白盆珠水庫“2018.08”特大暴雨洪水分析

張健明

(廣東省水文局惠州水文分局，廣東 惠州 516003)

白盆珠水庫是東江流域三大防洪骨干水庫工程之一，位于東江重要支流西枝江上游，對西枝江及東江下游沿岸的防洪發(fā)揮著重要的作用。水庫緊鄰我省東南沿海，集雨區(qū)域位于蓮花山脈群山麓，特殊的地形有利于暴雨的發(fā)生發(fā)展，庫區(qū)尤其是庫尾地勢較高的高潭—石澗一帶，是我省有名的3大暴雨高值區(qū)之一。2013年8月，受臺風(fēng)“尤特”殘留云系和西南氣流的共同影響[1]，高潭鎮(zhèn)24 h最大降雨量[2]為906 mm，超歷史實測最大紀(jì)錄；白盆珠水庫出現(xiàn)洪峰流量為5 650 m3/s的入庫洪水[2]。時隔5 a，2018年8月白盆珠水庫再次出現(xiàn)特大暴雨洪水，暴雨極值點高潭鎮(zhèn)24 h最大降雨量達(dá)996.8 mm，刷新了“2013.08”紀(jì)錄。

本文重點分析“2018.08”白盆珠水庫特大暴雨洪水的成因、過程及特點，與“1979.09”、“2013.08”特大暴雨洪水進(jìn)行對比，總結(jié)水庫徑流特征和雨量—蓄量關(guān)系，為水庫預(yù)報和防洪調(diào)度提供依據(jù)。

1 水庫概況

白盆珠水庫庫區(qū)內(nèi)支流眾多，交錯匯入主流，其中大于50 km2以上的支流有5條，自上游至下游分別是禾多河、高潭水、寶溪水、橫坑河、布心河。據(jù)統(tǒng)計[3]，1959—1979年中，水庫年最大洪水有18 a是由臺風(fēng)雨造成(7—10月)，3 a是鋒面雨(6月)。白盆珠水庫水系及站點分布示意如圖1所示。

水庫于1985年建成，是以防洪、供水為主，兼顧灌溉、發(fā)電的大型水庫，具有不完全多年調(diào)節(jié)性能。

圖1 白盆珠水庫水系及站點分布示意

根據(jù)2011年水庫安全鑒定成果[4]，水庫主壩(砼大壩)按1 000年一遇洪水設(shè)計，5 000年一遇洪水校核；副壩(土壩)按10 000年一遇洪水校核。水庫集雨面積為856 km2，總庫容為12.2億m3，水庫正常蓄水位為76.0 m，相應(yīng)庫容為5.9億m3。

白盆珠水庫歷史上設(shè)有雙下(已撤)、東坑(已撤)、白盆珠、寶口等水文(位)站，禾多布、馬山、高潭、寶口、新塘、石澗、白盆珠等7個雨量站，本文主要采用以上站點的水文資料進(jìn)行分析數(shù)據(jù)由白盆珠水庫工程管理局提供。本文其他水文站點資料，由惠州水文分局提供。

2 “2018.08”暴雨分析

2.1 暴雨成因

在季風(fēng)低壓環(huán)流場和西南急流的共同影響下，南海暖濕氣流為珠江口以東地區(qū)提供了充沛的水汽，水汽在惠東縣境內(nèi)遭遇蓮花山系的地形抬升作用后引發(fā)強降水，地勢較高的白盆珠水庫成為本輪強降水的中心。在庫尾高潭鎮(zhèn)[5]，西南向氣流和從汕尾平原吹來的偏南氣流發(fā)生輻合抬升，使該點成為本次強降水的極值點，創(chuàng)造了24 h最大降雨996.8 mm的新紀(jì)錄。

2.2 暴雨時空分布及特點

2.2.1暴雨過程

本輪強降水過程為8月28—31日，9月1日起降雨轉(zhuǎn)為中雨后基本結(jié)束。水庫過程累積降雨量為716 mm，其中28日大雨為37 mm，29日大暴雨為116 mm，30日特大暴雨為502 mm(占過程總雨量的70%)，31日暴雨為61 mm。小時面均降雨量超30 mm的時段共有5個，主要發(fā)生在31日凌晨。逐時雨量柱狀及累積雨量過程線如圖2所示。

圖2 逐時雨量柱狀示意及累積雨量過程線

2.2.2暴雨空間分布

本輪強降水的極值點為高潭站，過程累積雨量為1 232 mm，24 h最大降雨量為996.8 mm，刷新我省有氣象紀(jì)錄以來的最大值。其次為靠近蓮花山主脈一側(cè)的新塘站、石澗站，過程雨量分別為890 mm、829 mm，24 h最大降雨量分別為675 mm、550 mm。

圖3 庫區(qū)各雨量站累積雨量過程線

2.2.3暴雨特點

1) 空間集中

本輪降雨，東江流域過程雨量為157 mm，東江下游支流西枝江流域過程雨量為497 mm，位于西枝江上游的白盆珠水庫過程雨量為716 mm；庫區(qū)7個雨量站點中，靠近蓮花山主脈一側(cè)的高潭、新塘、石澗過程雨量位列前三，均在800 mm以上，而位列第四的白盆珠站過程雨量僅為464 mm。可見強降水空間非常集中，庫區(qū)暴雨高值區(qū)分布在靠近蓮花山主脈一側(cè)。水庫各站逐日雨量統(tǒng)計如表1所示。

表1 水庫各站逐日雨量統(tǒng)計 mm

2) 暴雨強度大

白盆珠水庫持續(xù)3 d(8月29—31日)雨量達(dá)暴雨級別或以上，最大單日雨量為502 mm，占過程總雨量的70%。高潭站、新塘站24 h最大降雨量分別為996.8 mm、675 mm均超歷史實測紀(jì)錄，其中高潭站24 h最大雨量創(chuàng)廣東省有氣象紀(jì)錄以來的最大值。

3 入庫洪水分析

本次入庫洪水過程采用Δt=1 h的水庫蓄水量及出庫流量過程根據(jù)水量平衡反推得到，在此基礎(chǔ)上，對于部分時段峰值的推求，縮小Δt至0.5 h計算，以盡可能還原反推過程中可能被均化的洪峰流量?！?018.08”白盆珠入庫洪水過程見圖4。

圖4 水庫入庫洪水及降雨過程

水庫入庫洪水自8月30日2:00的186 m3/s起漲，至31日3:00達(dá)到4 950 m3/s的洪峰，6:00以后，伴隨雨勢減弱，入庫洪水迅速回落，于當(dāng)晚19:00降至1 000 m3/s以下。

受洪水影響，白盆珠水庫壩前水位自8月28日17:00的70.07 m起漲，于9月2日12:00水位漲至最高79.48 m，漲幅達(dá)9.41 m，最大漲率為0.43 m/h。為保障水庫自身及上下游防洪安全，水庫下泄流量在最高水位79.48 m出現(xiàn)以前(9月2日12:00)，最大按300 m3/s控制下泄，期間實際最大下泄流量為314 m3/s。水庫入庫、出庫及壩前水位過程如圖5所示。

4 與歷史暴雨洪水比較

1959—2018年中，白盆珠水庫歷史前3的暴雨洪水年份分別為1979年、2013年、2018年，將3 a暴雨洪水進(jìn)行對比分析(如表2所示)。

圖5 水庫入庫、出庫及壩前水位過程

4.1 暴雨洪水要素

表2為3 a暴雨洪水要素，從表2可知：3場特大暴雨洪水典型年中，均存在非單一的天氣系統(tǒng)，暴雨特點為：“2013.08”過程雨量最大、最大3日暴雨覆蓋范圍更廣，但集中在水庫庫區(qū)；“2018.08”暴雨歷時最長，最大單日面雨量最大；暴雨高值區(qū)多發(fā)生在高潭、石澗、新塘一帶，即靠近蓮花山主脈一側(cè)。

表2 暴雨洪水要素歸納

4.2 時段雨強對比

表3為各站點不同時段雨強比較，由表3可知時段雨強特征為：1～12 h最大降雨中，“2013.08”最大，其次為“2018.08”，最小為“1979.09”；24 h最大降雨中，“2018.08”最大，其次為“2013.08”，最小為“1979.09”。

表3 各站點不同時段雨強比較 mm

4.3上下游洪水特征

表4為水庫上下游洪水特征值，從表4可知：“2013.08”西枝江流域洪水比“2018.08”大，原因有兩點：一是庫區(qū)短歷時雨強大、暴雨覆蓋范圍更廣，導(dǎo)致入庫洪峰較大；二是“2013.08”水庫最大泄量約為“2018.08”最大泄量的6倍，下泄水量助推了下游河道的洪水過程?！?979.09”(水庫建成以前)平山站最高水位較“2013.08”和“2018.08”高約3.5 m，可見白盆珠水庫對流域洪水的調(diào)蓄起到了關(guān)鍵作用。

表4 水庫上下游洪水特征值

注：表中括號內(nèi)數(shù)據(jù)為非實測值，是通過洪水調(diào)查后計算所得。

4.4 水庫徑流特征及防洪調(diào)度效果

表5為水庫徑流特征及防洪調(diào)度效果，對比水庫建成后暴雨洪水的徑流特征，兩場降雨過程水庫的徑流系數(shù)約為0.6，總體較庫區(qū)產(chǎn)流經(jīng)驗系數(shù)[6]0.4～0.5大，原因為強降雨容易改變產(chǎn)流方式，且隨著時間的推移，后期土壤更為濕潤，有利于產(chǎn)流。

表5 水庫徑流特征及防洪調(diào)度效果

注：徑流系數(shù)用(出庫洪量+蓄水變量)/(時段雨量×水庫集水面積)粗略計算。

“2018.08”暴雨洪水中，經(jīng)水庫調(diào)度后，入庫洪水最大削峰率達(dá)94%，大大減輕了流域下游的防洪壓力，為下游群眾的轉(zhuǎn)移爭取了寶貴的時間。

5 水庫降雨蓄量關(guān)系

本節(jié)以0.6的徑流系數(shù)對水庫壩前水位70～85 m的降雨蓄量關(guān)系(假設(shè)出庫為0)進(jìn)行分析，為日后的水庫預(yù)報和防洪調(diào)度提供依據(jù)(成果見表6)。

表6 壩前水位70～85 m的水庫降雨蓄量關(guān)系

6 結(jié)語

受季風(fēng)低壓環(huán)流和西南急流的共同影響，2018年8月28—31日，白盆珠水庫發(fā)生強降水，降雨極值點高潭站,24 h最大點雨量996.8 mm刷新“2013.08”紀(jì)錄，創(chuàng)廣東省有氣象紀(jì)錄以來的最大值；水庫入庫洪峰4 950 m3/s位列1959年以來第三，僅次于“2013.08”和“1979.09”洪水。對庫區(qū)徑流特征的分析指出，一場強降水的徑流系數(shù)總體約為0.6，若不考慮出庫，計算建庫以來水庫8月(最易發(fā)生年最大入庫洪水的月份)初平均水位71.4 m漲至常蓄水位76 m所需雨量，約為350 mm。因特殊的海陸分布和地形條件，使白盆珠水庫成為我省有名的暴雨高值區(qū)，將歷史暴雨洪水進(jìn)行對比分析，為今后的水庫預(yù)報和防洪調(diào)度提供重要的經(jīng)驗依據(jù)。