河口村水庫“21·7”暴雨和入庫洪水分析

王秀明，徐明立，申方凡，宋一鳴

（河南省濟源水文水資源勘測局，河南 濟源 454000）

1 水庫概況

河口村水庫位于濟源市河口村附近的沁河干流上，是黃河小浪底至花園口區間的重要控制水利樞紐，對黃河防洪發揮著重要作用。大壩壩址位于沁河出山口處的濟源市克井鎮河口村，壩址以上控制流域面積9 223 km2，水庫工程規模為大（2）型，2011 年11 月截流興建，2017 年10 月通過竣工驗收。最大壩高122.50 m，總庫容3.17 億m3，工程設有大壩、溢洪道、泄洪洞、引水發電洞、電站廠房等建筑物。水庫的建成減輕了黃河防洪壓力，同時將南水北調總干渠穿沁河工程達到100年一遇設計防洪標準，使沁河防洪標準由原來的不足25 年一遇提高到100年一遇。

2 “21·7”暴雨分析

2.1 暴雨成因

2021 年7 月中旬，太平洋副熱帶高壓加強北挺，暖濕氣流沿副高邊緣向北移動，7 月10 日到達黃河以北地區，受冷空氣和太行山輻合抬升作用影響，河口水庫大壩以上流域出現了特大暴雨。見表1所示，降雨主要集中于山西省潤城至河口村的區間面積內，山西省陽城縣窯頭村最大24 h 降水量達366.50 mm，暴雨的特點是強度高、雨量大、位置靠近庫區，入庫匯流時間極短。

表1 水庫大壩以上最大時段雨量表單位：mm

2.2 暴雨時空分布及特點

2.2.1 暴雨過程

降雨起止時間：7月10日17時至11日14時，其中10日17時起開始降中到大雨，局部暴雨，至11 日7 時流域平均降水量28.90 mm；11日7-13時轉為大暴雨，局部特大暴雨，其中11日7-13時流域平均降水量137.50 mm，位于暴雨中心的窯頭雨量站逐時雨量柱狀圖及累計雨量過程線，見圖1所示。

圖1 沁河水系龍門溝河窯頭雨量站逐時雨量柱狀圖及累計雨量過程線圖

2.2.2 暴雨空間分布

此次降水的最大點在水庫末端龍門溝河窯頭雨量站，過程雨量為366.50 mm，刷新本流域有記錄以來的最大值。其次為龍灣河土河站、冶底河李寨站、西冶河西冶站6 h 最大降水量分別為218.50 mm、211.50 mm、182.00 mm；24 h 最大降水量分別為261.00 mm、239.50 mm、234.00 mm。

2.2.3 暴雨特點

2.2.3.1 空間集中

此次7 月11 日暴雨的中心為山西省陽城縣窯頭村，位于龍門溝河上，緊靠庫區，匯流時間極快，從主降雨到入庫洪峰出現僅4-6 h，可見強降雨空間非常集中，暴雨高值區分布靠近水庫庫區。

2.2.3.2 暴雨強度大

此次降雨時間短、強度大，降雨主要集中在7月10日17時至11日14時的21個小時內，暴雨中心最大1 h降水量115.00 mm，最大3 h 降水量232.50 mm，最大6 h 降水量332.50 mm，最大24 h降水量366.50 mm，均超歷史記錄。潤城水文站至河口村水庫大壩區間面積上平均24 h降水量為168.50 mm。

3 入庫洪水分析

河口村水庫為一狹長窄深式水庫，壩址以上地形條件是兩岸群山聳立，山高坡陡，源短流急，一旦遭遇強降水，就會造成較強的洪水過程，此次暴雨形成的入庫洪峰4 510 m3/s，超過1982 年歷史最大洪水（4 240 m3/s）記錄。推算入庫洪水過程采用△t=0.33 h 的水庫蓄水量及出庫流量過程根據水量平衡反推得到，對于部分時段鋸齒狀峰值作以連續性修正（主洪峰不再修正），以盡可能還原反推過程中可能造成的不均勻性，保證洪峰流量過程的連續性。河口村水庫20 分鐘時段反推入庫洪水流量計算表見表2，河口村水庫入庫洪水流量過程見圖2。

圖2 潤城—河口村區間平均降水量與入庫流量關系曲線圖

表2 河口村水庫20分鐘時段反推入庫洪水流量計算表

河口村水庫入庫洪水流量自7月11日13:00時的8.72 m3/s起漲，至11日13:40時的4 510 m3/s達到洪峰，之后隨雨勢減弱入庫洪水回落，于當晚19:00時落至1 000 m3/s以下。受入庫洪水影響，河口村水庫壩前水位自7 月11 日13:00 時的231.66 m開始起漲，于7 月12 日3:00 時水位漲至最高247.03 m，漲幅達15.37 m，最大漲率為5. 70 m/h。7月11日14：30時水位超過汛限水位238.00 m，為保障水庫自身及上下游防洪安全，按照流域防汛調度指令于7月11日下午16：20時開始按300 m3/s的流量控制下泄，實際最大泄量7 月12 日14 時317 m3/s，于7 月14日4：16時關閉泄洪閘，通過電站按17.00 m3/s繼續下泄。

4 洪水預報與實際洪水比較

根據河口村水庫入庫洪水預報方案，此次暴雨洪水各水文要素預報參數和預報值為：K=0.85，Im=135，7 月10 日Pa=60.90 mm，潤城水文站無來水，潤城至河口村1 972 km2流域平均降水量168.50 mm，P+Pa=229.40 mm，查降雨徑流相關圖得地面徑流深Rs=79.80 mm，則來水總量預報值1.573 7×108m3。根據匯流單位線計算出此次暴雨洪水的匯流過程，預報洪峰出現時間7 月11 日17：00 時，洪峰流量4 960 m3/s。實測各要素為：來水總量1.298 9×108m3，峰現時間7 月11 日14：20，洪峰流量4 510 m3/s。預報值與實際值有一定偏差，其中：來水總量預報值偏大0.274 8×108m3，時間預報值偏后2.60 h，洪峰流量預報值偏大450 m3/s。分析偏差原因：①來水總量實際值偏小是因為此次洪水發生在久旱之后，各種截留較大；②實際洪峰靠前是因為造峰雨靠近庫區；③實際洪峰流量偏小跟各種截留等水量損失有關。“21·7”暴雨洪水經水庫管理部門適時調度后，水庫最大削峰率達93%，大大減輕了水庫下游的防洪壓力，保證了南水北調穿沁工程的運行安全，為下游人民群眾生命財產安全和經濟社會可持續發展起到了至關重要的作用。

5 與歷史暴雨洪水比較

此次暴雨洪水的特點是：因降雨發生在庫區附近，出現在潤城至河口村1 972 km2區間面積上，主雨區緊靠庫區，潤城以上降雨較少，潤城水文站基本無來水，洪水主要產生于潤城至河口村區間面積上，最大入庫洪峰流量4 510 m3/s。1982年為流域普雨，張峰水庫和河口村水庫等兩座大型水庫都尚未修建，河口村大壩以上流域面積9 223 km2，此河段（代表站：五龍口水文站）1982年8月2日最大流量4 240 m3/s，潤城水文站最大洪峰2 710 m3/s，根據歷史資料可以看出1982 年暴雨特點為：過程雨量大、最大3 日暴雨覆蓋范圍廣、但過程平緩。而“21·7”暴雨主要集中分布在水庫庫區，歷時短、強度大，降雨集中于21 h內，至使入庫洪峰達到歷史最大值。

6 結語

受西太平洋副熱帶高壓和冷空氣的共同影響，河口水庫大壩以上流域出現了特大暴雨。受強降水影響，河口村水庫出現4 510 m3/s的入庫洪水流量。暴雨洪水各水文要素均超歷史最大，對此次洪水實測值、預報值和本河段歷史值進行對比分析，為今后的水庫預報和防洪調度提供重要的經驗依據。