大王廟水文站2021年暴雨洪水分析

朱學涵

（河南省開封水文水資源勘測局，河南 開封 475000）

1 概述

2021年7月20日以來，河南省出現了歷史罕見的極端暴雨天氣，并造成城市內澇、農田被淹、山體滑坡、人員傷亡及財產損失等嚴重影響，其中鄭州雨量最大，而開封臨近鄭州，同樣受到了很大影響，從7月至9月，包括“7·20”特大暴雨在內，開封市范圍內發生了4次強降雨過程，大王廟水文站發生了大的洪水過程，最高水位流量達到近40年來的最高值。洪水造成城區大面積積水，全市普遍受災，嚴重影響生產生活秩序，給人民群眾造成了大量財產損失。為了做好災后水文調查，分析暴雨洪水特性，對于開封市城區規劃、水文預報、防災減災有著非常重要的意義。

2 水文站基本概況

大王廟水文站位于杞縣裴村店鄉周崗村，惠濟河右岸，地理坐標為：東經114°51′，北緯34°33′，屬于淮河流域，渦河水系，集水面積1 265 km2，河長59 km，距河口距離122 km。此站是河南省重點水文站，是黃泛區沙堿濕洼區域代表站，擔負向中央、省、市報訊任務，承擔惠濟河上游水文信息采集、水資源評價、區域防洪等重要任務。主要觀測項目有：降水、水位、流量、單沙、輸沙率、蒸發、水文調查、水質、水溫、冰情、墑情、生態流量。大王廟水文站測驗河段順直。斷面為復式斷面，灘地有莊稼，河道內種有樹木，影響行洪，河床為壤土，沖淤變化不大。上游1.20 km有李崗攔河閘一座，測驗受閘啟閉影響；下游12 km有板橋攔河閘一座。

3 降水過程及特點

3.1 降水過程

2021年7-9月，大王廟水文站三個月共經歷了4次大的降雨過程。此次降水過程的形成原因復雜，但就初步分析結果看，大氣環流形勢穩定、水汽和能量充足、地形作用明顯以及對流系統不斷積聚、合并及停滯是基本成因。

2021年7月18-23日，大王廟站降水量133.50 mm，隨后又經歷了多次強降水過程。7-9月，大王廟站累計降水量757.10 mm，占1-9月降水量的78%，已經大大超過了多年平均降水量650 mm。7-9月大王廟站最大1d（8月29日）降水量129.60 mm，最大3 d（8月28-30日）降水量153.40 mm，最大7 d（8月29日至9月4日）降水量242.10 mm。如圖1所示。

圖1 大王廟水文站7-9月累計降水量過程線圖

3.2 降水特點

①持續時間長，短時降水強度強，范圍廣。7-9月累計降水日數31 d，降水范圍覆蓋全開封市，甚至覆蓋全省。②降雨總量大。7-9月累計降水量757.10 mm，為1964年以來歷年同期均值的166%，為全年平均降水量的117%。

4 洪水計算分析

4.1 洪水水位變動分析

根據7-9月大王廟水文站的水位變化和降水量等因素，可以將洪水劃分為四場，日平均水位及降雨量見圖2。

圖2 大王廟水文站7-9月日平均水位、降水量圖

第一場洪水于7月19日20時開始起漲，22日18：45達到最高水位58.65 m，洪峰流量112 m3/s，水位漲幅2～5 cm/h，隨后一直保持平水，直到23日早10時水位開始下降，8月9日達到最低水位55.30 m。

第二場洪水因上游攔河閘放水提前。8月19日，氣象部門預報了新一輪降水，上游李崗閘提前開閘，水位從12時的55.50 m猛漲到14時的57.69 m，洪峰流量56.20 m3/s。24日，降水造成的洪峰到達大王廟，水位57.64 m。

第三場洪水于8月29日8時起漲，31日12時達到最高水位58.36 m，洪峰流量84.20 m3/s。由于9月1日的降水，2日13：30出現復峰58.06 m；由于3、4日的降水，5日18時出現復峰58.12 m。

第四場洪水于9月19日起漲，8時上游攔水閘放水，水位由56.20 m猛漲到9：40的58.14 m，洪峰流量84.20 m3/s。20日17：40，降水造成的洪峰到達，水位58.06 m。24日，新一輪強降雨到來，水位從24日20時的56.86繼續上漲，26日16時達到58.72 m，洪峰流量107 m3/s，這也是大王廟水文站自重修河道以來所達到的最高水位。

4.2 洪水影響因素分析

4.2.1 上下游攔水閘對洪水的影響

大王廟水文站上游1.20 km有李崗攔河閘一座，下游12 km有板橋攔河閘一座。在此次洪水前，大王廟站水位變化受閘啟閉影響，水位過程線呈U性、階梯型，回水頂托嚴重。

此次漲水階段，第一場洪水閘門未能及時全開，影響了泄洪能力，導致水位上漲偏慢。后三場洪水時，閘門提前開啟放水，一是導致漲水速度極快，最快上漲速度超過2 m/h；二是導致洪水過程線出現了因閘門開啟與降雨匯流造成的兩個洪峰，而不是一個單獨的洪峰。

除上述漲水階段外，四場洪水全過程攔河閘一直全開狀態。

4.2.2 河道內林木及高稈作物對洪水的影響

該站水文基本測驗斷面上、下游各五百米內，左岸種植楊樹約2畝、右岸種植楊樹約5畝。斷面左右岸河灘種植玉米，左岸河灘寬約40 m、右岸河灘寬約20 m。在前兩場洪水時，河道內的林木及高稈作物嚴重影響了河道泄洪能力。水文站大斷面如圖3所示，河道主河槽寬約25 m，7月22日洪峰時水面寬90.20 m，其中受到作物影響的水面寬60 m，河灘部分由于玉米稈的影響，流速嚴重偏低，主河槽部分偏高。到了后兩場洪水時，作物因長期浸泡、沖刷枯死，河灘部分流速有所增加，達到0.15～0.50 m/s。

圖3 大王廟水文站2021年實測大斷面圖

4.2.3 產匯流方式對洪水的影響

惠濟河為雨源型河流，徑流與降雨時空分布基本一致，一般自上游降雨8-12 h后，大王廟站開始漲水。前兩場洪水因前期降水偏少，地下水不足，土壤缺墑嚴重，導致降雨損失大，產流方式為超滲產流；從第三場洪水開始，地下水得到了充分的補充，如圖4所示，8-9月份地下水位明顯上升，最高時地下水埋深僅1.89 m，土壤已經逐漸飽和，產流方式為蓄滿產流。

圖4 大王廟水文站2021年7-9月地下水埋深圖

5 結論

2021年7-9月開封市暴雨過程具有持續時間長、累計降水量大、短時降水強度強、極端性突出等特征。大王廟水文站實測最高水位58.72 m，最大流量112 m3/s，突破了該斷面設立以來的最大值，填補了斷面高水位流量資料的空白。斷面行洪過程受攔水閘和河道內林木作物影響較大，希望有關部門能夠及時整頓河道，提高河道行洪能力，并結合氣象預報及洪水特點科學判斷汛情，合理調度洪水。