汾河下游降雨對洪水特性的影響分析

樊 盼

（山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 運(yùn)城 044004）

汾河下游降雨對洪水特性的影響分析

樊 盼

（山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 運(yùn)城 044004）

受汾河下游河段的石灘、柴莊等水文站受靈霍山峽特殊地形的影響，其洪峰流量大于中游河段。為了了解汾河流域下游降雨對洪水特性的影響，選取柴莊～河津段的洪水進(jìn)行實(shí)例分析。結(jié)果：區(qū)間主降雨量與洪峰流量大致成正比關(guān)系，河津斷面的洪水主要由柴莊以上的洪水沿河道演進(jìn)而來；上下游水文站洪峰流量之間成正相關(guān)規(guī)律，其傳播時(shí)間隨著洪峰流量的增大而增大；成果可供該區(qū)域洪水預(yù)報(bào)參考。

降雨量；洪水特性；洪峰流量；傳播時(shí)間；汾河

1 概述

汾河是山西省境內(nèi)最大的河流，在地理位置上其流域處于中緯度大陸性季風(fēng)帶[1，2]，該區(qū)域氣候?yàn)榘敫珊怠霛駶櫺停募痉置鳌Ｓ捎谑艿郊撅L(fēng)氣候的影響，降雨的年際變化較大，年內(nèi)分配不均，全年70%降雨量集中在6～9月份，并且多以暴雨形式出現(xiàn)；降水量總體分布趨勢為南北兩端和東西兩側(cè)山區(qū)高，中部盆地低。

汾河上游洪水在進(jìn)入霍山峽地帶經(jīng)中游平原型河道削減后[3]，洪峰就已大幅減小，一般不會(huì)對下游地帶形成威脅。汾河下游干流洪水多由中、下游及區(qū)間暴雨產(chǎn)生，尤以靈霍山峽和臨汾段主要支流產(chǎn)洪為主，形成歷時(shí)短、洪峰較大、洪量較小的洪水。在地區(qū)分布上，洪峰流量汾河上游大于中游，但受靈霍山峽特殊地形的影響，汾河下游河段的石灘、柴莊等水文站洪峰流量又大于中游段[4]。許多專家學(xué)者針對各地河流的洪水傳播規(guī)律及其特性進(jìn)行了大量的研究[5-9].為了更詳細(xì)的了解汾河流域下游降雨對洪水特性的影響，選取柴莊～河津段的洪水進(jìn)行實(shí)例分析，通過分析洪水發(fā)生、傳播的規(guī)律得出不同量級洪水、不同區(qū)間來水及走向所產(chǎn)生的洪水的過程，并對洪水作出預(yù)測。

2 研究區(qū)域概況

柴莊～河津段，河段長107 km，區(qū)間面積4 796 km2。區(qū)間有一級支流澮河匯入，澮河干流上建有澮河水庫，控制流域面積1 301 km2，是一座具有灌溉、防洪、養(yǎng)魚等綜合效益的水庫。該庫于1959年建成，總庫容7 517萬m3，是晉南地區(qū)庫容最大的一座水庫。1997～2005年由國家投資對水庫進(jìn)行了兩期除險(xiǎn)加固改造，在大壩右端增建無壓泄洪洞，大壩加高4 m，溢洪道增設(shè)了閘門控制，右壩肩進(jìn)行了高噴防滲處理，工程總投資達(dá)8 918萬元。除險(xiǎn)加固工程完成后，水庫總庫容提高到9 964萬m3。工程防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到100年一遇洪水設(shè)計(jì)，1000年一遇洪水校核的部分標(biāo)準(zhǔn)。水庫上游建有小河口水庫，控制流域面積338 km2，總庫容329 m3。由于澮河水庫和小河口水庫的調(diào)蓄，澮河匯入汾河的流量微乎其微，可忽略不計(jì)。

該段選用站點(diǎn)27處，其中水文站4處，雨量站18處，氣象站5處，共選用不同量級洪水14場，分析統(tǒng)計(jì)了降雨時(shí)間、歷時(shí)、大小、特性、范圍、分布。

3 結(jié)果分析

3.1 降雨量與洪水關(guān)系

柴莊～河津段共選用不同量級洪水14場（見表1）。從表1中可以看出：所選14場洪水中，有4場區(qū)間無降雨，4場區(qū)間主雨雨量小于1 mm，4場區(qū)間雨量小于5 mm；區(qū)間主雨雨量大的柴莊和河津的洪峰流量也大，基本成正相關(guān)；而且，柴莊至河津區(qū)間中的洪水不易與干流遭遇，區(qū)間入流很小。因此，河津斷面的洪水主要由柴莊以上的洪水沿河道演進(jìn)而來。

表1 汾河干流柴莊～河津段洪水特征值統(tǒng)計(jì)表

3.2 洪峰流量特性分析

針對上述統(tǒng)計(jì)的各場洪水，可以看出1971年洪水洪峰流量的出現(xiàn)的時(shí)間比較集中，且出現(xiàn)頻率較高，對其進(jìn)行分析，以第一場洪水洪峰流量出現(xiàn)時(shí)間為起點(diǎn)，得到了柴莊和河津水文站的洪峰流量過程線（見圖1）。從圖1可以看出：洪峰流量峰值出現(xiàn)了兩次，第二次的洪峰流量峰值小于第一次，且持續(xù)時(shí)間也比第一次短。

運(yùn)用該河段不同場次的洪水洪峰流量數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行擬合，得到了各個(gè)河段上下游的洪水流量關(guān)系曲線（見圖2）。從圖2可以看出：上游的洪峰流量與下游的洪峰流量成正相關(guān)，向下游逐漸減小。對上游柴莊與下游河津的洪峰流量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得其關(guān)系曲線表達(dá)式為：Q河津=-0.000000001Q4柴莊其相關(guān)系數(shù)為R2=0.961。

計(jì)算31場洪峰流量的衰減率（見表2）。對表2的衰減率按不同的洪水量級進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以看出洪峰流量的衰減率隨著洪峰流量的增大有增大的趨勢。

圖1 1971年柴莊和河津洪峰流量過程線

圖2 柴莊～河津洪峰流量相關(guān)關(guān)系圖

表2 柴莊～河津洪峰流量衰減率成果表

3.3 洪峰流量與傳播時(shí)間相關(guān)關(guān)系分析

對31個(gè)洪峰流量從柴莊到河津的傳播時(shí)間統(tǒng)計(jì)進(jìn)行建立柴莊洪峰流量～傳播時(shí)間相關(guān)關(guān)系圖（見圖3），柴莊到河津平均傳播時(shí)間17.4 h。對柴莊洪峰流量和傳播時(shí)間關(guān)系進(jìn)行分析可知，傳播時(shí)間隨著洪峰流量的增大而增大，當(dāng)洪峰流量在100～250 m3/s之間時(shí)，其傳播時(shí)間在13～23 h范圍內(nèi)；當(dāng)洪峰流量在250～700 m3/s之間時(shí)，其傳播時(shí)間在13～20 h范圍內(nèi)；當(dāng)洪峰流量在700～1 100 m3/s之間時(shí)，其傳播時(shí)間在20～40 h范圍內(nèi)。

圖3 柴莊洪峰流量～傳播時(shí)間相關(guān)關(guān)系圖

4 結(jié)論

選取汾河下游柴莊至河津河段進(jìn)行實(shí)例分析，通過分析得出不同量級洪水、不同區(qū)間來水及走向所產(chǎn)生的洪水過程，分析其洪水特性，可以得出以下結(jié)論：

（1）區(qū)間主雨雨量大的柴莊和河津的洪峰流量也大，基本成正相關(guān)；柴莊至河津區(qū)間入流很小，河津斷面的洪水主要由柴莊以上的洪水沿河道演進(jìn)而來；

（2）所選的各場洪水中，1971年洪水洪峰流量出現(xiàn)的時(shí)間比較集中，且出現(xiàn)頻率較高，洪峰流量峰值出現(xiàn)了兩次，第二次的洪峰流量峰值小于第一次，且持續(xù)時(shí)間也比第一次短；

（3）上游柴莊的洪峰流量與下游河津的洪峰流量成正相關(guān)，向下游逐漸減小，按不同的洪水量級進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以看出洪峰流量的衰減率隨著洪峰流量的增大有增大的趨勢；對柴莊洪峰流量和傳播時(shí)間關(guān)系進(jìn)行分析可知，傳播時(shí)間隨著洪峰流量的增大而增大。

[1] 李英明，潘軍峰.山西河流[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

[2] 劉 超，秦 毅，鄧 娜.黃河上游主要干支流近期降雨、徑流統(tǒng)計(jì)特征變化分[J].水土保持學(xué)報(bào)，2004，18（1）：97-98.

[3] 陳彥平.汾河水庫流域水文特性分析[J].山西水土保持科技，2009（4）：23-25.

[4] 孫美云，劉 俊，左 君，等.分段馬斯京根法在黃河龍——潼河段洪水預(yù)報(bào)中應(yīng)用[J].水電能源科學(xué)，2012（30）：44-46.

[5] 謝蕊賢，汾河二庫太原柴村段河道設(shè)計(jì)洪水影響分析[J]防災(zāi)減災(zāi)，2011，9：14-16.

[6] MOSELYM P.The effect of changing discharge on channal morphology and in-stream uses and in a braid fiver，ohau River，New Zealand[J].Water Resources Researches，1982（18）：800-812.

[7] 陳仁升，康爾泗，楊建平，等.水文模型研究綜述[J].中國沙漠，2003，23（3）：221-229.

[8] 歐 劍.飛來峽～石角河道洪水演進(jìn)方法研究[D].南京：河海大學(xué)，2004.

[9] Kelly，K.S.Krzysztofowicz，R.Precipitation uncertainty processor for pmbabilistic river stage forecasting[J].Water Resources Research，2000，36（9）：2643-2653.

（責(zé)任編輯：周 群）

Influence of downstream rainfall on flood characteristics of Fenhe River

FAN Pan
(Shanxi Conservancy Technical Institute,Yuncheng 044004,China)

Shitan and Chaizhuang hydrological stations are located on the lower reaches of Fenhe River,where the peak flow is greater than that of middle reaches due to special terrain of Huoshan Gorge.In order to learn more about the influence of downstream rainfall on flood characteristics of Fenhe River,floods within the river section from Chaizhuang to Hejin were analyzed.The results of analysis demonstrate that intervening main rainfall is approximately proportional to the flood peak flow;flood at Hejin section mainly is composed of floods developing along river channel upstream of Chaizhuang.The peak flows of upstream and downstream hydrological stations are positive correlation.The travel time of flood increases with increase of peak flow.Achievements of study may be reference of flood forecasting in this area.

Precipitation;flood characteristics;peak flow;travel time;Fenhe River

TV122；P33.2

B

1003-1510（2016）06-0016-03

2016-09-28

樊 盼（1987-），女，山西運(yùn)城人，山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教，碩士，主要從事水工結(jié)構(gòu)教學(xué)與研究工作。