成縣水文站東河“8·12”暴雨洪水特性分析

馮國強，臺會選

(甘肅省隴南水文水資源勘測局，甘肅 成縣 742500)

1 暴雨洪水區(qū)概況

1.1 東河流域概況

東河發(fā)源于北秦嶺山地的長板梁，流經(jīng)徽成盆地的西部，縱貫成縣境內(nèi)，流至成縣縣城與南河匯集后成長豐河。東河干流在成縣境內(nèi)流程85.4km，流域面積1101km2，流域形狀近似扇形，地勢西北高，東南低，海拔高度在960～2377m之間。上游至下游地形依次為高山區(qū)、丘陵區(qū)、川壩區(qū)。南北山地喬木林密布，低山和山麓廣布疏林和灌木叢，植被良好。川壩盆地區(qū)廣布紅層低丘，大部分開墾為農(nóng)田。人口主要集中在溝壩和較為平坦的川壩區(qū)，農(nóng)作物以糧食作物為主，主要有小麥、玉米、黃豆、油菜籽等。流域內(nèi)無大、中型水利工程。

流域?qū)儆趤啛釒Т箨懶约撅L(fēng)氣候，四季分明，雨水充沛，氣溫較高，冬季受來自西北的冷空氣的影響，夏季盛行東南季風(fēng)和來自猛加拉灣的暖溫季風(fēng)的影響，氣候季節(jié)性差異大，垂直變化明顯。年平均氣溫為 11.9℃，月均氣溫在 －0.8℃到23.3℃，極端最高氣溫37.3℃，極端最低氣溫－15℃;多年平均降水量680mm，多年平均蒸發(fā)量1149mm，干旱指數(shù)1.79。其中黃渚關(guān)是省內(nèi)著名的暴雨中心之一，暴雨洪水頻繁。

流域內(nèi)溝壑縱橫，支流較多，較大支流自上而下有曬經(jīng)河、麻沿河、趙河、廟溝、王莊渠、周家溝、黑峪河等。

1.2 氣候特征

成縣地處大陸腹地，屬暖溫帶半濕潤氣候，四季分明，冷暖適度，冬季受來自西北的冷空氣影響，夏季盛行東南季風(fēng)和來自孟加拉灣的暖濕季風(fēng)的影響，氣候的季節(jié)性差異大，垂直變化明顯。根據(jù)成縣氣象站1960～2009年實測資料統(tǒng)計，年平均氣溫11.9℃，最熱月平均氣溫23.3℃，最冷月平均氣溫－0.8℃，極端最高氣溫37.3℃，極端最低氣溫－15℃;多年平均降水量680mm，相對濕度75%。多年平均蒸發(fā)量1149mm，干旱指數(shù)1.79;多年平均日照1795h;多年平均風(fēng)速0.9m/s，最大風(fēng)速16.7m/s;無霜期210d，最大凍土深度20cm。

自然災(zāi)害有干旱、暴雨、冰雹、連陰雨、霜凍等，其中以干旱為主。

2 暴雨特性

2.1 天氣成因

甘肅省隴南地區(qū)由南向北屬北亞熱帶半濕潤區(qū)向半濕潤、半干旱區(qū)過渡地帶，境內(nèi)山脈縱橫交錯，高低相差懸殊，天氣氣候差異明顯，降水時空分布不均，降水量年際變化大。該區(qū)是甘肅省年降雨量較多的地區(qū)，也是暴雨發(fā)生最多的地區(qū)。暴雨災(zāi)害是隴南地區(qū)的主要氣象災(zāi)害之一。

2.2 降雨強度大

受北方冷空氣、西太平洋副熱帶高壓和西南暖濕氣流的共同影響，12日1∶00～10∶30，東河流域出現(xiàn)了區(qū)域性暴雨，局部大暴雨天氣。成縣黃渚鎮(zhèn)累計降水量達(dá)到261.8mm。該次暴雨具有短歷時、強度大、局地性強等特點。

2.3 暴雨時空分布及特性分析

從走訪情況及點雨量的面上分布分析，該次暴雨走向是自西北向東南呈帶狀分布。降雨區(qū)北部起自天水市麥積區(qū)和東河流域接壤地帶，西部起自西和縣曬經(jīng)鄉(xiāng)俞家莊一帶，成縣黃渚鎮(zhèn)為這次暴雨的中心。自黃渚鎮(zhèn)向東南方向暴雨量逐漸減小，暴雨強度逐漸減弱。黃渚鎮(zhèn)王臺村雨量站自記雨量計記錄顯示，開始降水時間為12日1∶00，其中1∶00～4∶00降水強度不大，降水量僅為3.7mm，4∶00 ～9∶00降水強度很大，降水量為196.7mm，各時段最大降水量見表1。最大1小時降水量為83.5mm，最大2小時降水量為120.5mm，最大3小時降水量為144.9mm，最大4小時降水量為175.5mm。其整個降水過程量高達(dá)261.8mm。綜上所述，該次暴雨具有短歷時、強度大、局地性強的特點。

表1 長江流域嘉陵江水系東河黃渚關(guān)雨量站各時段最大降水量

圖1 成縣站8.12洪水瞬時水文要素過程線圖

3 “8·12”洪水特征值及重現(xiàn)期

3.1 水位、流量、含沙量測次布設(shè)情況

在“8·12”洪水測驗中，水位觀測連續(xù)完整，流量、含沙量測次布設(shè)合理，在起漲點、漲水段、峰頂、落水段都布設(shè)有水位、流量、含沙量的測次，能夠完整反映出洪水水位、流量、含沙量的變化過程。長豐河成縣站瞬時水文要素過程線見圖1。

3.1.1 洪水總量

本次洪水歷時確定為8月12日8∶00～8月16日20∶00，洪水總量的計算方法為:洪水總量=徑流量－基流量。

基流的切割方法采用斜線切割法，根據(jù)成縣站2010年水文資料整編的成果，將8月12日8∶00的流量7.48m3/s，8月16日14∶00的流量21.3m3/s，分別做為峰前基流和峰后基流，經(jīng)計算洪水總量為0.3656 ×108m3。

圖2 頻率計算曲線圖

3.1.2 輸沙量

根據(jù)成縣站2010年流量及含沙量資料的整編成果，計算得本次洪水的輸沙總量為71.7×104t。

3.1.3 洪水特征

此次洪水的主要特征為:漲勢迅猛、水位高、含沙量大、漂浮物多。從9∶48開始汛速漲水至11∶00峰頂，水位就從992.18m漲至995.86m(最高水位995.87m)，由于大量漂浮物堵塞基本斷面下游電廠的三孔進排水閘門及斷面上游城區(qū)內(nèi)橋梁的部分橋孔，致使城區(qū)沿河至基本斷面水位抬高，基本斷面處的水位比同級流量下高0.12m左右。自從長防長治工程實施以來，長豐河泥沙有減小的趨勢，但此次暴雨的量和強度都極為罕見，造成暴雨中心發(fā)生了為數(shù)眾多的小型滑坡體、尾礦壩垮壩、河道內(nèi)長期挖沙形成的松散堆集體等因素，致使泥沙增大，含沙量為近25年來的最大值。本次洪水的主要特征值見表2。

表2 “8·12”洪水特征值統(tǒng)計表

3.2 洪水頻率計算

成縣水文站為國家基本水文站，實測資料完整，精度符合《河流流量測驗規(guī)范》(GB50179—93)要求，作為洪水頻率分析計算依據(jù)。自1959～2010年，共有52年實測最大洪峰流量資料系列，其中1964年7月21日實測洪峰流量1300m3/s，為本站實測最大洪峰流量。

根據(jù)《甘肅省洪水調(diào)查資料》成果，近一二百年間的可調(diào)查考證期內(nèi)，成縣共發(fā)生兩次大的洪水。最大洪水發(fā)生在1934年，調(diào)查洪峰流量為2500m3/s，調(diào)查資料成果較為可靠，可做為歷史洪水參加頻率計算，次大洪水發(fā)生在1898年，洪峰流量數(shù)值不能確定，但確切排位應(yīng)在1934年洪水之后，為歷史次大洪水，可供參考。

特大洪水一般是指歷史洪水，但在實測洪水系列中，若有大于或相當(dāng)于歷史洪水的也作為特大洪水，成縣水文站52年實測最大洪水洪峰流量量級在1000～1300m3/s之間的洪水共有四次之多，因而1300m3/s的實測最大洪峰流量在水文頻率計算中不應(yīng)做為特大洪水處理。

將河段調(diào)查的歷史洪水2500m3/s作為特大值參加計算，組成本河段53年的洪峰流量的不連續(xù)系列資料，1934年歷史洪峰流量的重現(xiàn)期可按110年確定。

首先對實測的年最大洪峰流量資料系列從大到小排序，按下式估算其經(jīng)驗頻率:

對特大值系列洪水按下式估算其經(jīng)驗頻率:

其中:N—樣本總長度;

n—實測系列長度;

a—特大洪水總數(shù);

Mi—第i個特大洪水排序號;

mi—第i個實測洪水排序號;

將經(jīng)驗頻率點據(jù)(Pi，Qi)點繪在頻率格紙上，根據(jù)曲線與經(jīng)驗點據(jù)配合最佳的原則，適度考慮大洪水點據(jù)，調(diào)查相關(guān)參數(shù)，繪制理論頻率曲線。檢查理論曲線與經(jīng)驗點據(jù)的擬合情況，適當(dāng)調(diào)整Cv、Cs等參數(shù)，直至理論曲線與經(jīng)驗點據(jù)擬合良好，這時的Cv、Cs就是優(yōu)選的參數(shù)。

依據(jù)以上原理，將各項數(shù)值輸入頻率計算程序，就可以得到計算結(jié)果和生成最大流量頻率曲線圖(P－Ⅲ型)，計算結(jié)果見表3。頻率曲線見圖2。

表3 成縣站不同頻率洪峰流量成果表

根據(jù)計算結(jié)果和頻率曲線圖推求出成縣“8·12”洪水的重現(xiàn)期為10～15年。

降水因素是造成成縣“8·12”暴雨洪水災(zāi)害的根本原因。這次暴雨短歷時強度大，再加上東河流域水系發(fā)達(dá)，且各支流、支溝坡度大，洪水的沖刷和挾沙能力相當(dāng)強，致使很多支流支溝淤滿了泥沙和巨石，洪水挾裹著泥石流，任意肆虐，沿途農(nóng)田大面積被淹沒，居民的房屋被沖毀，以至于多個生命被洪水帶走。趙河與廟溝的災(zāi)害就是這樣形成的。其次，當(dāng)?shù)鼐用袢藶榭s窄河道，占用河道來建造住房，同時在河道內(nèi)采沙，亂采亂堆，河道不暢，行洪能力降低，河堤不牢固，堤防標(biāo)準(zhǔn)低，暴雨洪水預(yù)警系統(tǒng)不健全，人們防洪意識不強等，也是造成這次災(zāi)害的主要原因。

“8·12”暴雨洪水災(zāi)害也把人無視防洪安全以及對東河流域生態(tài)環(huán)境破壞的不良影響都顯現(xiàn)出來了。流域內(nèi)植被破壞，碎石廢渣堆積，礦山山體千瘡百孔，礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，環(huán)境污染問題凸現(xiàn)，流域生態(tài)環(huán)境不斷惡化，水土流失嚴(yán)重。發(fā)端于上世紀(jì)70年代長豐河上游的鉛鋅采礦業(yè)，支撐起了地方的經(jīng)濟發(fā)展。自1980年以來的30年，是地方經(jīng)濟發(fā)展最快的時期，是社會財富大量累積的時期，也是東河流域生態(tài)環(huán)境破壞最嚴(yán)重的時期。雖然采礦單位也做了一些復(fù)懇、植樹等工作，但流域生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)要比破壞的周期漫長得多。

4 建議

(1)成縣人民政府應(yīng)利用災(zāi)后重建的有利時機，站在可持續(xù)發(fā)展、綠色、有序發(fā)展的高度，依法加大東河流域的治理力度，堅決杜絕非法采礦、采金、采砂行為，疏浚河道，提高堤防標(biāo)準(zhǔn)，加固河堤，提高河道的行洪能力。

(2)應(yīng)建立健全暴雨洪水預(yù)警和防范系統(tǒng)，加強防洪知識宣傳工作，做好暴洪災(zāi)害的協(xié)防演練，盡可能降低人民生命財產(chǎn)損失。

(3)應(yīng)下大力氣做好流域內(nèi)植被的恢復(fù)和土地的復(fù)墾工作，堅決杜絕在行洪區(qū)域內(nèi)搞建筑，把各項防洪法律法規(guī)落到實處，確保大暴雨洪水期間的人民生命財產(chǎn)安全。

(4)由于對全流域暴雨洪水的了解和調(diào)查不夠，對長豐河上游不同來水組合情況的洪水運動規(guī)律研究甚少，因此上述的認(rèn)識是非常淺薄的。通過對這場洪水的分析，要認(rèn)真做好總結(jié)，為今后更好地作好洪水預(yù)報積累經(jīng)驗，為成縣長豐河防洪提供更準(zhǔn)確及時的決策依據(jù)。

(5)此次長豐河的支流東河流域洪水是區(qū)域性洪水，要進一步研究其洪水特性和傳播規(guī)律，更好地應(yīng)對長豐河全流域性大洪水，確保下游段防洪安全。為國民經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。