汾河蘭村至義棠河段的洪水特性分析

(山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002)

汾河是山西省境內(nèi)最大的河流，同時(shí)也是黃河的一大支流，在新中國(guó)成立前的100多年里，汾河發(fā)生洪災(zāi)20余次，大致平均5年一次。1949年后，汾河中下游共出現(xiàn)了5次規(guī)模比較大的洪水災(zāi)害。汾河流域的暴雨成因復(fù)雜，影響暴雨的各種天氣系統(tǒng)主要為西太平洋副熱帶高壓、切變線及冷鋒。當(dāng)義棠站以上的中游洪水與靈霍山峽的暴雨洪水以及趙城以下區(qū)間洪水遭遇疊加后，易形成峰高量大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的洪水過(guò)程，在下游形成大范圍的災(zāi)害性洪水。為更詳細(xì)地了解汾河流域洪水災(zāi)害發(fā)生的情況，本文選取汾河蘭村至義棠河段的洪水進(jìn)行實(shí)例分析，通過(guò)分析得出不同量級(jí)洪水、不同區(qū)間來(lái)水及走向所產(chǎn)生的洪水過(guò)程，預(yù)測(cè)出下游洪水的過(guò)程及量級(jí)。

1 流域概況

根據(jù)水文站及資料情況，汾河流域汾河二庫(kù)以下洪水演進(jìn)應(yīng)分段進(jìn)行演算，將汾河蘭村至義棠河段分為兩段：蘭村—汾河二壩(加入支流蘆家莊站)和汾河二壩—義棠。

蘭村—汾河二壩段，河段長(zhǎng)60km，區(qū)間面積6325km2，區(qū)間有汾河第二大支流瀟河匯入。瀟河全長(zhǎng)147km，流域面積3894km2，上游有白馬河、松塔河兩大支流，在壽陽(yáng)縣蘆家莊匯合為干流，以下至榆次區(qū)北合流村，又有涂河匯入，于源渦村出山口進(jìn)入平川區(qū)。源渦村以下有澗河、朱耕河等支流匯入，其中源渦村以上流域面積3090km2，平均縱坡2.85‰。 該段選用站點(diǎn)46處，其中水文站5處，雨量站38處，氣象站3處；選用不同量級(jí)洪水22場(chǎng)來(lái)分析其洪水特性。

汾河二壩—義棠段，河段長(zhǎng)100km，區(qū)間面積9915km2。該段有象峪河、烏馬河、昌源河、磁窯河及文峪河等支流匯入。烏馬河為汾河的一級(jí)支流，發(fā)源地分東、西兩源，全長(zhǎng)109.9km，流域面積500km2，平均縱坡18‰，平均糙率0.025。昌源河是汾河一級(jí)支流，全長(zhǎng)87km，昌源河主要河溝支流有南風(fēng)溝、東峪溝、左家灘溝、小莊溝、烏馬河等。文峪河是汾河最大的支流，發(fā)源于交城縣西北關(guān)帝山，主河道長(zhǎng)158.6km，上游河段93.9km，中下游河段64.7km。該段選用站點(diǎn)59處，其中水文站3處，雨量站50處，氣象站6處；選用不同量級(jí)洪水9場(chǎng)來(lái)分析其洪水特性。

2 結(jié)果分析

2.1 洪水特征值分析

蘭村—汾河二壩對(duì)應(yīng)的洪水有12場(chǎng)，蘆家莊—汾河二壩對(duì)應(yīng)的洪水有10場(chǎng)，汾河二壩—義棠段有9場(chǎng)，每段的每場(chǎng)洪水對(duì)應(yīng)的洪峰流量和峰現(xiàn)時(shí)間見(jiàn)表1～表3。從中可以看出，31場(chǎng)洪水中，5月有3場(chǎng)，6月有2場(chǎng)，7月有12場(chǎng)，8月有12場(chǎng)，9月有2場(chǎng)，說(shuō)明洪水主要發(fā)生在7—8月，占全年洪水次數(shù)的77.4%；從選取的不同場(chǎng)次各個(gè)洪水站點(diǎn)的洪峰流量來(lái)看，上游站點(diǎn)的洪峰流量大于下游站點(diǎn)的洪峰流量。

表1 汾河干流蘭村—汾河二壩段洪水特征值統(tǒng)計(jì)

表2 汾河支流蘆家莊—汾河二壩段洪水特征值統(tǒng)計(jì)

表3 汾河干流汾河二壩—義棠段洪水特征值統(tǒng)計(jì)

2.2 上下游洪峰流量關(guān)系分析

運(yùn)用各個(gè)河段不同場(chǎng)次的洪水洪峰流量數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行擬合，得到了各個(gè)河段上下游的洪水流量關(guān)系曲線，見(jiàn)圖1～圖3。從圖中可以看出：上游的洪峰流量與下游的洪峰流量呈正相關(guān)，蘭村至汾河二壩河段出現(xiàn)的洪峰流量最大，向下游逐漸減小。由圖1、圖2可以看出：上下游洪峰流量關(guān)系點(diǎn)據(jù)比較散亂，曲線與實(shí)際數(shù)據(jù)相關(guān)性較差，反映了二壩洪水除受蘭村或蘆家莊洪水的影響外，可能還受蘭村、蘆家莊兩站洪水以及其他區(qū)間暴雨洪水的共同影響。

圖1 蘭村—汾河二壩洪峰流量相關(guān)關(guān)系

圖2 蘆家莊—汾河二壩洪峰流量相關(guān)關(guān)系

圖3 汾河二壩—義棠洪峰流量相關(guān)關(guān)系

對(duì)上游二壩與下游義棠的洪峰流量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得其關(guān)系曲線表達(dá)式為Q義棠=-0.0000007Q二壩+0.00099Q二壩+0.42755Q二壩-21.539，其相關(guān)系數(shù)為0.9412。由此可見(jiàn)，二壩—義棠的洪峰流量相關(guān)性好，反映了義棠洪水主要來(lái)源于上游二壩，區(qū)間面積雖然較大，但由于主要支流均有水庫(kù)控制，兩者不易相遇。

2.3 洪峰流量與傳播時(shí)間相關(guān)關(guān)系分析

圖4 蘭村洪峰流量和傳播時(shí)間相關(guān)關(guān)系

圖5 蘆家莊洪峰流量和傳播時(shí)間相關(guān)關(guān)系

圖6 汾河二壩洪峰流量和傳播時(shí)間相關(guān)關(guān)系

根據(jù)所選的31場(chǎng)洪水，分別統(tǒng)計(jì)各個(gè)洪峰流量從上游站點(diǎn)到下游站點(diǎn)的傳播時(shí)間，從而分析上游各個(gè)站點(diǎn)的洪峰流量和傳播時(shí)間的關(guān)系，其相關(guān)關(guān)系曲線見(jiàn)圖4～圖6。蘭村到汾河二壩的平均傳播時(shí)間為16.1h，蘆家莊到汾河二壩的平均傳播時(shí)間為17.8h，從圖4、圖5可以看出兩河段上游洪峰與傳播時(shí)間相關(guān)性較好，中下部規(guī)律基本一致，即隨著上游洪峰的減小，傳播時(shí)間加大；中上部?jī)珊佣我?guī)律有一定的差異。汾河二壩到義棠的平均傳播時(shí)間為26.8h，該河段上游洪峰與傳播時(shí)間相關(guān)性較好，隨著上游洪峰流量的增大，傳播時(shí)間逐漸減小。

通過(guò)對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可以看出：蘭村到汾河二壩河段中，蘭村上游洪峰流量在150～400m3/s之間，其傳播時(shí)間范圍為14～32h；上游洪峰流量在400～1500m3/s之間，其傳播時(shí)間范圍為11～14h。蘆家莊到汾河二壩的河段中，蘆家莊的上游洪峰流量在100～300m3/s之間，其傳播時(shí)間范圍為17.5～20h；上游洪峰流量在300～500m3/s之間，其傳播時(shí)間范圍為16.5～17.5h；上游洪峰流量在500～700m3/s之間，其傳播時(shí)間范圍為16.5～22h。汾河二壩到義棠的河段中，汾河二壩的上游洪峰流量在200～400m3/s之間，其傳播時(shí)間范圍為24～45h；上游洪峰流量在400～1200m3/s之間，其傳播時(shí)間范圍為13～24h。

3 結(jié) 論

選取汾河蘭村—義棠河段的洪水進(jìn)行實(shí)例分析，通過(guò)分析得出不同量級(jí)洪水、不同區(qū)間來(lái)水及走向所產(chǎn)生的洪水過(guò)程，分析其洪水特性，可以得出以下結(jié)論：

a.蘭村—義棠河段所選的31場(chǎng)洪水中，主要發(fā)生在7—8月，占到了77.4%；從選取的不同場(chǎng)次各個(gè)洪水站點(diǎn)的洪峰流量來(lái)看，上游站點(diǎn)的洪峰流量大于下游站點(diǎn)的洪峰流量。

b.研究區(qū)域上游的洪峰流量與下游的洪峰流量呈正相關(guān)，其中蘭村—汾河二壩及蘆家莊—汾河二壩河段中，其上下游洪峰流量關(guān)系曲線說(shuō)明二壩洪水除受蘭村或蘆家莊洪水的影響外，可能還受蘭村、蘆家莊兩站洪水以及其他區(qū)間暴雨洪水的共同影響；汾河二壩—義棠河段中，義棠洪水主要來(lái)源于上游二壩。

c.研究區(qū)域上游洪峰與傳播時(shí)間相關(guān)性較好，前兩個(gè)河段隨著上游洪峰的減小，傳播時(shí)間加大；中上部?jī)珊佣我?guī)律有一定的差異。汾河二壩—義棠河段隨著上游洪峰流量的增大，傳播時(shí)間逐漸減小。