陜西省黃陵水文站2021 年10 月暴雨洪水分析

王 儲

（延安水文水資源勘測中心,陜西 延安 716000）

1 流域基本情況

1.1 流域自然地理概況

沮河流域位于東經(jīng)108°32'～109°21', 北緯35°16'～35°49'之間,發(fā)源于陜甘邊界子午嶺上的柏樹莊（黃陵縣境內(nèi)）,全長140 km,流域面積2488 km2,為北洛河第二大支流。沮河自西向東橫跨黃陵縣全境,流經(jīng)雙龍、店頭、橋山等鎮(zhèn)（街道）至橋山街道呼村匯入北洛河。

沮河流域地形較為復(fù)雜,山巒起伏,溝壑縱橫,河谷深切,河道彎曲,個別河段落差較大,屬中低森林區(qū),植被較好。沮河上游處于子午嶺林區(qū)邊緣,植被較好,產(chǎn)流較少。流域內(nèi)集水面積在100 km2以上的支流有柳芽子川、雙龍西溝、建莊川、淤泥河、清河等5 條支流。沮河最大支流清河集水面積485.8 km2,第二大支流建莊川集水面積464.4 km2。

1.2 水文特性

沮河流域平均海拔高程1000 m,屬大陸性季風(fēng)氣候,年平均氣溫7℃～10℃,多年平均降水量為559.8 mm,年平均無霜期為170 天左右,年蒸發(fā)量為1100 mm～1200 mm。

沮河洪水主要由暴雨形成,峰型肥胖,歷時較長。一般洪水含沙量較小,洪峰過程與沙峰過程基本同步,峰型相似。黃陵水文站于1966 年設(shè)立,為沮河控制站,實測最大洪峰流量為606 m3/s,實測最高水位500.13 m,實測最大水深6.27 m,實測最大流速3.79 m/s,實測最大含沙量513 kg/m3,上述各特征值均發(fā)生在1976 年8 月26 日。多年平均徑流量為1.081 億m3,輸沙量為49.2 萬t。

1.3 水文站網(wǎng)布設(shè)

沮河中下游設(shè)有黃陵水文站1 處,位于黃陵縣城,該站集水面積2266 km2,距河口距離22.2 km。流域內(nèi)共設(shè)中小河流水文站2 處,水位站1 處,雨量站17 處,基本能夠控制本流域內(nèi)的降水分布。

2 暴雨分析

分析包括流域內(nèi)外實測資料調(diào)查收集,點、面暴雨分析兩項內(nèi)容。

2.1 暴雨資料收集

本次暴雨分析共搜集沮河及周邊流域內(nèi)上畛子、杜落尾等雨量站32 處,均為遙測自記雨量站,基本覆蓋本次暴雨區(qū)域。

2.2 暴雨范圍及暴雨中心調(diào)查

依實測資料分析,沮河流域本次降水過程自10 月3 日2 時開始至10 月6 日14 時結(jié)束,歷時84h,流域內(nèi)最大點降水量站為隆坊站257.8 mm,最小點降水量站為大岔林場站104.6 mm。大于200 mm 的站有5 處,分別為杜落尾（202.0 mm）、雙龍（235.4 mm）、店頭（231.4 mm）、隆坊（257.8 mm）、北溝（223.2 mm）。降水區(qū)域6 h 平均降水量23.2 mm,12 h 平均降水量50.4 mm,24 h 平均降水量59.4 mm,48 h 平均降水量110.0 mm,72 h 平均降水量158.8 mm,84 h 平均降水量175.4 mm[1]。

2.3 暴雨走向及分布

從實測資料分析可知,流域內(nèi)現(xiàn)有雨量站點資料基本能控制流域內(nèi)的降水分布。根據(jù)流域及周邊雨量資料分析,本次暴雨中心發(fā)生在隆坊（降水量257.8 mm）附近,暴雨走向自西向東方向緩慢移動,降水范圍基本覆蓋全流域。

2.4 暴雨頻率

本次暴雨歷時較長,持續(xù)約84h,因此對本次暴雨的6 h、12 h、24 h 及72 h 雨量頻率進行分析。選取降水區(qū)20 個基本雨量站（資料系列長,代表性好,參與計算資料截止2021 年,來源于歷年水文年鑒；中小河流建設(shè)的雨量站由于資料系列短,無法進行頻率計算）降水量進行分析,其中對黃陵、張村驛、交口河3 個雨量站頻率用皮爾遜Ⅲ線型進行適線確定；其余17 個雨量站采用陜西省水文水資源勘測中心編制的《陜西省水文手冊》（2021 年）暴雨參數(shù)等值線圖進行反推確定[2]。20 處雨量站降水量頻率成果見表1。

表1 沮河流域10 月暴雨頻率成果表單位：mm

從表1 可以看出,各站點6 h、12 h 及24 h 降水量在歷年資料排序上并不靠前,但在72 h 降水量排序中,有6 處站點（交口河、石嘴、雙龍、店頭、隆坊、界子河）出現(xiàn)建站以來最大,暴雨中心隆坊站72 h 降水量超500 年一遇,另有超200 年一遇1 站（界子河）,接近及超100 年一遇4 站（張村驛、交口河、石嘴、雙龍）。

2.5 暴雨特點

本場暴雨涉及范圍廣,屬大面積長歷時暴雨。其特點：

（1）降水持續(xù)時間長,歷時共84h。

（2）降水量大、范圍廣。本場降水平均降水量達175.4 mm。根據(jù)實測資料分析顯示,24 h 最大點降水量112.6 mm。

（3）降水平均強度小。流域內(nèi)本場降水平均雨量為175.4 mm,總歷時為84 h,平均雨強為2.1 mm/h。從黃陵站的自記雨量資料分析:最大6h 降水量為25.9 mm,最大12 h 降水量為49.2 mm,最大24h 降水量為66.2 mm。歷史上黃陵站最大1 h 降水量80.9 mm（1975 年7 月28 日）,最大3 h 降水量112.1 mm（2001 年7 月26 日）,最大6 h 降水量158 mm（2001 年7 月26 日）。由此可見,本場降水屬長歷時、小強度、大范圍降水。

（4）發(fā)生時間較晚。根據(jù)歷史資料記載,黃陵縣暴雨多發(fā)生于汛期7 月、8 月份,10 月份出現(xiàn)如此規(guī)模的降水尚屬首次。

3 洪水分析

3.1 洪水過程及洪峰流量

黃陵水文站測流設(shè)施為鉛魚纜道,設(shè)計測洪能力30 年一遇洪水,本次洪水過程中,水文站測驗設(shè)施完好,各級水位均有流速儀實測資料,測次布置能較好的控制洪水漲落過程,滿足資料整編需求。

根據(jù)洪水要素成果,本次洪水自10 月2 日20 時起漲,6 日17 時到達峰頂,18 日14 時落平,共計378 h。本次洪水實測最高水位501.00 m,實測最大流量422 m3/s,水位變幅2.29 m[3]。

3.2 洪量分析

經(jīng)計算洪要數(shù)據(jù),本次洪水過程洪量1.548×108m3。根據(jù)黃陵水文站歷年實測資料,選取歷年最大洪峰流量超過200 m3/s 的年份,即1975 年、1976 年、1979 年及2003 年,根據(jù)歷年洪水要素資料,確定洪水歷時及計算相應(yīng)洪量見表2。

表2 黃陵水文站歷次洪量計算表

從表2 可以看出,本次洪水歷時與洪量為歷年最大。洪水持續(xù)時間及洪量較往年大洪水有所增長,其原因一是近年來流域內(nèi)下墊面條件的改變,二是本次暴雨范圍廣、歷時長。

3.3 徑流系數(shù)分析

計算本次洪水徑流系數(shù),采用水平線分割法扣除基流[4],并與歷年資料進行比較,比較結(jié)果見表3。

表3 黃陵水文站歷年洪水徑流系數(shù)對比表

3.4 洪水頻率

根據(jù)陜西省水文中心2011 年洪水頻率計算成果,黃陵水文站頻率流量見表4。

表4 黃陵水文站不同重現(xiàn)期洪峰流量頻率表

黃陵水文站自2011 年以來,實測最大流量194 m3/s,實測次大流量112 m3/s（不含2021 年）,這兩個流量值的出現(xiàn)并不會對黃陵站的頻率曲線產(chǎn)生大的影響,故本次分析仍采用陜西省水文中心2011 年的頻率計算成果。本次暴雨洪水,基本斷面河道未發(fā)生洪水漫灘或出堤現(xiàn)象,故河道內(nèi)實測流量即為洪峰流量,根據(jù)表4 黃陵水文站不同重現(xiàn)期洪峰流量頻率表,本次洪水洪峰流量422 m3/s,確定為超30 年一遇洪水。

3.5 洪水特性

（1）洪水持續(xù)時間長。黃陵水文站本次洪水從起漲至峰頂時間為93 h,洪水漲落總歷時近16 天。

（2）水文特征值歷年最大。本次洪水系全流域普降大雨形成,從歷史資料分析,為建站以來流速儀實測最大洪水,實測洪峰流量422 m3/s, 相應(yīng)水位501.00 m（建站以來實測最高）,實測最大流速3.88 m/s（建站以來實測最大）,洪量1.548×108m3（歷史最大）。

（3）發(fā)生時間晚。本次洪水發(fā)生時間在汛末10 月份。

4 合理性分析

4.1 暴雨合理性分析

本次降水區(qū)域雨量站網(wǎng)密度大,基本控制了暴雨中心范圍及暴雨中心移動路徑,暴雨資料以自計資料為主,人工觀測資料及臨近站資料插補為輔,降水資料真實、可靠。

4.2 洪水合理性分析

本次洪水流量均為流速儀實測值,真實可靠,洪水演進過程與暴雨過程基本一致,因此本次洪水洪峰流量基本合理。

5 結(jié)論

黃陵水文站2021 年10 月暴雨洪水,主要受10 月3 日至10 月6 日降水過程影響,其特點有：

（1）降水持續(xù)時間長、范圍廣、強度小。本次降水過程歷時共84 h,降水范圍基本覆蓋沮河流域全境,平均降水量175.4 mm,平均雨強2.1 mm/h；暴雨中心隆坊站72 h 最大降水量240.6 mm,為超500 年一遇暴雨。

（2）洪水峰高量大,歷時長。本次洪峰出現(xiàn)在10 月6 日,流速儀實測洪峰流量422 m3/s,相應(yīng)水位501.00 m,為建站以來流速儀實測最大洪水,洪峰流量重現(xiàn)期略高于30 年一遇；本次洪水歷時近16 天,洪量1.548×108m3,為歷年最大。