—2015)和《水文普通测量规范》(SL 58—2014)有关规定执行。现场调查历史洪水痕迹时,需做好洪水考证记录,包括洪水发生时间、洪水痕迹(包括洪水编号、所在位置、高程、可靠程度)、指认人情况(包括姓名、性别、年龄、住址、文化程度)、洪水访问情况、调查单位及时间。

(2)河道横、纵断面测量可参照相关技术要求进行。横断面上需标绘洪水位;纵断面上应绘出平均河床高程线、调查水面线、调查洪痕点及各调查年份历史洪水水面线。对各洪痕点结合水面线进行可靠性和代表性的分析和评定。

(3)对于一些有重要价值及对估算洪水大小有参考意义的调查访问资料应进行摄影,摄影的内容一般为明显的洪水痕迹、河道形势和地形、河床及滩地的河床质及覆盖情况等。

(4)收集历史洪水对应的降雨资料,并估算洪峰流量和洪水重现期。内容包括山洪灾害发生位置、山洪灾害类型、山洪灾害发生时间、调查时间、降雨开始时间、最大雨强出现时间、降雨历时、总雨量、最大雨强、最大雨强至灾害发生的时距、降雨发生至灾害发生时距、调查最大洪水流量、调查最高水位、重现期、可靠性评定。

(5)编写调查报告。应包括下列内容:调查工作的组织、范围和工作进行情况;调查地区的自然地理概况、河流及水文气象特征等方面的概述;调查各次洪水、暴雨情况的描述和分析及成果可靠程度的评价;洪水调查河段地形图或平面图(反映调查河段内河床地形及洪水泛滥情况,以工作底图为基础编制);对调查成果作出的初步结论并指出存在的问题;报告的附件,包括附表、附图、照片。最后将调查成果汇总到调查成果分类汇总表。

2.历史洪水调查的方法

根据历史山洪灾害记录,对具有区域代表性的典型场次洪水,按照历史洪水调查相关要求进行现场调查,考证洪痕,对洪痕所在河道断面进行测量,并收集调查相应的降雨资料,估算洪峰流量和洪水重现期,掌握了解该地区历史洪水情况,为山洪灾害分析评价提供基础数据。洪水调查整编情况说明表见表2-1。

2.1.4 河道断面测量

1.河道断面测量要求

断面测量工作的范围为沿河村落、重要集镇和重要城镇所在沟道的断面测量。主要内容包括以下几个方面。

(1)每个沿河村落、重要集镇和重要城镇测量1个纵断面和2~3个横断面(其中标注居民区成灾水位的横断面为控制断面),如有多条支流汇入,每条支流应加测1个纵断面和2~3个横断面(图2-2~图2-4)。

表2-1 洪水调查整编情况说明表

图2-2 单沟道控制断面位置选择

图2-3 两条沟道交汇处村落控制断面位置选择

图2-4 多条沟道交汇处沿河村落控制断面位置选择

(2)沿河村落、重要集镇和重要城镇的上下游横断面间距,视河段坡降大小、断面变化程度而定,一般为300~500m,具体可参照《水工建筑物与堰槽测流规程》(SL 537—2011)。选取的横断面应能反应河道形状,尽量选择河势平稳、河道顺直段,横断面间不应有桥梁、堰、陡坎和卡口等;如无法避免桥梁、堰、陡坎和卡口等控制性建筑物,应增加测量控制性建筑物断面。横断面水上部分应测至历史最高洪水位0.5~1.0m以上;对于漫滩大的河流可只测至洪水边;有堤防的河流应测至堤防背河侧的地面;无堤防而洪水漫溢至与河流平行的铁路公路围圩时则测至其外侧。

(3)纵断面测量一般沿沟(河)道深泓线(山谷线)布置,并向上下游断面外各延伸100~200m。对于有水面的河道在测量河底高程的同时测量水面高程。对于有历史洪痕的河段需测洪痕点坐标和高程。

(4)断面属性描述:河道/沟道的断面形态(三角形、抛物线形、矩形、复式)和河床底质(泥质、砂质、卵石、岩石)情况。

(5)测量成灾水位和历史最高洪水位。在河道断面测量阶段,对沿河村落和重要城(集)镇现场详查阶段标志的成灾水位位置和历史最高洪水位位置,测量出经纬度坐标和高程,并转化为控制断面上的成灾水位和历史最高洪水位。

2.断面特征点选取原则

(1)横断面的基点:以左岸断面桩的起点作为横断面的基点(即起点距的零点),若自右岸断面桩作为基点则应注明。

(2)断面特征点选取:

1) 断面形态呈三角形时,深泓线上的基点为特征点,根据坡度的变化,其他变坡点之间的水平间距取20~40m,坡度变化超过10°处应选择一个特征点。

2) 断面形态呈抛物线形时,深泓线附近坡度变化剧烈,应在5~20m的间距选择一个特征点,随着坡度变化减缓,特征点之间的水平间距取20~40 m。

3) 断面形态呈矩形时,两边悬崖顶部、中部和底部各测量一个特征点,沟道底部特征点之间按照实际情况适当测量2~10个点。

4)断面形态呈复式时,选取断面特征点符合规定。

(3)当沟道断面穿过建筑物、构筑物时,断面上应增加如下特征点:

1) 断面穿过堤防时,断面上增加两个特征点——堤顶点和堤底点。

2) 断面穿过阻水树林时,断面上增加两个特征点——树林边界点。

3) 断面穿过阻隔河道的建筑物时,断面上增加两个特征点——建筑物边界点。

(4)断面特征点及野外测量编码应符合相关的规定。

(5)每个河道横断面应有不少于6个能反映河道特征的特征点。测量特征点主要有基点、堤(坡)顶、堤(坡)脚、水边点、历史最高洪水位点、深泓线点(或河底点)。

3.断面测量成果表

(1)纵断面测量提交成果。纵断面测量成果由沟道基点构成的深泓线断面数据和属性、水面线或历史洪痕构成,沟道纵断面成果填入表2-2,历史洪痕填入表2-3。

(2)横断面测量提交成果。横断面测量成果由横断面经过的河道地形点和属性、水面、历史洪痕、成灾水位等信息组成,横断面成果应填入表2-4。信息包括以下几个方面。

1) 横断面元素。横断面的断面元素由断面点的WGS84坐标和国家85高程构成,或由WGS84坐标系和假定高程构成。

表2-2 某村所在沟道纵断面成果表

注:1.所在位置:填写城镇的纵断面填写××省××县;集镇的纵断面填写××省××县××镇;沿河村落的纵断面填写××省××县××镇××村。

2.所在沟道:填写沟道名称。

3.行政区划代码:填写断面所在行政村的区划代码。

4.控制点经度:本村落平面控制点经度,保留7位小数。

5.控制点纬度:本村落平面控制点纬度,保留7位小数。

6.控制点高程:本村落的控制点高程。

7.高程系:①85高程系;②假定高程系。

8.测量方法为:①水准仪/卷尺测量法;②GNSS RTK测量法;③全站仪法;④三维激光扫描方法的其中一种。

9.距离:距上一测点的距离。填写距离和量距方向时,必须填写起点和终点的经纬度。

10.量距方向:为两点之间的方位角。如填写测量点的经纬度则不需要填写量距方向。

11.河底高程:纵断面河底点的高程,保留3位小数。

12.水面高程:沿河道的水面高程,保留3位小数。

13.经度:纵断面测点经度,保留7位小数。

表2-3 某村所在沟道历史洪痕成果表

注:1.所在位置:填写城镇的纵断面填写××省××县;集镇的纵断面填写××省××县××镇;沿河村落的纵断面填写××省××县××镇××村。

2.所在沟道:填写沟道名称。

3.行政区划代码:填写断面所在行政村的区划代码。

4.测量方法为:①水准仪/卷尺测量法;②GNSS RTK测量法;③全站仪法;④三维激光扫描方法的其中一种。

5.测点经度:所测洪痕点的经度,保留7位小数。

6.测点纬度:所测洪痕点的纬度,保留7位小数。

7.测点高程:历史洪痕点的高程,保留3位小数。

8.洪水场次:产生洪痕的洪水时间,按年月日填写。

2) 横断面点排列顺序。野外测量的断面点经常是无序的,内业工作需要给横断面点排列顺序,排列顺序法则是:以左岸第一点为基点,并从基点开始,面向下游方向,断面点由左到右排序,断面点元素与属性一同排序,并将测量的断面点坐标归算到横断面线上。

3) 断面成果表。断面成果表由点号、特征点(可统一填写名称或属性代码)、WGS-84北坐标(纬度)、东坐标(经度)和高程组成,格式见表2-4。

表2-4 某村所在沟道横断面测量成果表

注:1.所在位置:填写城镇的横断面填写××省××县;集镇的横断面填写××省××县××镇;沿河村落的横断面填写××省××县××镇××村。

2.行政区划代码;填写断面所在行政村的区划代码。

3.所在沟道:填写横断面所在沟道名称。

4.断面标识:0代表上游;1代表下游;2代表控制断面。

5.断面形状类型:A:矩形;B:抛物线形;C:三角形;D;复合型。

6.河床底质:0:岩石;1:砂砾石;2:砂土;3:壤土;4:黏土。

7.测量方法为:①水准仪卷尺测量法;②GNSS RTK测量法;③全站仪法;④三维激光扫描方法的其中一种。

8.基点经度:横断面所在坐标系内起点的经度,保留7位小数。

9.基点纬度:横断面所在坐标系内起点的纬度,保留7位小数。

10.基点高程:横断面所在坐标系内起点的高程。

11.断面方位角:横断面的方位角,保留4位小数。

12.历史最高水位:根据洪痕确定的历史最高水位。

13.成灾水位:防治区内可能发生山洪灾害的最低水位。

14.起点距:左岸基点的起点距为0。如定右岸为基点,基点的起点距填写断面最长距离。基点的起点距为必填项(填写经纬度数据可不填写起点距)。

15.高程:测点的高程,保留3位小数。

16.经度:测量点的经度,保留7位小数。

17.纬度:测量点的纬度,保留7位小数。

18.糙率:根据现场下垫面情况,参照水文手册中下垫面糙率值分段填写。

(3)成果文件组织和命名。为保持断面成果的统一性与规范性,对提交成果文件夹的数据存储方式进行统一规定。断面成果包括断面测量成果报告和断面测量成果表。断面测量成果报告文件格式为*.doc,断面测量成果表文件格式为*.xls。断面成果存储时分三级文件目录组织,其中:第一级以县为单位进行组织,第二级文件夹以行政村为单位进行组织,第三级文件夹以断面组号为单位组织(断面组号从001开始顺序编起),包含纵断面成果和横断面成果文件。

4.涉水工程调查

(1)重点调查防治区内对沿河村落防洪安全可能产生较大影响的塘(堰)坝、桥梁、路涵等工程。选择塘(堰)坝、桥梁、路涵等调查对象的原则是:在洪水期间,可能严重阻水;或可能因杂物阻塞等原因会造成水位抬高,淹没上游居民区;或可能因工程溃决威胁下游居民区安全的工程必需调查。各地根据具体情况,确定调查对象。

(2)现场将工程位置标绘在工作底图上,位置标绘相对误差要求不超过10m。

(3)对工程主体拍摄满足分辨率要求(像素不小于800ppi×600ppi)的照片存档,照片应能反映工程主体与周边地形的关系,反映工程的主体结构尺寸。拍照片的时候,在涉水建筑物旁竖一个不小于2m长的标尺,以便能根据照片中的标尺估计建筑物的大概尺寸。每个调查点照片不超过3幅。

(4) 塘(堰)坝工程的调查范围是:塘坝的容积限制为1万m3以上、10万m3以下;(堰)坝的坝高限制在2m以上。调查内容包括所在政区名称、塘(堰)坝代码、塘(堰)坝名称、总库容、坝高、坝长、挡水主坝类型。

(5) 路涵的调查内容包括所在行政区名称、涵洞名称、涵洞编码、类型、涵洞高、涵洞长、涵洞宽。

(6) 桥梁的调查内容包括所在政区、桥梁名称、桥梁编码、类型、桥长、桥宽、桥高。

(7) 重点调查在居民区附近、对河道行洪有较大影响的桥梁和路涵;对居民区安全影响较小的规模较大或规模很小的路涵和桥梁可以不调查。

2.1.5 居民住房位置和高程测量

(1)对重要城(集)镇、沿河村落居民户住房位置及基础高程进行测量,测量范围为历史最高洪水位(或可能淹没水位)以下的居民住房。

(2)重要城(集)镇、沿河村落居民户住房位置及高程测量与河段内各组纵横断面河底高程测量同步进行,采用同一坐标系统和高程系。

(3)每座住房测量一个代表坐标点(平面坐标和基础高程);企事业单位等人口密集区的每个建筑物测量一个坐标点(平面坐标和高程点)。