長歷時致災暴雨分析

【摘要】近年來城市大型洪澇災害頻發(fā)帶來的損失不可估量。促使我們開展對洪水成因、洪水特性、致災要素的研究。長歷時暴雨是大流域洪水的主要控制因素，本文以花馬湖流域為例分析暴雨致災歷時并以歷史洪水過程驗證模型，為大流域洪水研究及預警提供了參考思路。

【關(guān)鍵詞】長歷時暴雨；致災暴雨；致災暴雨歷時

1、研究背景

洪水是一種復雜的自然現(xiàn)象，它的發(fā)生與發(fā)展取決于氣象因素和地理因素，是一個相當復雜的動態(tài)過程。降雨量和降雨結(jié)構(gòu)是降雨歷時、強度在空間分布的特征參數(shù)。

本文提出致災暴雨歷時的概念：是對于某類具有相近暴雨成因特性以及下墊面情況的尺寸相近的特定流域而言直接導致該流域受災的暴雨稱為致災暴雨，而該場暴雨的歷時稱為致災暴雨歷時。長歷時降雨極易導致排水管道受河道水位抬升帶來的頂托作用，使得管道正常排水受到影響引起城市內(nèi)澇災害。

2、 致災暴雨歷時的分析

為了更明確的分析對于洪災起關(guān)鍵作用的暴雨歷時，本文以湖北鄂州花馬湖流域為例進行模型計算。分析采用本流域內(nèi)白龍雨量站1961～2013年的逐日雨量資料、花馬湖泵站1980～2012年的逐日站前水位資料及花馬湖泵站附近的黃石港水文站（長江）1951～2012年水位資料。

2.1 計算邊界條件

花馬湖位于鄂州市東部，流域面積291km2?；R湖共有入湖河港14條，汛期主要排水通道是外江水位低時通過上港閘自排，外江水位高時通過花馬湖泵站（32m3/s）提排。

2.2 致災暴雨歷時的確定

根據(jù)花馬湖流域歷史洪澇災害情況記載，花馬湖內(nèi)湖水位達到19.0m左右時，流域內(nèi)開始漬澇成災。災情最為嚴重的年份為1983年、1991年、1996年、1998年、1999年，暴雨期間外江水位受長江高水位頂托，洪水均無法自排。選取以上年份作為花馬湖流域成災典型年份，對典型年各歷時暴雨及洪水位排位對比情況如表1。

分析暴雨發(fā)生時間和最高水位出現(xiàn)時間可知，1日、5日等短歷時暴雨不能造成花馬湖水位持續(xù)上升至最高水位?；R湖水位較高年份的最大15日暴雨和30日暴雨排序較為靠前，都可導致水位達到最高水位，除1998年外其余年份基本吻合。綜合分析1998年花馬湖水位過程可發(fā)現(xiàn)湖水位第一次上漲由該年最大30日暴雨引起，但其時尚未達到該年的最高水位，此后間隔3日接連發(fā)生小規(guī)模連續(xù)暴雨后才出現(xiàn)該年最高水位，因此1998年最高水位主要是由于雨前水位較高及連續(xù)小型暴雨引起。

從流域雨洪成因上分析可知，1991及1999年的暴雨、洪水位關(guān)系最為直接。對比這兩年的各歷時暴雨排位，可發(fā)現(xiàn)這兩年的15日暴雨排位均更接近于年最高水位排位。綜上所述，可以認為15日暴雨是花馬湖流域最為直接的致災暴雨歷時。

2.3 模型驗證

考慮1991年的暴雨洪水位相關(guān)效果最好，采用1991年作為設(shè)計典型年。通過泰森多邊形法計算白龍雨量站的點面雨量折算系數(shù)并分別選出1日、3日、7日、15日、30日的典型過程，按照各歷時設(shè)計雨量進行分配得到15日典型雨量過程。

凈雨采用降雨徑流關(guān)系（P+Pa～R）推求。對花馬湖流域進行合理概化后可根據(jù)瞬時單位線法推算入湖的設(shè)計洪水過程。

根據(jù)花馬湖實測地形圖得到水位湖容曲線、花馬湖泵站的工作曲線、歷年實測黃石港水位（外江水位）及花馬湖泵站站前水位（內(nèi)湖水位），對花馬湖進行排蓄演算?？筛鶕?jù)1991年大洪水實測水位過程反推實際入湖洪水過程，即反推入湖過程。將兩個洪水過程進行對比如下，檢驗設(shè)計洪水的合理性。

從上圖可知兩者洪峰過程在量級和形狀上擬合較好，反推入湖（即實際入湖）洪量與設(shè)計洪水洪量僅相差5%。說明本次采用的暴雨推求洪水的方法能較好的反映花馬湖流域的實際情況，所設(shè)洪水模型及計算成果合理。

3、結(jié)論分析

（1）本文提出了致災暴雨及致災暴雨歷時的概念，為城市雨洪以及大尺度洪澇災害研究提出了一個新思路。

（2）平原湖泊型流域具有相近特征，在沒有詳盡實測分析資料時可以本文分析結(jié)果15日作為致災暴雨歷時做初步分析。有資料的情況下可進一步驗證。

（3）長歷時暴雨分析是大流域及城市雨洪的重要影響因素。本文以花馬湖流域為例具有一定的廣泛性，可以作為一種雨洪分析的計算方法及思路。

參考文獻：

[1] 付湘，王麗萍，紀昌明，等.洪水遭遇組合下防洪區(qū)的洪災風險率估算[J].水電能源科學，1999，17（4）：23-26.

[2] 楊星，朱大棟，李朝方，劉志龍，等.按風險率模型分析的設(shè)計雨型[J].水利學報，2013，44（5）：542-548.

[3] 萬永靜，朱程亮，劉俊，李岱遠，等.基于Copular函數(shù)的不同歷時暴雨組合分析[J].中國農(nóng)村水利水電，2017，11：6-9.