合陽縣山洪災害暴雨洪水特性探析

侯秀明

（陜西省合陽縣水務局，陜西 合陽 715300）

1 概況

合陽縣總面積1341.6 km2，轄16個鎮（辦事處），總人口46萬人。境內有徐水溝、金水溝、太棗溝、大浴河河流4條，大小支毛溝共1086條。屬暖溫帶半干旱型大陸性季風氣候，具有光熱資源豐富，降水偏少，氣候多變，災害頻繁等特征。多年平均降雨量553.2mm，降水量年內分配極不均勻，七、八、九三個月的降水量占到全年降水量的53%，而十二月、一月、二月份的降水量僅占到全年降水量的0.3%。據調查統計，高強度暴雨是合陽縣發生山洪災害的直接原因，影響最大的是洪水、滑坡、泥石流。近30年來共發生山洪災害4次，直接經濟損失9230萬余元。

從整體發生、發展的物理過程分析可知，發生山洪災害的主要原因還是持續的降雨和短時強降雨而引發的。為了提高合陽縣山洪災害防御能力，需對小流域暴雨量、匯流時間和洪水過程情況進行分析。

2 暴雨量分析

根據《山洪災害分析評價技術要求》，合陽縣山洪災害設計暴雨量采用常規標準歷時暴雨計算法，分別對設計暴雨參數確定、設計暴雨雨量進行計算。

2.1 設計暴雨參數確定

設計暴雨參數涉及到不同時段、不同頻率暴雨量及變差系數Cv、偏態系數Cs與變差系數Cv比值（Cs/Cv）、點面折減系數、時段雨量折減系數n1、n2的確定。根據《山洪災害分析評價技術要求》，暴雨頻率選擇了5年、10年、20年、50年、100年一遇5種頻率。根據分析對象小流域的面積查《陜西省可能最大暴雨圖集》中的“渭南市短歷時暴雨時面深ɑ~Ht~F關系圖”，可得各小流域1、6、24小時點面雨量轉換系數ɑ，乘以設計點雨量得到設計面雨量。其他時段的設計面雨量可乘以相應的暴雨遞減指數獲得。暴雨時程分配根據暴雨圖集中的24小時典型雨序進行分析，如圖1所示。其他時段的時程分配采用同頻率相包的形式，根據匯流時間內的雨序與典型雨序相同的原則進行降雨分配計算。

圖1 渭南市24小時典型暴雨雨型圖

基于以上方法，現以路井鎮岱堡、百良鎮三河村、新池鎮北溝村小流域為典型，經計算，各小流域中典型沿河村落集水區設計暴雨參數成果見表1。

2.2 設計暴雨計算

第一步，根據沿河村落集水區（小流域）的位置查《陜西省可能最大暴雨圖集》中的“渭南市年最大24小時點雨量均值等值線圖”、“渭南市年最大24小時點雨量Cv等值線圖”，得到各個小流域的24小時的H24點和Cv；并據Cv值和相應頻率，查《陜西省可能最大暴雨圖集》的“皮爾遜III型曲線模比系數Kp值表”，可得各計算單元不同設計暴雨頻率相應的Kp值，乘以暴雨均值可得不同設計暴雨頻率的設計點雨量，即 H24點=H24點×Kp；

表1 各沿河村落暴雨參數表

第二步，同第一步類似的方法，可得到6小時、1小時的設計點雨量：H6點=H24點×Kp，H1點＝H1點×Kp；

第三步，根據分析對象小流域的面積查手冊中的“陜西省短歷時暴雨時面深ɑ~Ht~F關系圖”，可得各小流域1、6、24小時點面雨量轉換系數ɑ，乘以設計點雨量得到1，6，24小時的設計面雨量；

第四步，根據面暴雨遞減指數n的求解公式，求得n2，n3兩種時段的面暴雨遞減指數。

第五步，根據第三步求得的1、6、24小時的設計面雨量，按以下公式就可以求得不同歷時的設計面雨量：

依據以上步驟，可以計算得路井鎮岱堡、百良鎮三河村、新池鎮北溝村小流域暴雨成果，如表2所示。

表2 防災對象設計暴雨成果表 單位：mm

由表2可以看出，三個典型村的暴雨隨著時間的增加，暴雨量會增大，五年一遇1小時降雨量基本在16 mm左右，10年一遇1小時降雨在24mm左右，20年一遇1小時降雨在31mm左右，50年一遇1小時降雨在41mm左右，100年一遇1小時降雨在47mm左右。隨著暴雨頻率的增加，暴雨值會越來越大，匯流時間也越來越長。用同樣的辦法，可計算得到合陽縣36個山洪災害分析評價對象的5年一遇、10年一遇、20年一遇、50年一遇的設計暴雨成果。

3 洪水分析

洪水量可以用洪水過程線來反映，現以同倍比放大法和五點概化法兩種方法進行典型洪水過程線的推求。

3.1 同倍比放大法

由于設計流域沒有測到一個完整的洪峰過程，所以選擇參證站定國水庫站的暴雨洪水過程作為典型洪水過程進行放大。對定國水庫站實測58年的各次暴雨洪水過程結合該流域降雨概況進行分析，認為定國站1999年7月13日2：00～23日0：00的洪水過程能夠反映該流域暴雨洪水的特性。選用一次洪水過程線作為典型洪水過程線，采用同倍比放大法推求出設計洪水過程線，放大倍比采用5式推求，不同頻率設計洪水過程線見圖2~4。

圖2 路井鎮岱堡設計洪水過程線圖（暴雨洪水）

圖3 新池鎮北溝村設計洪水過程線圖（暴雨洪水）

圖4 百良鎮三河村設計洪水過程線圖（暴雨洪水）

式中：KQ為洪峰放大倍比；Qm.p為設計洪峰流量（m3/s）；Qm.D為典型洪水過程線的洪峰流量（m3/s）。

3.2 五點概化法

五點概化過程線法是水文水利計算中推求設計洪量及設計洪水過程及設計洪水過程的一種方法。其原理是利用確定的設計暴雨的時程分配和時段徑流量，來繪制洪水過程，其五點情況為坐標a起漲點，流量時間為0，b起漲轉折點流量 0.1Qm’、時間 0.1T，c 洪峰流量 Qm’、時間 0.25T，d 退水段轉折點流量 0.2Qm’、時間 0.5T，e終止點流量為 0、時間 T。其中，T為設計洪水總歷時，把匯流時間作為峰現時間，即,τ=0.25T，T=4τ。Qm’為洪峰流量，由洪峰流量模比系數地區綜合頻率曲線法和地區綜合經驗公式法確定設計頻率下的設計洪峰流量Qmp。W為洪水總量，在設計洪水過程計算中，忽略地下徑流量，洪水總量可由洪水流量過程線和洪水歷時求得，W=ΣQ×t。依據五點概化法，可分別求得匯制出三個典型村洪水過程線圖。見圖5~圖7。

圖5 路井鎮岱堡設計洪水過程線圖（暴雨洪水）

圖6 新池鎮北溝村設計洪水過程線圖（暴雨洪水）

圖7 百良鎮三河村設計洪水過程線圖（暴雨洪水）

從以上圖可以看出，同倍比放大法計算洪水過程線，是用大流域的實測洪水過程作為典型進行放大，其洪水歷時太長，洪水過程與中小流域典型洪水過程不符。而小流域暴雨洪水具有暴漲暴落，歷時短，來的快去的也快的特點，相比之下，五點概化洪水過程線的方法更適用于中小流域設計洪水過程線的計算，對比兩種方法的利弊，建議用五點概化洪水過程線的成果作為合陽縣的設計洪水過程線計算成果。

從五點概化洪水過程線圖可以看出，岱堡匯流時間需要2小時、三河村需要3小時、北溝村需要8小時左右。根據洪水匯流的不同時間，可以從1小時到8小時建立不同時段的洪水預警機制。同理，可以用此種方法，匯制出合陽縣36個分析評價對象的洪水過程線圖。

4 結語

合陽縣地貌以黃土臺塬為主，地表結構疏松，滲透性強，蓄水能力差，在浸水和土壤飽和的狀態下，體積膨脹，并迅速崩塌，容易形成具有較大沖擊力的地表徑流，極易導致山洪暴發，而暴雨洪水則是誘發導因。為了提高山洪災害防御能力，以岱堡、三河村、北溝村3個不同典型小流域5年一遇、10年一遇、20年一遇、50年一遇暴雨進行設計暴雨計算分析。經對比分析，采用五點概化法匯制洪水過程線。經過對暴雨洪水分析發現，三個典型村的暴雨隨著時間的增加，暴雨量會增大。隨著暴雨頻率的增加，暴雨量越來越大，歷時會越來越長。洪水會在1個小時就出現，從洪水出現到洪峰需要將近8個小時。針對暴雨洪水的特性和規律，建議預警時間采用降雨后的1小時、2小時、3小時、6小時、8小時分別建立不同時段的洪水預警機制，以切實提高全縣山洪災害防御預警措施。