寧夏干旱地區暴雨洪水重現期的特點分析

張萬寶

（寧夏水文水資源勘測局，銀川 750001）

寧夏局地暴雨洪水頻繁，如賀蘭山地區1998年5月20日和2006年7月14日的暴雨洪水等。作為寧夏計算設計洪水主要工具，《寧夏暴雨洪水圖集》中的計算方法、計算參數的取值合理性及暴雨資料系列延長后的變化情況等因素，流域下墊面條件的變化對暴雨洪水關系的影響，是目前水利工程建設采用設計洪水計算所考慮的主要影響因素。設計洪水計算成果是工程設計的基礎和依據，計算成果的準確合理性，直接影響到工程投資規模和工程安全。近年來水利部加大了對中小型水庫除險加固改造、中小河流治理等建設項目的投資和實施力度，設計洪水計算成果的重要性更加突出。因此，對目前使用的《寧夏暴雨洪水圖集》中對設計洪水分析計算成果進行分析研究十分必要。

1 重現期概念

洪水重現期是指某地區發生的洪水為多少年一遇的洪水，意思是發生這樣大小（量級）的洪水在很長時期內平均多少年出現一次。通常所說的某洪峰流量是多少年一遇，所說的多少年是該量級洪水流量的重現期。例如，百年一遇的洪水，是指在很長的一段時間內，平均一百年才出現一次這樣大小的洪水，但不能認為恰好每隔一百年就會出現一次，從頻率的概念理解，這樣大小的洪水也可能百年內出現不止一次，也許百年中一次也沒出現。

2 設計洪水計算

2.1 無資料地區采用《寧夏暴雨洪水圖集》計算

由設計暴雨推求設計洪水，認為某一頻率的設計暴雨將產生同一頻率的設計洪水。設計點雨量和面雨量的計算、設計面雨量的時程分配及產匯流計算的相關計算經驗公式及方法采用 《寧夏暴雨洪水圖集》，暴雨參數的取值采用新修訂的暴雨等值線圖，資料系列為1956～2000年。

2.2 計算設計暴雨

寧夏面雨量分配依據各分區暴雨特點和不同工程對設計洪水的需求，有同頻內包、概化、典型3種設計雨型分配型式。

（1）同頻內包雨型的特點是各時段降雨均達到設計頻率的雨量標準，其中1h雨量最為集中，達到46.5%，降雨過程呈寶塔型，暴雨特別集中，反映出干旱地區的暴雨特性，是小面積形成較大洪峰的雨型。

（2）概化雨型是將多次大暴雨的主雨峰對齊，以6h為一個分配單元計算出的本地區的綜合概化雨型的分配比例，概化雨型是多次暴雨的平均分配情況，除6，12h的雨量達到設計標準外，其他時段降雨均未達到設計頻率的降雨量標準，同當地降雨時間稍長的降雨過程接近，能使造峰歷時長的較大流域產生較大洪水。

（3）典型雨型是選用當地降水量大，歷時長（寧夏最大歷時一般不超過24h），產生較大洪水的典型雨型作為設計面雨量的過程進行分配。

2.3 產流計算方法

根據面雨量分配過程用扣損法計算產流過程，產流公式：

式中 Ri為產流期某時段凈雨（mm）；Hi為產流期某時段面雨量（mm）；fi為產流期某時段損失水量（mm）。

根據《寧夏暴雨洪水圖集》中的產流分區，選用產流公式中的相關參數公式：

式中 fi為產流期某時段損失水量（mm）；fm為產流期平均入滲率最大值（mm/h）；K為指數；Ptc為產流歷時內的降雨量（mm）。

2.4 匯流計算

寧夏采用納希瞬時單位線法推求。按納希瞬時單位線原理，就是凈雨歷時趨于零的極小時段內產生的一個單位凈雨（1mm凈雨深）在出口處所形成的流量過程線。根據《寧夏暴雨洪水圖集》中匯流分區及流域面積、概化河長等要素計算匯流參數，進而計算出設計洪水過程線。

2.5 設計洪水成果

設計條件下的時段降雨量1，6h降雨認為是同頻率的，即設計標準100年一遇，則1～6h的各降雨量均為100年一遇。設計條件下認為是同頻率的暴雨產生同頻率的洪水，即1～6h的各降雨量均為100年一遇，則流域出口斷面的洪水（洪峰、洪量）也為100年一遇。

3 設計洪水計算與實測洪水的差別

3.1 實測典型暴雨分析

1998年5月20日，賀蘭山出現較大范圍的暴雨，其中蘇峪口站實測6h降雨量達到167.8mm，達100年一遇，而1h降雨量僅為30年一遇，如表1。

表1 暴雨重現期 單位：mm

2002年6月7日，寧夏大范圍降雨，暴雨特點是籠罩范圍大，大于50mm的雨區面積占全區總面積的64%。暴雨重現期：賀蘭山3處暴雨中心雨量12，24h降雨達到20年一遇，6h暴雨僅小口子為20年一遇，其他兩站為5年一遇。1h暴雨僅小口子略大于多年平均值，黃草灘、正宜關站多年均值分別為22.5，18mm，本次暴雨1h雨量小于年均值，如表2。

表2 代表站暴雨重現期 單位：mm

2013年6月7日西吉縣等地出現較大暴雨，根據實測暴雨資料分析，1，6h降雨量發生的頻率不同頻，6h降雨重現期遠高于1h降雨重現期，如表3。

表3 代表站暴雨重現期 單位：mm

綜合分析，1，6h降雨量與設計洪水計算的1，6h設計暴雨差異，即典型暴雨中1，6h降雨量重現期不同頻，且1h降雨量占6h降雨量的比例大部分比設計洪水計算中采用同頻內包雨型計算的設計暴雨明顯偏小。設計暴雨是在假定1，6h降雨量同頻率出現條件下暴雨產生的洪水，而實際發生的暴雨和洪水往往與設計值有一定的差異。

3.2 實測典型洪水分析

3.2.1 汝箕溝水文站

設站以來2009年發生了最大洪水，洪峰流量674m3/s；次大洪水發生于1979年，洪峰流量592m3/s。根據《寧夏洪水調查資料匯編》中賀蘭山地區洪水調查及考證，自1902年以來，賀蘭山多處發生大洪水，但沒有汝箕溝的記載，因此，參考考證期的洪水情況，在2009年最大洪水未出現前。實測資料系列（1966～2008）中，1979年洪峰流量的重現期為100年一遇洪水， 當2009年洪水出現后 （1966～2010），則2009年洪水為100年一遇洪水，1979年洪水為50年一遇洪水，但兩次洪水發生的年份僅相隔30年。

3.2.2 清水河韓府灣水文站

1959年設站來，1995、1996年相繼出現較大洪峰， 洪峰流量分別為：1500，1110m3/s，1995年洪水是設站以來最大。從頻率分析，1995年洪水相當于50年一遇，1996年洪水相當于30年一遇，但實際上兩次洪水是連續出現。

3.3 實測洪峰與洪量的關系

根據涇河源、鳴沙、汝箕溝水文站實測資料，統計較大場次洪水的洪峰流量與洪水總量，建立其洪峰流量與洪水總量的相關關系，大部分場次洪水的洪峰流量與洪水總量具有洪峰大、洪量相應也大的關系，但其相關性較差，相關系數分別0.21，0.4，0.48，有部分場次洪水出現不規律的情況。如涇河源站1981年8月21日與1984年7月10日的兩次洪水，洪峰相差不大，但洪量相差40%左右；2006年實測最大洪峰流量347m3/s，不足20年一遇，而洪量650m3/s，相當于100年一遇；2009年實測最大洪峰流量674m3/s，相當于100年一遇，但洪量379m3/s，相當于30年一遇。洪水過程差異加大是洪峰與洪量頻率不對應的主要原因。

綜上所述：①洪峰與洪量有一定的相關關系，但相關性較差；②洪峰與洪量不同頻的現象較多。

4 結語

（1）寧夏局地暴雨較多，具有暴雨強度大、歷時短的特點，暴雨時程分布、空間分布變化較大，且大多情況下1，6h暴雨不同頻率出現，常造成暴雨與洪水不同頻率出現。

（2）寧夏暴雨的局地性與突發性特點，造成洪水的洪峰流量與洪水總量的相關性較差，即最大洪峰流量與之所對應的洪水總量不同頻率。

（3）洪峰與洪量有一定的相關關系，但相關性較差。洪峰與洪量不同頻的現象較多，與設計條件下認為是同頻率的暴雨產生同頻率的洪水有一定的差異。

［1］寧夏水文水資源勘測局.寧夏暴雨洪水圖集［R］.1986.

［2］寧夏水文水資源勘測局.寧夏干旱半干旱區小流域暴雨洪湖隨泥沙研究［Z］.2000.

［3］寧夏水文水資源勘測局.寧夏典型暴雨洪水分析成果匯編［R］.2014.

［4］寧夏水旱災害編寫組.寧夏水旱災害［Z］.1995.

［5］陳家琦.小流域暴雨洪水計算［M］.北京：中國水利水電出版社，2004.