合陽(yáng)縣山洪災(zāi)害暴雨洪水特性探析

侯秀明

（陜西省合陽(yáng)縣水務(wù)局，陜西 合陽(yáng) 715300）

1 概況

合陽(yáng)縣總面積1341.6 km2，轄16個(gè)鎮(zhèn)（辦事處），總?cè)丝?6萬(wàn)人。境內(nèi)有徐水溝、金水溝、太棗溝、大浴河河流4條，大小支毛溝共1086條。屬暖溫帶半干旱型大陸性季風(fēng)氣候，具有光熱資源豐富，降水偏少，氣候多變，災(zāi)害頻繁等特征。多年平均降雨量553.2mm，降水量年內(nèi)分配極不均勻，七、八、九三個(gè)月的降水量占到全年降水量的53%，而十二月、一月、二月份的降水量?jī)H占到全年降水量的0.3%。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，高強(qiáng)度暴雨是合陽(yáng)縣發(fā)生山洪災(zāi)害的直接原因，影響最大的是洪水、滑坡、泥石流。近30年來(lái)共發(fā)生山洪災(zāi)害4次，直接經(jīng)濟(jì)損失9230萬(wàn)余元。

從整體發(fā)生、發(fā)展的物理過(guò)程分析可知，發(fā)生山洪災(zāi)害的主要原因還是持續(xù)的降雨和短時(shí)強(qiáng)降雨而引發(fā)的。為了提高合陽(yáng)縣山洪災(zāi)害防御能力，需對(duì)小流域暴雨量、匯流時(shí)間和洪水過(guò)程情況進(jìn)行分析。

2 暴雨量分析

根據(jù)《山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)技術(shù)要求》，合陽(yáng)縣山洪災(zāi)害設(shè)計(jì)暴雨量采用常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)歷時(shí)暴雨計(jì)算法，分別對(duì)設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)確定、設(shè)計(jì)暴雨雨量進(jìn)行計(jì)算。

2.1 設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)確定

設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)涉及到不同時(shí)段、不同頻率暴雨量及變差系數(shù)Cv、偏態(tài)系數(shù)Cs與變差系數(shù)Cv比值（Cs/Cv）、點(diǎn)面折減系數(shù)、時(shí)段雨量折減系數(shù)n1、n2的確定。根據(jù)《山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)技術(shù)要求》，暴雨頻率選擇了5年、10年、20年、50年、100年一遇5種頻率。根據(jù)分析對(duì)象小流域的面積查《陜西省可能最大暴雨圖集》中的“渭南市短歷時(shí)暴雨時(shí)面深ɑ~Ht~F關(guān)系圖”，可得各小流域1、6、24小時(shí)點(diǎn)面雨量轉(zhuǎn)換系數(shù)ɑ，乘以設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量得到設(shè)計(jì)面雨量。其他時(shí)段的設(shè)計(jì)面雨量可乘以相應(yīng)的暴雨遞減指數(shù)獲得。暴雨時(shí)程分配根據(jù)暴雨圖集中的24小時(shí)典型雨序進(jìn)行分析，如圖1所示。其他時(shí)段的時(shí)程分配采用同頻率相包的形式，根據(jù)匯流時(shí)間內(nèi)的雨序與典型雨序相同的原則進(jìn)行降雨分配計(jì)算。

圖1 渭南市24小時(shí)典型暴雨雨型圖

基于以上方法，現(xiàn)以路井鎮(zhèn)岱堡、百良鎮(zhèn)三河村、新池鎮(zhèn)北溝村小流域?yàn)榈湫?，?jīng)計(jì)算，各小流域中典型沿河村落集水區(qū)設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)成果見(jiàn)表1。

2.2 設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算

第一步，根據(jù)沿河村落集水區(qū)（小流域）的位置查《陜西省可能最大暴雨圖集》中的“渭南市年最大24小時(shí)點(diǎn)雨量均值等值線(xiàn)圖”、“渭南市年最大24小時(shí)點(diǎn)雨量Cv等值線(xiàn)圖”，得到各個(gè)小流域的24小時(shí)的H24點(diǎn)和Cv；并據(jù)Cv值和相應(yīng)頻率，查《陜西省可能最大暴雨圖集》的“皮爾遜III型曲線(xiàn)模比系數(shù)Kp值表”，可得各計(jì)算單元不同設(shè)計(jì)暴雨頻率相應(yīng)的Kp值，乘以暴雨均值可得不同設(shè)計(jì)暴雨頻率的設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量，即 H24點(diǎn)=H24點(diǎn)×Kp；

表1 各沿河村落暴雨參數(shù)表

第二步，同第一步類(lèi)似的方法，可得到6小時(shí)、1小時(shí)的設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量：H6點(diǎn)=H24點(diǎn)×Kp，H1點(diǎn)＝H1點(diǎn)×Kp；

第三步，根據(jù)分析對(duì)象小流域的面積查手冊(cè)中的“陜西省短歷時(shí)暴雨時(shí)面深ɑ~Ht~F關(guān)系圖”，可得各小流域1、6、24小時(shí)點(diǎn)面雨量轉(zhuǎn)換系數(shù)ɑ，乘以設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量得到1，6，24小時(shí)的設(shè)計(jì)面雨量；

第四步，根據(jù)面暴雨遞減指數(shù)n的求解公式，求得n2，n3兩種時(shí)段的面暴雨遞減指數(shù)。

第五步，根據(jù)第三步求得的1、6、24小時(shí)的設(shè)計(jì)面雨量，按以下公式就可以求得不同歷時(shí)的設(shè)計(jì)面雨量：

依據(jù)以上步驟，可以計(jì)算得路井鎮(zhèn)岱堡、百良鎮(zhèn)三河村、新池鎮(zhèn)北溝村小流域暴雨成果，如表2所示。

表2 防災(zāi)對(duì)象設(shè)計(jì)暴雨成果表 單位：mm

由表2可以看出，三個(gè)典型村的暴雨隨著時(shí)間的增加，暴雨量會(huì)增大，五年一遇1小時(shí)降雨量基本在16 mm左右，10年一遇1小時(shí)降雨在24mm左右，20年一遇1小時(shí)降雨在31mm左右，50年一遇1小時(shí)降雨在41mm左右，100年一遇1小時(shí)降雨在47mm左右。隨著暴雨頻率的增加，暴雨值會(huì)越來(lái)越大，匯流時(shí)間也越來(lái)越長(zhǎng)。用同樣的辦法，可計(jì)算得到合陽(yáng)縣36個(gè)山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)對(duì)象的5年一遇、10年一遇、20年一遇、50年一遇的設(shè)計(jì)暴雨成果。

3 洪水分析

洪水量可以用洪水過(guò)程線(xiàn)來(lái)反映，現(xiàn)以同倍比放大法和五點(diǎn)概化法兩種方法進(jìn)行典型洪水過(guò)程線(xiàn)的推求。

3.1 同倍比放大法

由于設(shè)計(jì)流域沒(méi)有測(cè)到一個(gè)完整的洪峰過(guò)程，所以選擇參證站定國(guó)水庫(kù)站的暴雨洪水過(guò)程作為典型洪水過(guò)程進(jìn)行放大。對(duì)定國(guó)水庫(kù)站實(shí)測(cè)58年的各次暴雨洪水過(guò)程結(jié)合該流域降雨概況進(jìn)行分析，認(rèn)為定國(guó)站1999年7月13日2：00～23日0：00的洪水過(guò)程能夠反映該流域暴雨洪水的特性。選用一次洪水過(guò)程線(xiàn)作為典型洪水過(guò)程線(xiàn)，采用同倍比放大法推求出設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線(xiàn)，放大倍比采用5式推求，不同頻率設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線(xiàn)見(jiàn)圖2~4。

圖2 路井鎮(zhèn)岱堡設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線(xiàn)圖（暴雨洪水）

圖3 新池鎮(zhèn)北溝村設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線(xiàn)圖（暴雨洪水）

圖4 百良鎮(zhèn)三河村設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線(xiàn)圖（暴雨洪水）

式中：KQ為洪峰放大倍比；Qm.p為設(shè)計(jì)洪峰流量（m3/s）；Qm.D為典型洪水過(guò)程線(xiàn)的洪峰流量（m3/s）。

3.2 五點(diǎn)概化法

五點(diǎn)概化過(guò)程線(xiàn)法是水文水利計(jì)算中推求設(shè)計(jì)洪量及設(shè)計(jì)洪水過(guò)程及設(shè)計(jì)洪水過(guò)程的一種方法。其原理是利用確定的設(shè)計(jì)暴雨的時(shí)程分配和時(shí)段徑流量，來(lái)繪制洪水過(guò)程，其五點(diǎn)情況為坐標(biāo)a起漲點(diǎn)，流量時(shí)間為0，b起漲轉(zhuǎn)折點(diǎn)流量 0.1Qm’、時(shí)間 0.1T，c 洪峰流量 Qm’、時(shí)間 0.25T，d 退水段轉(zhuǎn)折點(diǎn)流量 0.2Qm’、時(shí)間 0.5T，e終止點(diǎn)流量為 0、時(shí)間 T。其中，T為設(shè)計(jì)洪水總歷時(shí)，把匯流時(shí)間作為峰現(xiàn)時(shí)間，即,τ=0.25T，T=4τ。Qm’為洪峰流量，由洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線(xiàn)法和地區(qū)綜合經(jīng)驗(yàn)公式法確定設(shè)計(jì)頻率下的設(shè)計(jì)洪峰流量Qmp。W為洪水總量，在設(shè)計(jì)洪水過(guò)程計(jì)算中，忽略地下徑流量，洪水總量可由洪水流量過(guò)程線(xiàn)和洪水歷時(shí)求得，W=ΣQ×t。依據(jù)五點(diǎn)概化法，可分別求得匯制出三個(gè)典型村洪水過(guò)程線(xiàn)圖。見(jiàn)圖5~圖7。

圖5 路井鎮(zhèn)岱堡設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線(xiàn)圖（暴雨洪水）

圖6 新池鎮(zhèn)北溝村設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線(xiàn)圖（暴雨洪水）

圖7 百良鎮(zhèn)三河村設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線(xiàn)圖（暴雨洪水）

從以上圖可以看出，同倍比放大法計(jì)算洪水過(guò)程線(xiàn)，是用大流域的實(shí)測(cè)洪水過(guò)程作為典型進(jìn)行放大，其洪水歷時(shí)太長(zhǎng)，洪水過(guò)程與中小流域典型洪水過(guò)程不符。而小流域暴雨洪水具有暴漲暴落，歷時(shí)短，來(lái)的快去的也快的特點(diǎn)，相比之下，五點(diǎn)概化洪水過(guò)程線(xiàn)的方法更適用于中小流域設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線(xiàn)的計(jì)算，對(duì)比兩種方法的利弊，建議用五點(diǎn)概化洪水過(guò)程線(xiàn)的成果作為合陽(yáng)縣的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線(xiàn)計(jì)算成果。

從五點(diǎn)概化洪水過(guò)程線(xiàn)圖可以看出，岱堡匯流時(shí)間需要2小時(shí)、三河村需要3小時(shí)、北溝村需要8小時(shí)左右。根據(jù)洪水匯流的不同時(shí)間，可以從1小時(shí)到8小時(shí)建立不同時(shí)段的洪水預(yù)警機(jī)制。同理，可以用此種方法，匯制出合陽(yáng)縣36個(gè)分析評(píng)價(jià)對(duì)象的洪水過(guò)程線(xiàn)圖。

4 結(jié)語(yǔ)

合陽(yáng)縣地貌以黃土臺(tái)塬為主，地表結(jié)構(gòu)疏松，滲透性強(qiáng)，蓄水能力差，在浸水和土壤飽和的狀態(tài)下，體積膨脹，并迅速崩塌，容易形成具有較大沖擊力的地表徑流，極易導(dǎo)致山洪暴發(fā)，而暴雨洪水則是誘發(fā)導(dǎo)因。為了提高山洪災(zāi)害防御能力，以岱堡、三河村、北溝村3個(gè)不同典型小流域5年一遇、10年一遇、20年一遇、50年一遇暴雨進(jìn)行設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算分析。經(jīng)對(duì)比分析，采用五點(diǎn)概化法匯制洪水過(guò)程線(xiàn)。經(jīng)過(guò)對(duì)暴雨洪水分析發(fā)現(xiàn)，三個(gè)典型村的暴雨隨著時(shí)間的增加，暴雨量會(huì)增大。隨著暴雨頻率的增加，暴雨量越來(lái)越大，歷時(shí)會(huì)越來(lái)越長(zhǎng)。洪水會(huì)在1個(gè)小時(shí)就出現(xiàn)，從洪水出現(xiàn)到洪峰需要將近8個(gè)小時(shí)。針對(duì)暴雨洪水的特性和規(guī)律，建議預(yù)警時(shí)間采用降雨后的1小時(shí)、2小時(shí)、3小時(shí)、6小時(shí)、8小時(shí)分別建立不同時(shí)段的洪水預(yù)警機(jī)制，以切實(shí)提高全縣山洪災(zāi)害防御預(yù)警措施。