大席河“2019.6”特大暴雨洪水調(diào)查研究

李仕豪

(廣東省水文局惠州水文分局，廣東 惠州 516003)

在“2019.6”特大暴雨洪水過程中，大席河上游上坪站6月10日12：15出現(xiàn)303.49 m洪峰水位(珠江基面)，漲幅達7.66 m；下游大埠站6月10日16：40出現(xiàn)235.28 m洪峰水位，漲幅達6.70 m，兩站實測水位均超過歷史調(diào)查最高水位。因這場洪水規(guī)模巨大，具有很強的代表性，且洪水對當?shù)鼐用竦纳拓敭a(chǎn)方面造成了很大的損失，因此，開展對大席河流域“2019.6”特大暴雨洪水調(diào)查和分析工作、確定洪水洪峰流量顯得十分必要，并且該項工作對今后大席河流域防洪、水利工程規(guī)劃和設計都具有重大的意義。

1 流域概況

大席河又名大埠河，屬珠江流域東江水系新豐江一級支流。其流域地處廣東省北部九連山下，南嶺山脈的南麓，新豐江上游，貫穿連平縣中部全縣，地理坐標處于東經(jīng)114°27′～114°42′，北緯24°07′～24°35′。大席河發(fā)源于連平縣上坪鎮(zhèn)中村的尖峰嶺(海拔732.9 m)，流經(jīng)上坪鎮(zhèn)，內(nèi)莞鎮(zhèn)、元善鎮(zhèn)、田源鎮(zhèn)，至田源鄉(xiāng)河頭村和石坑西約2 km處出縣境，流入新豐縣。沿途收小水河、楊梅山水、新洞水、橫坑水、左坑水、石角水、西門水、郎中坑水、留洞河、黃板坑水、藍洲水、蛤坑水、田螺塘水、羅洞水、留潭水、新河水等左右諸水。大席河總河長為75 km，流域面積為630 km2，河道平均比降為3.98‰，多年平均徑流量為15.95 m3/s。大席河流域水系見圖1。

圖1 大席河流域水系示意

2 水文情勢

受西南氣流、低渦切變、高空槽以及冷空氣的共同影響，大席河流域遭遇了超百年一遇的特大暴雨洪水，普降大到暴雨，局部地區(qū)特大暴雨。其中連平縣上坪鎮(zhèn)6月10日6 h降雨量達到173 mm，上坪鎮(zhèn)、內(nèi)莞鎮(zhèn)受災嚴重，供水、供電和交通、通訊中斷，房屋倒塌。

大席河流域“2019.6”特大洪水主要是由集水區(qū)內(nèi)特大暴雨所產(chǎn)生的徑流形成，本場暴雨洪水，大席河流域的上坪雨量站最大6 h和最大24 h降水量都突破歷史記錄，由于持續(xù)高強度的暴雨，致使大席河流域上坪站、大埠站水位暴漲，洪峰水位均超過歷史調(diào)查最高水位。

本次暴雨過程從9日22：00開始，10日0：00～1：00短暫停頓，3：00～5：00降水強度稍大，6：00～8：00降水減弱，9：00～12：00雨強最大，13：00以后雨勢逐漸減小，因此上坪站水位過程出現(xiàn)3個洪峰。上坪站水位從6月9日22：30起漲水位295.23 m，10日0：45出現(xiàn)一個296.32 m小洪峰；至 3：20水位下降至295.81 m后， 在6：25水位快速上漲至297.64 m，出現(xiàn)第二個洪峰，隨后在8：20水位回落至297.13 m；隨即水位急劇上漲，12：15出現(xiàn)第三個洪峰，洪峰水位303.49 m，是上坪站建站以來最高水位。水位達到峰頂后急劇下降，洪水總歷時約26 h。下游大埠站洪水過程與上坪站類似[1]。上坪站、大埠站洪水水位過程對照見圖2。

圖2 上坪站、大埠站洪水水位過程對照示意

3 洪水分析

3.1 雨情分析

6月10日，南海西南氣流強盛，同時其北面有北向氣流，廣東省上空中低層存在低渦切變，均是降水形成的有利條件。河源市連平縣北部與江西接壤的邊界，正好處在南北向氣流的交匯處附近，同時受冷空氣助推，造成了本次連平縣大席河發(fā)生強降雨。

本輪降雨呈現(xiàn)出“強度大、范圍廣、持續(xù)時間長”的特點，造成大席河流域連平縣上坪鎮(zhèn)、內(nèi)莞鎮(zhèn)等地出現(xiàn)嚴重災情的強降雨主要發(fā)生在6月10日凌晨至午間，根據(jù)上坪站逐時雨量實測數(shù)據(jù)，本次暴雨上坪站逐時降雨過程見圖3。根據(jù)上坪、大埠、內(nèi)莞、河頭等29個流域內(nèi)外逐時雨量實時數(shù)據(jù)，采用反距離權重法進行估算插值，得到大席河流域最大24 h降水過程降水等值線示意(見圖4所示)。

圖3 上坪站逐時降雨過程示意

圖4 大席河流域9日13：00～10日12：00

3.2 洪峰計算

本次大席河流域“2019.6”特大暴雨洪水洪峰流量的分析計算方法主要有比降-面積法、廣東省綜合單位線法和新安江模型法。比降-面積法為規(guī)范推薦方法，且水面比降、斷面等資料均為實測資料，認為采用比降-面積法計算的洪峰流量較可靠，故以比降-面積法計算的洪峰流量為最后成果，廣東省綜合單位線法和新安江模型法作為校核方法[2-4]。

3.2.1比降-面積法

1) 測驗河段基本情況

根據(jù)測驗河段實際情況，比降上斷面位于上坪站下游147 m，比降下斷面位于上坪站下游307 m，上、下比降斷面相距160 m。兩斷面間河段順直，斷面間河道向下游略有擴散，岸邊有雜草、樹木，左岸樹木較多，伴有很多石塊，河底由沙和卵石組成，河寬約60 m，測驗河段示意圖見圖5。

圖5 測驗河段示意

2) 斷面測量情況和比降的確定

對上坪站上、下比降斷面進行了洪痕及大斷面實地測量，得到兩個斷面的大斷面成果(均為左岸為0起點距)及洪峰時洪痕高程，上、下比降斷面示意見圖6～7，洪痕及水面線示意見圖8。水面比降的計算采用上、下比降斷面的洪痕高程進行計算，比降(I)=(上比降斷面洪痕高程-下比降斷面斷面水位)/兩斷面間距。

圖6 上比降斷面示意

圖7 下比降斷面示意

圖8 大席河“2019.6”洪水水面線示意

3) 糙率的確定

上坪站有低水糙率觀測資料，水位294.73 m時，糙率為0.042 2，結(jié)合《水工建筑物與堰槽測流規(guī)范》(SL 537—2011)表K.0.4-5。綜合測驗河斷基本情況，擬定本河段綜合糙率值0.039 0。

4) 洪峰流量計算

根據(jù)上、下比降斷面實測資料，分別計算其面積、水面寬，上比降斷面面積略小于下比降斷面，斷面系向下游有擴散，計算洪峰流量時應考慮由于水流擴散所產(chǎn)生的損失he，根據(jù)比降-面積法計算步驟，第1次，不考慮流速水頭損失，計算結(jié)果見表1。

表1 上坪站比降-面積法計算結(jié)果(第1次)

第2次近似計算：考慮流速水頭損失，設Q=1 140 m3/s。

上比降斷面：

(1)

下比降斷面：

(2)

(3)

代入公式計算Q為1 170 m3/s。

考慮流速水頭損失影響與不考慮影響，所得的流量Q值相差：

(4)

故不必做第3次近似計算，即以Q=1 170 m3/s作為上坪站比降-面積法計算流量。

3.2.2綜合單位線法

1) 綜合單位線參數(shù)

上坪站集水區(qū)域內(nèi)的水文特性如下：

集水面積F=167.55 km2，干流河長L=19.18 km，干流河床平均坡降J=0.007 45，計算得集水區(qū)域特征參數(shù)θ=LJ1a=98.2；由于集水面積100 km2～F～350 km2，選用計算時段Δt=2 h。根據(jù)《廣東省暴雨徑流查算圖表》分區(qū)示意圖，確定大席河上坪站集水區(qū)域位于Ⅲ區(qū)(即東江流域上游)，應采用：① 內(nèi)陸產(chǎn)流參數(shù)；② 廣東省綜合單位線滯時m1～θ關系圖中的大陸低區(qū)關系線(即B線)；③ 廣東省綜合單位線Ⅱ號無因次單位線μi～χi，此時K=1.484。

查廣東省綜合單位線滯時m1～θ關系圖中的大陸低區(qū)關系線(即B線)，得m1=3.6，根據(jù)流域?qū)嶋H情況最后確定調(diào)整m1=4.8，計算得到tp=3.9，峰前時段數(shù)n1=2、峰后時段數(shù)n2=10；由以上參數(shù)推求出大席河上坪站時段(2 h)單位線成果見表2、圖9。

表2 上坪站綜合單位線成果

圖9 上坪站綜合單位線示意

2) 綜合單位線計算洪峰流量

本次大席河上坪站以上流域2 h時段暴雨過程如表3所示。

表3 上坪站以上流域?qū)崪y暴雨過程

根據(jù)單位線成果，采用實測暴雨過程對本次洪水過程進行計算，計算時段為2 h，得到上坪站洪峰流量為1 400 m3/s，出現(xiàn)時間為6月10日15:00，流量過程如圖10所示。

圖10 上坪站綜合單位線法流量計算成果示意

3.2.3新安江模型法

1) 新安江模型參數(shù)

上坪站為新建中小河流站點，歷史資料不足，洪水場次尚不足以率定模型參數(shù)，本次借用臨近站點連平(二)站(集水面積37.2 km2)新安江模型參數(shù)，結(jié)合上坪站實際情況，對模型參數(shù)進行適當調(diào)整，最終選用參數(shù)如表4所示。

表4 上坪站新安江模型參數(shù)

2) 新安江模型計算洪峰流量

本次新安江模型推流采用廣東省中小河流洪水預報預警系統(tǒng)中洪水預報模塊進行計算，參數(shù)如表4所示。計算開始時間選為6月1日8:00，預報依據(jù)時間選為6月10日0:00，計算時段選為1 h，預見期長度為24 h，預見期雨量按實測雨量逐時手動設置。

上坪站洪水過程預報結(jié)果為：洪峰流量1 210 m3/s，出現(xiàn)時間為10日11:00。洪水過程如圖11所示。

圖11 上坪站新安江模型法流量計算成果示意

3.2.4洪峰流量的確定

綜合上述3種方法，上坪站洪峰流量計算結(jié)果如下：比降-面積法為1 170 m3/s；廣東省綜合單位線法為1 400 m3/s；新安江模型法為1 210 m3/s；比降-面積法與新安江模型法計算結(jié)果較為接近，考慮廣東省綜合單位線法往往應用于工程設計洪水推求，有一定的偏安全考慮，計算結(jié)果較其它方法偏大。結(jié)合實測流量資料計算成果，經(jīng)綜合分析，挑選比降-面積法計算成果作為上坪站“2019.6”特大洪水的洪峰流量，即洪峰流量為1 170 m3/s。

4 災情分析

4.1 強降雨

根據(jù)雨量實測數(shù)據(jù)，本次暴雨大席河上坪站以上流域，最大60 min雨量80.5 mm、最大6 h雨量173 mm、最大24 h雨量257 mm均位列歷史第一；最大3 h雨量116.5 mm位列歷史第二，第一為1997年的120.1 mm。本次暴雨過程，最大60 min雨量80.5 mm、最大3 h雨量116.5 mm重現(xiàn)期均接近50年一遇；最大6 h雨量173 mm重現(xiàn)期超200年一遇；最大24 h雨量257 mm重現(xiàn)期超100年一遇。連平縣縣志記載1980年上坪單日雨量“超過200 mm”，與本次暴雨最大24 h雨量接近?？h志記載1988年“上坪鎮(zhèn)的下坪2 h雨量達100 mm以上”，與本次暴雨最大2 h降雨107 mm強度相當。綜合分析，強降雨是導致此次大席河流域受災的主要原因。

4.2 河道內(nèi)建筑物導致行洪不暢

大席河干流有很多水電站，從古坑村至大埠站之間有惠西水電站、新陂水電站、橋頭灣水電站、昌田水電站、大角水電站等5座水電站，電站的攔河壩對行洪有一定影響。大席河建有多處橋梁，上坪鎮(zhèn)旗石村至新陂村之間就有6座，大部分屬于村莊通道，橋孔高度低，本次洪水被沖斷3座，洪水過后很多橋梁仍存在有阻水雜物，對河道行洪有一定影響。

4.3 特殊地形地貌

大席河屬于典型山區(qū)性河流，河道比降較大，上坪鎮(zhèn)位于大席河最上游，鎮(zhèn)區(qū)四面環(huán)山，剛好處于中間盆地，匯流時間短，洪水易暴漲暴落，本次暴雨洪水上坪鎮(zhèn)受災最嚴重[5-6]。

5 結(jié)語

本次上坪站洪峰流量計算，分別采用比降-面積法、廣東省綜合單位線、新安江模型法等計算本次洪水洪峰流量，并互相印證比較，認為所選控制斷面的洪峰流量確定是比較合理的。“2019.6”洪水是大席河流域一場非常罕見的特大洪水，推毀河道、橋梁、房屋非常嚴重，這次在大席河能調(diào)查到完整的洪水過程數(shù)據(jù)，并進行深入的計算整理及分析研究，其成果可以為水文學研究提供很好的參考，也可為中小流域有關工程規(guī)劃設計、防洪減災、預警預報等提供借鑒。