成縣水文站東河“8·12”暴雨洪水特性分析

馮國(guó)強(qiáng)，臺(tái)會(huì)選

(甘肅省隴南水文水資源勘測(cè)局，甘肅 成縣 742500)

1 暴雨洪水區(qū)概況

1.1 東河流域概況

東河發(fā)源于北秦嶺山地的長(zhǎng)板梁，流經(jīng)徽成盆地的西部，縱貫成縣境內(nèi)，流至成縣縣城與南河匯集后成長(zhǎng)豐河。東河干流在成縣境內(nèi)流程85.4km，流域面積1101km2，流域形狀近似扇形，地勢(shì)西北高，東南低，海拔高度在960～2377m之間。上游至下游地形依次為高山區(qū)、丘陵區(qū)、川壩區(qū)。南北山地喬木林密布，低山和山麓廣布疏林和灌木叢，植被良好。川壩盆地區(qū)廣布紅層低丘，大部分開(kāi)墾為農(nóng)田。人口主要集中在溝壩和較為平坦的川壩區(qū)，農(nóng)作物以糧食作物為主，主要有小麥、玉米、黃豆、油菜籽等。流域內(nèi)無(wú)大、中型水利工程。

流域?qū)儆趤啛釒Т箨懶约撅L(fēng)氣候，四季分明，雨水充沛，氣溫較高，冬季受來(lái)自西北的冷空氣的影響，夏季盛行東南季風(fēng)和來(lái)自猛加拉灣的暖溫季風(fēng)的影響，氣候季節(jié)性差異大，垂直變化明顯。年平均氣溫為 11.9℃，月均氣溫在 －0.8℃到23.3℃，極端最高氣溫37.3℃，極端最低氣溫－15℃;多年平均降水量680mm，多年平均蒸發(fā)量1149mm，干旱指數(shù)1.79。其中黃渚關(guān)是省內(nèi)著名的暴雨中心之一，暴雨洪水頻繁。

流域內(nèi)溝壑縱橫，支流較多，較大支流自上而下有曬經(jīng)河、麻沿河、趙河、廟溝、王莊渠、周家溝、黑峪河等。

1.2 氣候特征

成縣地處大陸腹地，屬暖溫帶半濕潤(rùn)氣候，四季分明，冷暖適度，冬季受來(lái)自西北的冷空氣影響，夏季盛行東南季風(fēng)和來(lái)自孟加拉灣的暖濕季風(fēng)的影響，氣候的季節(jié)性差異大，垂直變化明顯。根據(jù)成縣氣象站1960～2009年實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，年平均氣溫11.9℃，最熱月平均氣溫23.3℃，最冷月平均氣溫－0.8℃，極端最高氣溫37.3℃，極端最低氣溫－15℃;多年平均降水量680mm，相對(duì)濕度75%。多年平均蒸發(fā)量1149mm，干旱指數(shù)1.79;多年平均日照1795h;多年平均風(fēng)速0.9m/s，最大風(fēng)速16.7m/s;無(wú)霜期210d，最大凍土深度20cm。

自然災(zāi)害有干旱、暴雨、冰雹、連陰雨、霜凍等，其中以干旱為主。

2 暴雨特性

2.1 天氣成因

甘肅省隴南地區(qū)由南向北屬北亞熱帶半濕潤(rùn)區(qū)向半濕潤(rùn)、半干旱區(qū)過(guò)渡地帶，境內(nèi)山脈縱橫交錯(cuò)，高低相差懸殊，天氣氣候差異明顯，降水時(shí)空分布不均，降水量年際變化大。該區(qū)是甘肅省年降雨量較多的地區(qū)，也是暴雨發(fā)生最多的地區(qū)。暴雨災(zāi)害是隴南地區(qū)的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一。

2.2 降雨強(qiáng)度大

受北方冷空氣、西太平洋副熱帶高壓和西南暖濕氣流的共同影響，12日1∶00～10∶30，東河流域出現(xiàn)了區(qū)域性暴雨，局部大暴雨天氣。成縣黃渚鎮(zhèn)累計(jì)降水量達(dá)到261.8mm。該次暴雨具有短歷時(shí)、強(qiáng)度大、局地性強(qiáng)等特點(diǎn)。

2.3 暴雨時(shí)空分布及特性分析

從走訪情況及點(diǎn)雨量的面上分布分析，該次暴雨走向是自西北向東南呈帶狀分布。降雨區(qū)北部起自天水市麥積區(qū)和東河流域接壤地帶，西部起自西和縣曬經(jīng)鄉(xiāng)俞家莊一帶，成縣黃渚鎮(zhèn)為這次暴雨的中心。自黃渚鎮(zhèn)向東南方向暴雨量逐漸減小，暴雨強(qiáng)度逐漸減弱。黃渚鎮(zhèn)王臺(tái)村雨量站自記雨量計(jì)記錄顯示，開(kāi)始降水時(shí)間為12日1∶00，其中1∶00～4∶00降水強(qiáng)度不大，降水量?jī)H為3.7mm，4∶00 ～9∶00降水強(qiáng)度很大，降水量為196.7mm，各時(shí)段最大降水量見(jiàn)表1。最大1小時(shí)降水量為83.5mm，最大2小時(shí)降水量為120.5mm，最大3小時(shí)降水量為144.9mm，最大4小時(shí)降水量為175.5mm。其整個(gè)降水過(guò)程量高達(dá)261.8mm。綜上所述，該次暴雨具有短歷時(shí)、強(qiáng)度大、局地性強(qiáng)的特點(diǎn)。

表1 長(zhǎng)江流域嘉陵江水系東河黃渚關(guān)雨量站各時(shí)段最大降水量

圖1 成縣站8.12洪水瞬時(shí)水文要素過(guò)程線圖

3 “8·12”洪水特征值及重現(xiàn)期

3.1 水位、流量、含沙量測(cè)次布設(shè)情況

在“8·12”洪水測(cè)驗(yàn)中，水位觀測(cè)連續(xù)完整，流量、含沙量測(cè)次布設(shè)合理，在起漲點(diǎn)、漲水段、峰頂、落水段都布設(shè)有水位、流量、含沙量的測(cè)次，能夠完整反映出洪水水位、流量、含沙量的變化過(guò)程。長(zhǎng)豐河成縣站瞬時(shí)水文要素過(guò)程線見(jiàn)圖1。

3.1.1 洪水總量

本次洪水歷時(shí)確定為8月12日8∶00～8月16日20∶00，洪水總量的計(jì)算方法為:洪水總量=徑流量－基流量。

基流的切割方法采用斜線切割法，根據(jù)成縣站2010年水文資料整編的成果，將8月12日8∶00的流量7.48m3/s，8月16日14∶00的流量21.3m3/s，分別做為峰前基流和峰后基流，經(jīng)計(jì)算洪水總量為0.3656 ×108m3。

圖2 頻率計(jì)算曲線圖

3.1.2 輸沙量

根據(jù)成縣站2010年流量及含沙量資料的整編成果，計(jì)算得本次洪水的輸沙總量為71.7×104t。

3.1.3 洪水特征

此次洪水的主要特征為:漲勢(shì)迅猛、水位高、含沙量大、漂浮物多。從9∶48開(kāi)始汛速漲水至11∶00峰頂，水位就從992.18m漲至995.86m(最高水位995.87m)，由于大量漂浮物堵塞基本斷面下游電廠的三孔進(jìn)排水閘門(mén)及斷面上游城區(qū)內(nèi)橋梁的部分橋孔，致使城區(qū)沿河至基本斷面水位抬高，基本斷面處的水位比同級(jí)流量下高0.12m左右。自從長(zhǎng)防長(zhǎng)治工程實(shí)施以來(lái)，長(zhǎng)豐河泥沙有減小的趨勢(shì)，但此次暴雨的量和強(qiáng)度都極為罕見(jiàn)，造成暴雨中心發(fā)生了為數(shù)眾多的小型滑坡體、尾礦壩垮壩、河道內(nèi)長(zhǎng)期挖沙形成的松散堆集體等因素，致使泥沙增大，含沙量為近25年來(lái)的最大值。本次洪水的主要特征值見(jiàn)表2。

表2 “8·12”洪水特征值統(tǒng)計(jì)表

3.2 洪水頻率計(jì)算

成縣水文站為國(guó)家基本水文站，實(shí)測(cè)資料完整，精度符合《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》(GB50179—93)要求，作為洪水頻率分析計(jì)算依據(jù)。自1959～2010年，共有52年實(shí)測(cè)最大洪峰流量資料系列，其中1964年7月21日實(shí)測(cè)洪峰流量1300m3/s，為本站實(shí)測(cè)最大洪峰流量。

根據(jù)《甘肅省洪水調(diào)查資料》成果，近一二百年間的可調(diào)查考證期內(nèi)，成縣共發(fā)生兩次大的洪水。最大洪水發(fā)生在1934年，調(diào)查洪峰流量為2500m3/s，調(diào)查資料成果較為可靠，可做為歷史洪水參加頻率計(jì)算，次大洪水發(fā)生在1898年，洪峰流量數(shù)值不能確定，但確切排位應(yīng)在1934年洪水之后，為歷史次大洪水，可供參考。

特大洪水一般是指歷史洪水，但在實(shí)測(cè)洪水系列中，若有大于或相當(dāng)于歷史洪水的也作為特大洪水，成縣水文站52年實(shí)測(cè)最大洪水洪峰流量量級(jí)在1000～1300m3/s之間的洪水共有四次之多，因而1300m3/s的實(shí)測(cè)最大洪峰流量在水文頻率計(jì)算中不應(yīng)做為特大洪水處理。

將河段調(diào)查的歷史洪水2500m3/s作為特大值參加計(jì)算，組成本河段53年的洪峰流量的不連續(xù)系列資料，1934年歷史洪峰流量的重現(xiàn)期可按110年確定。

首先對(duì)實(shí)測(cè)的年最大洪峰流量資料系列從大到小排序，按下式估算其經(jīng)驗(yàn)頻率:

對(duì)特大值系列洪水按下式估算其經(jīng)驗(yàn)頻率:

其中:N—樣本總長(zhǎng)度;

n—實(shí)測(cè)系列長(zhǎng)度;

a—特大洪水總數(shù);

Mi—第i個(gè)特大洪水排序號(hào);

mi—第i個(gè)實(shí)測(cè)洪水排序號(hào);

將經(jīng)驗(yàn)頻率點(diǎn)據(jù)(Pi，Qi)點(diǎn)繪在頻率格紙上，根據(jù)曲線與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)配合最佳的原則，適度考慮大洪水點(diǎn)據(jù)，調(diào)查相關(guān)參數(shù)，繪制理論頻率曲線。檢查理論曲線與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)的擬合情況，適當(dāng)調(diào)整Cv、Cs等參數(shù)，直至理論曲線與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)擬合良好，這時(shí)的Cv、Cs就是優(yōu)選的參數(shù)。

依據(jù)以上原理，將各項(xiàng)數(shù)值輸入頻率計(jì)算程序，就可以得到計(jì)算結(jié)果和生成最大流量頻率曲線圖(P－Ⅲ型)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。頻率曲線見(jiàn)圖2。

表3 成縣站不同頻率洪峰流量成果表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果和頻率曲線圖推求出成縣“8·12”洪水的重現(xiàn)期為10～15年。

降水因素是造成成縣“8·12”暴雨洪水災(zāi)害的根本原因。這次暴雨短歷時(shí)強(qiáng)度大，再加上東河流域水系發(fā)達(dá)，且各支流、支溝坡度大，洪水的沖刷和挾沙能力相當(dāng)強(qiáng)，致使很多支流支溝淤滿(mǎn)了泥沙和巨石，洪水挾裹著泥石流，任意肆虐，沿途農(nóng)田大面積被淹沒(méi)，居民的房屋被沖毀，以至于多個(gè)生命被洪水帶走。趙河與廟溝的災(zāi)害就是這樣形成的。其次，當(dāng)?shù)鼐用袢藶榭s窄河道，占用河道來(lái)建造住房，同時(shí)在河道內(nèi)采沙，亂采亂堆，河道不暢，行洪能力降低，河堤不牢固，堤防標(biāo)準(zhǔn)低，暴雨洪水預(yù)警系統(tǒng)不健全，人們防洪意識(shí)不強(qiáng)等，也是造成這次災(zāi)害的主要原因。

“8·12”暴雨洪水災(zāi)害也把人無(wú)視防洪安全以及對(duì)東河流域生態(tài)環(huán)境破壞的不良影響都顯現(xiàn)出來(lái)了。流域內(nèi)植被破壞，碎石廢渣堆積，礦山山體千瘡百孔，礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，環(huán)境污染問(wèn)題凸現(xiàn)，流域生態(tài)環(huán)境不斷惡化，水土流失嚴(yán)重。發(fā)端于上世紀(jì)70年代長(zhǎng)豐河上游的鉛鋅采礦業(yè)，支撐起了地方的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。自1980年以來(lái)的30年，是地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快的時(shí)期，是社會(huì)財(cái)富大量累積的時(shí)期，也是東河流域生態(tài)環(huán)境破壞最嚴(yán)重的時(shí)期。雖然采礦單位也做了一些復(fù)懇、植樹(shù)等工作，但流域生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)要比破壞的周期漫長(zhǎng)得多。

4 建議

(1)成縣人民政府應(yīng)利用災(zāi)后重建的有利時(shí)機(jī)，站在可持續(xù)發(fā)展、綠色、有序發(fā)展的高度，依法加大東河流域的治理力度，堅(jiān)決杜絕非法采礦、采金、采砂行為，疏浚河道，提高堤防標(biāo)準(zhǔn)，加固河堤，提高河道的行洪能力。

(2)應(yīng)建立健全暴雨洪水預(yù)警和防范系統(tǒng)，加強(qiáng)防洪知識(shí)宣傳工作，做好暴洪災(zāi)害的協(xié)防演練，盡可能降低人民生命財(cái)產(chǎn)損失。

(3)應(yīng)下大力氣做好流域內(nèi)植被的恢復(fù)和土地的復(fù)墾工作，堅(jiān)決杜絕在行洪區(qū)域內(nèi)搞建筑，把各項(xiàng)防洪法律法規(guī)落到實(shí)處，確保大暴雨洪水期間的人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

(4)由于對(duì)全流域暴雨洪水的了解和調(diào)查不夠，對(duì)長(zhǎng)豐河上游不同來(lái)水組合情況的洪水運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究甚少，因此上述的認(rèn)識(shí)是非常淺薄的。通過(guò)對(duì)這場(chǎng)洪水的分析，要認(rèn)真做好總結(jié)，為今后更好地作好洪水預(yù)報(bào)積累經(jīng)驗(yàn)，為成縣長(zhǎng)豐河防洪提供更準(zhǔn)確及時(shí)的決策依據(jù)。

(5)此次長(zhǎng)豐河的支流東河流域洪水是區(qū)域性洪水，要進(jìn)一步研究其洪水特性和傳播規(guī)律，更好地應(yīng)對(duì)長(zhǎng)豐河全流域性大洪水，確保下游段防洪安全。為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。