山洪风险区划的目的是了解小流域内容易遭到山洪袭击的地点以及人口密度和财富集中情况。按照风险区划研究的不同频率山洪强度分布特征，为防灾工程的设计基准和政府部门合理规划生产建设提供科学的参考依据(章国材，2014)。

一、山洪风险区划工作流程

如果流域内有长时间序列的水文观测记录，可以直接采用水文站提供的流域断面T年一遇水位，按照3.2.2中介绍的水文模型法得到的水位和流域面雨量的关系，推算T年一遇致洪临界雨量，然后将T年一遇致洪临界雨量输入率定好的淹没模型，得到T年一遇山洪的淹没范围和水深。根据当前承灾体的数量和价值量，评估承灾体的物理暴露，再根据承灾体的脆弱性曲线，评估可能的灾损，最后提出防御措施。在没有水文观测资料的情况下，如果山洪沟的面雨量与附近气象站的雨量有很好的相关关系，那么可以用相关法制作山洪风险区划，具体步骤如下：

1、选择代表气象站

根据致洪临界雨量累计时长，统计周边具有长时间序列降水观测记录的气象站相同时长逐时滚动累计雨量，分析与同期山洪沟面雨量之间的相关关系，通过信度检验，就可以建立二者之间降雨的函数关系。

2、构建山洪沟致洪面雨量历史序列

先构建县气象站对应山洪致洪时效雨量的年极值序列，然后根据山洪沟面雨量和气象站雨量的相关关系，计算得到山洪沟致洪时效雨量的年极值序列。

3、概率分析

采用国家气候中心研发的多概率分布函数拟合工具软件(MuDFiT)，或者其他概率统计工具，计算得到山洪沟T年一遇降水量。

4、风险区划图组的制作

将T年一遇降水量输入率定好的淹没模型，模拟得到T年一遇山洪的淹没情景，叠加不同承灾体空间分布图，分析不同情景下的承灾体暴露度，形成T年一遇山洪对不同承灾体影响的风险区划图组。

5、提出防灾减灾建议。

二、山洪风险区划服务应用案例

本节以福建莆田下磨溪为例，解析缺乏水文资料的山洪风险区划制作思路和方法。

1、致洪临界雨量的确定

按照3.2.2的方法，选择2011年9月1日台风“南玛都”造成的典型山洪，确定致灾临界雨量累计时长为2h，淹没水深和面雨量的换算表达式为：

临界面雨量= 102.72×淹没水深 + 10.927，相关系数达到0.9253。

根据这个关系式，得到预警点淹没水深0.6m、1.2m、1.8m对应的累计2h临界雨量分别为72.6mm、134.2mm和195.8mm。

2、山洪沟面雨量序列的构建

(1)资料处理

利用有自动站观测记录以来的2008～2013年下磨溪流域逐时降水资料和1991年以来莆田气象站逐时降水资料。筛选登陆影响研究区域的台风，标准为凡是登陆影响福建的台风，满足下列条件之一，该台风就是登陆影响莆田的台风：

① 莆田、仙游气象站任意一站日雨量≥50mm；

② 莆田、仙游气象站任意一站最大风速≥6级(10.8m/s)，或极大风速≥8级(17.2m/s)。

(2)相关分析

下磨溪流域上没有任何水文观测站，要开展山洪灾害风险区划，构建面雨量长序列，只能基于资料年代较长的气象站。流域内的莆田气象站可以利用。下磨溪流域只有3个气象站和自动雨量站资料可以利用，自动雨量站资料始于2011年，但是2011年以来站点资料很不稳定。为了寻找面雨量和气象站雨量之间的关系，通过审查2011年以来台风过程面雨量资料完整的只有6个台风(表8.14)。

表8.14 台风个例表

下磨溪致洪临界雨量的累计时效为2h，统计6个台风过程逐时2小时累计面雨量和莆田气象站对应时段累计降水进行相关分析，相关系数达0.9945，表达式为：

(8.5)

式中x为莆田气象站2h累计雨量，y为下磨溪2h累计面雨量。

与莆田气象站逐时2h累计雨量与相应的雷达定量估测降水QPE雨量相关系数达0.9201，表达式为：

(8.6)

式中x为莆田气象站2h累计雨量，y为下磨溪2h累计雷达定量估测降水QPE。

二者相关性很好，可以用莆田单站历年最大累计2h雨量序列(每年取一个最大值，构建年极值序列，分析结果的稳定性至少需要超过30a的观测样本)，构建下磨溪历年2h面雨量序列。

3、概率分析

采用耿贝尔(Gumbel)和P-Ⅲ(PearsonⅢ)型、Poisson－Gumbel联合极值分布函数，计算莆田站T年一遇2h累计致洪雨量(表8.15)。

表8.15 莆田气象站降水概率统计结果

表8.15中sp为经验频率与理论频率拟合均方误差，sv为经验值与理论值拟合均方误差，Dn为科尔莫哥洛夫检验中经验点与理论点间的最大偏差。拟合优度检验结果表明，Gumbel分布明显优于P-Ⅲ型分布，得到莆田市气象站2h最大降水50年一遇为143.6mm，百年一遇为159.7mm。2011年“南玛都”过程莆田最大2h雨量130.0mm，接近50年一遇。

表8.16 下磨溪流域多年一遇累计2h降水(mm)

采用联合极值分布函数构建的序列计算结果表明，台风降水50年一遇为111.6mm、100年一遇为124.6m、，200年一遇为137.5mm，2011年“南玛都”过程接近200年一遇。

总之，从拟合优度检验看，Poisson-Gumbel法最优。

采纳Poisson-Gumbel法计算下磨溪流域T年一遇降水，得到下磨溪流域的T年一遇面雨量和QPE(表8.16)。如果预测降水或实测雨量达到或超过表8.16中任何一个T年一遇临界值时，荔城区将有发生T年一遇洪水淹没的可能，可据此开展下磨溪山洪灾害风险监测、预警服务。

4、基于致洪临界雨量的山洪风险区划

将T年一遇降水与“南玛都”过程累积2h雨量最大值对应，利用他们之间的比值关系和“南玛都”逐时雨量，推算T年一遇逐时雨量，最后用此逐时雨量序列，驱动FloodArea，得到一组T年一遇流域淹没水深图。

从图8.16的百年一遇洪水淹没图可见，当下磨溪累计2h面雨量达到或超过141.4mm时，城区的太平社区淹没最深可达4.7m。

图8.16 百年一遇临界雨量对应的下磨溪洪水淹没图

根据山洪等级淹没图和一系列的T年一遇流域淹没水深图，读取区域内村庄、学校、医院、建筑、耕地等重要活动场所深淹没水深(表8.17)。将不同重现期下(5、10、15、20、30、50、100年一遇)暴雨洪涝淹没结果分别叠加该流域内的人口、GDP以及土地利用信息，得到不同重现期人口、GDP以及土地利用等风险区划图谱(表8.18)。

5、下磨溪山洪的防灾减灾建议

通过典型洪水反演构建下磨溪的雨洪关系，得到下磨溪山洪监测预警的三级临界雨量指标。根据短临气象灾害预警信号和实况山洪监测警报，对比临界雨量指标，按照表8.17和表8.18，估计可能影响的社区和村落，结合T年一遇洪水淹没图，并根据淹没图规划工程建设，制定深水区的人口撤离和疏散路线以及针对某山洪强度的防御措施，提前安排社会生产活动，最大限度减少人员伤亡和财产损失。

表8.17 不同强度洪水淹没村落表

表8.18 不同强度洪水承灾体暴露度评估

综上，山洪沟由于沟壑面积小且落差大，洪水来势凶猛，严重威胁着下游生产生活区。在这样缺乏资料和信息的区域，实现早期预警、早期防范，离不开山洪沟致灾临界雨量指标和山洪风险区划的研究。本章详细介绍了统计法、水文模型法和类比法三种常用的确定阈值方法，可以预先制作不同情景淹没图组开展业务服务。山洪沟由于流域面积小，可以忽略其降雨的空间分布，只考虑降水的时程分布，即按照流域降雨分布类型，制作不同预警点不同降雨情景下的致灾临界雨量，开展山洪风险评估。本章还介绍了山洪风险区划的一种方法，由于山洪沟缺乏水文资料，当山洪沟的面雨量与某气象站或水文站的对应时效的雨量相关性较好时，可以制作山洪风险区划。如果没有找不到气象水文代表站资料，山洪沟的风险区划很难进行。