小清河石村水文站“10·4”特大洪水特性研究

陳 勇

（東營市水文中心,山東 東營 257000）

1 資料及方法

1.1 流域概況

小清河流域位于魯北平原南部,干流全長229 km,自西向東流經(jīng)濟(jì)南市、濱州市、淄博市、東營市、濰坊市等5 個市12 個縣（市、區(qū)）,于壽光市羊口鎮(zhèn)注入萊州灣,流域面積10336 km2, 河道平均比降為0.15/1000。流域南部為低山丘陵, 北部為平原, 主要支流由右岸注入, 流域河網(wǎng)密度0.27 km/km2。

1.2 測站水文特性

石村水文站為小清河流域下游控制站,位于東營市廣饒縣石村鎮(zhèn),于1954 年7 月設(shè)站,屬國家重要水文站,控制集水面積6717 km2,警戒水位5.45 m,警戒流量450 m3/s,多年平均最高水位4.14 m,平均最大流量194 m3/s。該站較大洪水一般是全流域普遍發(fā)生大暴雨所致[1],洪水漲水迅速,退水過程緩慢,退水通常持續(xù)10 日～20 日,洪水過程經(jīng)常發(fā)生連續(xù)漲落的復(fù)式洪峰,受下游海潮頂托影響,水位流量關(guān)系點(diǎn)據(jù)散亂,無穩(wěn)定的相關(guān)關(guān)系,全年采用連實(shí)測流量過程線法推流；降水受季風(fēng)影響,最大暴雨內(nèi)分布主要集中在主汛期,全年降水量集中在7 月～9 月,占全年降水量的60%～70%,年際變化較小；含沙量受降水強(qiáng)度影響顯著[2],枯水期含沙量很小。

1.3 研究方法

在收集整理小清河流域典型雨量站場次降水資料及石村水文站歷史流量資料的基礎(chǔ)上,綜合利用水文學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)等理論和方法,研究石村水文站2022 年“10·4”洪水特性。采用P-Ⅲ型適線法分析計(jì)算小清河石村水文站最大洪峰流量的特征值頻率及不同頻率的設(shè)計(jì)洪水,并繪制典型站點(diǎn)降水量累計(jì)過程線、洪水頻率曲線、流量過程線。

2 暴雨特性

2.1 暴雨成因

受副熱帶高壓和冷空氣共同影響,2022 年10 月1 日8 時至10 月4 日20 時,小清河流域普降大到暴雨,局地大暴雨。本次降水由暖濕氣流主導(dǎo),對流性降水占比較高,降水范圍廣、強(qiáng)度大,流域平均降水量超過10 月降水量歷史極值,小清河干流發(fā)生特大洪水。

2.2 暴雨時空分布

選取2022 年10 月1 日8 時至10 月3 日20 時小清河流域內(nèi)10 處典型雨量站的降水過程資料,站點(diǎn)基礎(chǔ)信息見表1,計(jì)算流域內(nèi)平均降水量為186 mm；按降水量時段分布分析,主要降水過程分為2 個階段,第一階段10 月1 日6 時至2 日12 時,流域平均降水量128 mm,第二階段3 日4 時至20 時,流域平均降水量為58 mm；流域最大24 h 降水量126 mm,量級達(dá)到大暴雨級別；按降水量空間分布計(jì)算,流域上游段（黃臺橋-魏橋）降水量166 mm,中游段（九戶-索鎮(zhèn)）198 mm,下游段（白兔丘-石村）171 mm；計(jì)算典型降水量自分析日起,逐時累計(jì)降水量,得站點(diǎn)累計(jì)降水量,繪制典型站點(diǎn)累計(jì)降水量過程線見圖1。

圖1 典型雨量站累計(jì)降水量過程線圖

表1 典型雨量站基礎(chǔ)信息表

2.3 暴雨特征

本場次降水暴雨區(qū)的范圍大,降水總量大,雨強(qiáng)大。小清河流域上、中、下游段均出現(xiàn)強(qiáng)降水,降水基本覆蓋全流域,各站點(diǎn)場次降水量均超過140 mm（10 月1 日8 時～10 月3 日20 時）,站點(diǎn)降水量最大為博興232.5 mm,最小為索鎮(zhèn)143.5 mm；4 處典型雨量站點(diǎn)最大2 小時降水量超過50 mm,10 月1 日20 時至22 時博興66.5 mm,10 月2 日22 時～24 時芽莊湖65.5 mm、岔河60.0 mm、九戶50.0 mm。

3 洪水特性

3.1 洪水過程分析

“10·4”洪水過程中（以最大洪峰出現(xiàn)的月日編號）,石村水文站共施測流量41 次,均為走航式ADCP 測流,其中,漲水24 次,退水17 次,即起漲、漲腰、峰頂、退腰、退底均布有測點(diǎn)[3],代表性良好。洪水過程受流域降水及區(qū)間產(chǎn)流、匯流的影響,石村水文站10 月1 日22 時水位開始起漲,起漲水位2.16 m,10 月3 日10 時31 分實(shí)測流量505 m3/s,相應(yīng)水位4.77 m,3 日4 時,流域第二階段降水開始,雖然降水量明顯小于第一階段,但是由于流域內(nèi)前期影響雨量增大,土壤含水量飽和,達(dá)到了小清河流域蓄滿產(chǎn)流的最大初損值[4],3 日20 時50 分,流量開始上漲,河道內(nèi)出現(xiàn)復(fù)式洪峰,漲洪歷時17 h,10 月4 日13 時47 分實(shí)測洪峰流量642 m3/s,峰頂水位5.65 m,整個洪水過程水位最大漲幅3.49 m,平均漲幅率0.06 m/h,根據(jù)石村水文站實(shí)測流量資料,繪制“10·4”洪水流量過程線見圖2。

圖2 石村水文站“10·4”洪水流量過程示意圖

3.2 洪水頻率分析

10 月4 日13 時47 分,石村站實(shí)測洪峰流量642 m3/s,相應(yīng)水位5.65 m,加入到本站有實(shí)測流量資料以來的樣本系列（1964 年～2022 年）,為歷史實(shí)測洪水第一位,進(jìn)行頻率計(jì)算,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)頻率點(diǎn)的分布,并考慮參數(shù)在地區(qū)上的協(xié)調(diào),選用Q平均=208 m3/s,Cv=0.58,Cs/Cv=2.5 進(jìn)行試線,經(jīng)計(jì)算,石村站“10·4”洪水實(shí)測洪峰流量的重現(xiàn)期超100 年一遇,屬于小清河流域內(nèi)的特大洪水。洪水頻率曲線見圖3,不同頻率的洪峰流量計(jì)算結(jié)果見表2。

圖3 石村水文站年最大洪峰流量頻率曲線圖

表2 石村水文站不同頻率的洪峰流量計(jì)算成果表

3.3 與典型洪水比較

選取代表性較好的2019 年臺風(fēng)“利奇馬”暴雨洪水,石村水文站水位自2019 年8 月10 日17 時1.70 m 開始上漲,8 月13 日14 時實(shí)測洪峰流量521 m3/s,相應(yīng)水位5.85 m,重現(xiàn)期接近50 年一遇,為實(shí)測歷史第二大洪水,至8 月14 日15 時達(dá)到最高水位5.92 m,漲幅4.22 m。小清河水位在保持5.91 m25 h 后,于15 日5 時開始平穩(wěn)回落,回落過程緩慢。2022 年“10·4”特大洪水洪峰流量較2019 年“利奇馬”暴雨洪水高121 m3/s （占比23%）,而相應(yīng)水位低0.2 m,見表3。

表3 石村水文站2019 年“利奇馬”與2022 年“10·4”洪水要素比較

2022 年“10·4”特大洪水出現(xiàn)大流量低水位,經(jīng)分析,主要因2020 年實(shí)施完成的小清河防洪綜合治理工程,干流擴(kuò)挖、提防加固、路改橋和子槽擴(kuò)挖,分洪道及子槽全線貫通,分洪道流量由900 m3/s 提高到1300 m3/s,有效改善了以前干流中下游段水位高、流量小的局面[5]。

4 結(jié)論與建議

（1）流域降水量及其時空分布是影響洪水過程的關(guān)鍵因素。本次暴雨覆蓋小清河全流域,雨量均衡,總量大,流域上、中、下游段最大24 h 降水量均超過100 mm,是該流域發(fā)生2022 年“10·4”特大洪水的主要因素。

（2）小清河2022 年“10·4”特大洪水,是自1964 年有實(shí)測記錄以來的最大洪水,石村水文站洪峰流量642 m3/s,重現(xiàn)期超100 年一遇,洪水過程總歷時16 日,場次洪水徑流量372 萬m3。

（3）小清河流域水量調(diào)蓄功能顯著增強(qiáng)。小清河經(jīng)過全流域的綜合治理,干流過水能力大幅度提升,洪峰流量增大相應(yīng)水位卻降低,尤其在應(yīng)對2022 年“10·4”特大洪水過程中充分發(fā)揮了防洪效益,是河道治理成效的有力驗(yàn)證。

（4）進(jìn)一步加強(qiáng)小清河流域暴雨洪水的水文監(jiān)測工作,研究產(chǎn)匯流規(guī)律,強(qiáng)化洪水預(yù)報(bào)、預(yù)警方案,開展洪水遭遇風(fēng)險(xiǎn)分析,更好的進(jìn)行小清河防汛調(diào)度,最大限度減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失,為經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)健康發(fā)展提供堅(jiān)強(qiáng)保證。