臺風(fēng)“利奇馬”對彌河干流壽光段影響分析

陳丕華，武佳枚，劉莉莉

（山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟南250014）

彌河位于山東半島中部，東鄰白浪河、西靠小清河，發(fā)源于沂山北麓，自南向北流經(jīng)濰坊市的臨朐、青州、壽光、濱海開發(fā)區(qū)4個縣（市、區(qū)），于壽光和濱海開發(fā)區(qū)分別注入渤海萊州灣。流域面積3 863 km2，干流河長176.2 km。彌河流域?qū)偬┮噬侥媳眳^(qū)，地形南高北低，膠濟鐵路以南多為山丘區(qū)，坡度陡峭，地面比降在1/50～1/500；以北為平原洼地，坡度較緩，地面比降在1/1 000～1/10 000。上游水庫流域地處山丘區(qū)，干流坡度大，洪水陡漲陡落，河流為山溪性雨源河流，源短流急，洪水過程與降雨量變化規(guī)律一致。彌河水系以彌河干流為主體，共由150條大小河流組成。冶源水庫溢洪道在彌河干流樁號0+000處，支流呈葉脈狀從東西兩側(cè)與干流匯集，臨朐縣五井石河（上游23 km為嵩山水庫）、青州市寺頭石河（上游10 km為黑虎山水庫）支流分別在干流3+050、19+500樁號匯入干流。另外，臨朐縣境內(nèi)支流有黃龍溝河、三山峪河、黃山河、麻塢河、營子河、龍崗河，在青州境內(nèi)支流有南陽河、洗耳河，壽光市境內(nèi)有丹河匯入。彌河干流在95+800處（半截河橡膠壩下游）分洪，分洪河長29 km。

1“利奇馬”暴雨過程及分析

臺風(fēng)“利奇馬”2019年8月4日誕生于西北太平洋洋面上，11日夜間登陸山東省，13日早晨減弱為熱帶低壓。受“利奇馬”影響，浙江、山東、江蘇等地均出現(xiàn)極端強降雨天氣，山東平均降雨量158 mm，超過了2018年臺風(fēng)“溫比亞”帶來的降雨（全省平均135.5 mm），為山東有記錄以來降雨量最大值。

“利奇馬”在彌河流域的暴雨發(fā)生在2019年8月10日0：00～12日24：00，據(jù)彌河流域的嵩山、臨朐、青州城區(qū)、彌河攔河壩、東城、彌河、譚坊、紀臺、黃樓9個雨量站統(tǒng)計，10日0：00～12日24：00期間9個雨量站的降雨量的平均值393.3 mm。各時段面雨量如圖1所示。經(jīng)統(tǒng)計，彌河流域本次最大24 h降雨353.2 mm，最大72 h降雨393.3 mm。

圖1 彌河干流壽光段（55+000樁號）洪水過程

參照《山東省水文圖集》《濰坊市丹河干流防洪規(guī)劃》等資料，彌河流域多年平均最大24 h面雨量90 mm，偏態(tài)系數(shù)Cv為0.6，經(jīng)頻率分析，彌河流域本次最大24 h降雨頻率300年一遇。根據(jù)《山東省洪水調(diào)查資料》，1568年大暴雨降雨量約合1 000 mm，遠大于2019年最大24 h面雨量353.2 mm，1568年為450余年以來最大值，2019為第二大暴雨，則2019年暴雨重現(xiàn)期為226年；2019年暴雨級別估計與1730年發(fā)生的大暴雨接近，則以1730年為調(diào)查期，2019年暴雨重現(xiàn)期為290年。綜合分析確定“利奇馬”在彌河流域的暴雨為250年一遇。

2 彌河干流洪水分析

彌河干流壽光段（樁號50+600～95+800）段無支流匯入或分流，河道防洪標準50年一遇，設(shè)計流量4 900 m3/s。“利奇馬”暴雨在彌河干流壽光段產(chǎn)生的洪水采用兩種方法計算，一是根據(jù)冶源水庫、嵩山水庫、黑虎山水庫泄洪的時間與流量，演進至彌河干流55+000斷面處，與區(qū)間洪水疊加，區(qū)間洪水采用實測流域雨量過程按瞬時單位線法計算洪水過程。二是根據(jù)實測河道最高水位痕跡，通過河道水面線計算河道洪峰流量。

2.1 瞬時單位線法演算洪水

河道斷面位置選定在壽光境內(nèi)干流55+000處，該段河流較順直，前后無支流匯入。彌河干流55+000斷面控制流域面積可分為兩部分，一部分為冶源、嵩山、黑虎山水庫控制，流域面積為1 127 km2，基本為山丘區(qū)，稱為水庫單元；一部分無大中型水庫控制，流域面積1 136 km2，干流坡度為0.894‰，其中山丘區(qū)面積占40%，平原區(qū)面積占60%，稱為區(qū)間單元。彌河干流55+000斷面洪水采用水庫單元下泄洪水疊加區(qū)間單元洪水，水庫單元下泄洪水采用水庫泄水演進至計算斷面，區(qū)間單元洪水采用瞬時單位線法計算。

區(qū)間暴雨采用實測暴雨，經(jīng)計算前期影響雨量為13.6 mm。暴雨徑流關(guān)系采用《山東省水位圖集》暴雨徑流關(guān)系10（山丘區(qū)）、14（平原區(qū)）號線，經(jīng)計算，最大24 h凈雨深217 mm。

瞬時單位線參數(shù)：

式中：K為系數(shù)，根據(jù)平原區(qū)面積比例選用，平原面積占60%；F為流域面積，1 136 km2；J為干流平均坡度，0.000 89 m/m；R為凈雨深，217 mm；Tc為凈雨歷時，24 h。

經(jīng)計算，M1為9.5，由M1查取單位線，進而計算區(qū)間單元洪水過程線，如圖1所示。水庫下泄洪水演進至55+000斷面的洪水、洪水疊加后過程線成果如圖1所示。由圖1可以看出：55+000斷面最大洪水流量，發(fā)生在2019年8月11日15時，最大洪峰流量6 095 m3/s。

2.2 由河道最高洪水位估算洪峰流量

2019年8月18日，山東省水利科學(xué)研究院技術(shù)人員會同壽光市水利局、壽光市防汛辦技術(shù)人員對彌河干流壽光段河道最高洪水位進行調(diào)查，55+000、61+700斷面最高洪水位分別為35.175 m、30.5 m。

采用明渠恒定非均勻流水面線能量守恒原理推求推算洪峰流量，公式如下：

式中：z1、z2為斷面1、2距基準面的高度，m；h1、h2為斷面1、2的水深，m；v1、v2為斷面1、2流速，m/s；hf為斷面1、2間的沿程水頭損失，m；n為河道糙率，取0.030；L為斷面1、2長度，6 700 m；v為斷面1、2的平均流速，m/s；R為斷面1、2的平均水力半徑，4.58 m。

以上公式中，z1+h1、z2+h2分別為55+000、61+700斷面的水位，R、n、L為已知數(shù)。假定流量，則可求v1、v2、v，從而判斷假定流量是否符合能量方程。經(jīng)計算，彌河干流50+600～61+700段洪峰流量為6 144 m3/s。

2.3 彌河干流洪峰流量成果分析

本次采用兩種方法推求洪峰流量。采用能量方程推算的洪峰流量為6 144 m3/s，用瞬時單位線法中推算的洪峰流量為6 095 m3/s，與能量方程推算的洪峰流量相差僅0.8%，與河道最高洪水位推算成果相互驗證。另外，說明用瞬時單位線法推算洪水的計算方法、計算參數(shù)及計算成果基本合理。

3結(jié)語

“利奇馬”在彌河流域的暴雨最大24 h降雨353.2 mm，最大72 h降雨393.3 mm，暴雨頻率為250年一遇；采用河道最高洪水位及瞬時單位線法推算壽光段彌河干流洪峰流量，暴雨造成壽光段彌河干流50+600～95+800段洪峰流量選定為6 144 m3/s，超過河道設(shè)計流量25%。