白石河“2019.8.3”暴雨洪水調(diào)查分析

陳 卓

（陜西省水文水資源勘測(cè)局安康水文站,陜西 安康 725000）

1 流域概況

1.1 河流情況

白石河流域面積807 km2，發(fā)源于陜西省白河縣南宋家鎮(zhèn)韓家山，河長(zhǎng)89.9 km，大致自西南- 東北向注入漢江。河道平均比降6.15‰。從發(fā)源地向河口依次匯入較大支流有：水田河、小白石河、厚子河、紅石河等。流域平均比降10.3‰。

1.2 氣候及下墊面特征

流域地質(zhì)結(jié)構(gòu)土壤為粘質(zhì)，砂層粘土，巖石多為片巖和千枚巖，河床以細(xì)砂、砂卵石、礫石為主。森林覆蓋率平均在63%以上，氣候受秦嶺和巴山制約，為北亞熱帶溫潤(rùn)、半濕潤(rùn)氣候，具有春暖干燥、秋涼濕潤(rùn)并多連陰雨的特點(diǎn)，氣候與海拔高度、地理位置及地形等有密切關(guān)系。汛期時(shí)間由5 月1 日開(kāi)始，10 月31 日結(jié)束，年降水主要集中在7 月～9 月，多年平均降水量為785 mm。

1.3 水文站點(diǎn)

白石河流域內(nèi)布設(shè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)共有12 處，自計(jì)雨量站點(diǎn)10處，自計(jì)水位站1 處，水文站1 處，白巖水文站為漢江干流右岸支流白石河出口控制站，省級(jí)一般水文站，現(xiàn)為安康水文巡測(cè)隊(duì)巡測(cè)站點(diǎn)，日常測(cè)流手段為橋測(cè)，洪水特點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間短，峰型尖瘦，水位流量關(guān)系基本為單一線(xiàn)，按水位級(jí)布控流量測(cè)點(diǎn)，實(shí)測(cè)歷史最高水位217.19 m，相應(yīng)流量2080 m3/s，流域站點(diǎn)分布圖見(jiàn)圖1。

1.4 災(zāi)情概述

2019 年8 月3 日下午14 時(shí)起，白石河流域支流卡子鎮(zhèn)突降局部暴雨，暴雨15 時(shí)16 分開(kāi)始，18 時(shí)19 分結(jié)束，持續(xù)3 h。本次強(qiáng)降水造成卡子鎮(zhèn)、中廠(chǎng)鎮(zhèn)、構(gòu)扒鎮(zhèn)遭受不同程度的損失，受災(zāi)人口7672 人，倒塌房屋45 戶(hù)150 間，沖毀耕地26.5 hm2，毀損橋梁41 座，沖毀路基82 處，沖倒電力、通訊線(xiàn)路131 基，沖毀河堤132 處。特別是白石河二級(jí)支流厚子河暴雨洪水近50 a 未出現(xiàn)，給當(dāng)?shù)鼐用駧?lái)巨大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。

圖1 白石河流域監(jiān)測(cè)站點(diǎn)分布圖

2 暴雨情況分析

2.1 暴雨成因

2019 年8 月3 日，由于大氣層呈現(xiàn)水汽飽和和濕對(duì)流不穩(wěn)定，受陡峭山勢(shì)，切深峽谷的地形條件影響，形成了暖濕氣團(tuán)沿地形輻合上升的強(qiáng)對(duì)流運(yùn)動(dòng)，發(fā)生了高強(qiáng)度，短歷時(shí)的局部地形稀遇大暴雨，造成洪水災(zāi)害。

2.2 降水范圍

漢江水系白石河卡子鎮(zhèn)出現(xiàn)特大暴雨降水過(guò)程，降水時(shí)間集中在15：00～18：00 之間，暴雨中心位于卡子鎮(zhèn)友愛(ài)村附近，安康水文局遙測(cè)雨量站卡子監(jiān)測(cè)三小時(shí)降雨量達(dá)到107.8 mm，日降雨量109.2 mm，3 小時(shí)最大降雨量92 mm，占日量的84%，屬于特大暴雨。調(diào)查時(shí)詢(xún)問(wèn)周?chē)先?，都說(shuō)“從來(lái)沒(méi)見(jiàn)過(guò)下這么大的雨”。周?chē)渌炅空军c(diǎn)日降雨量數(shù)據(jù)如下：構(gòu)扒20.6 mm，白巖14.4 mm，茅坪46.2 mm，四新18.8 mm，宋家58.8 mm，桃園10.2 mm，左家41.6 mm，里陽(yáng)坡70.4 mm。8 月3日白石河流域日降雨量等值線(xiàn)圖見(jiàn)圖2。

圖2 8 月3 日白石河流域日降雨量等值線(xiàn)圖

2.3 暴雨特點(diǎn)

1）暴雨強(qiáng)度大，歷史短。此次暴雨中心地點(diǎn)卡子雨量站日降雨量109.2 mm，降雨歷時(shí)從8 月3 日15 點(diǎn)16 分持續(xù)到18 時(shí)，1 小時(shí)最大降雨量49.0 mm，占日量45%，2 小時(shí)降雨量69 mm，占日量63%，3 小時(shí)降雨量92 mm，占日量的84%。

2）暴雨點(diǎn)集中。從降雨量線(xiàn)等值線(xiàn)圖可以看出，暴雨時(shí)空分布不均，暴雨籠罩范圍較小，僅114 km2，暴雨中心主要集中在白石河支流厚子河，流域內(nèi)另一遙測(cè)站點(diǎn)里陽(yáng)坡日降雨量70.4 mm，周?chē)渌Я鬟b測(cè)雨量站點(diǎn)日降雨量除宋家外均小于50 mm，未達(dá)到暴雨標(biāo)準(zhǔn)。

3 洪水調(diào)查分析

3.1 洪水調(diào)查

1）調(diào)查原因：由于本次降雨強(qiáng)度大，歷史短，加上前期降雨充足，造成局地產(chǎn)流快，洪水過(guò)程歷時(shí)短，降水主要集中在白石河支流厚子河，通過(guò)對(duì)厚子河流域做的洪水調(diào)查計(jì)算，得出590 m3/s 洪峰流量，頻率為50 a 一遇，屬于特大山洪。從白巖水文站水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，白巖站19 點(diǎn)水位208.59 m，21 點(diǎn)18 分峰頂水位214.48 m，2 小時(shí)內(nèi)水位變幅達(dá)到5.89 m，巡測(cè)隊(duì)到站時(shí)，已基本到達(dá)峰頂，峰頂實(shí)測(cè)流量685 m3/s。由于漲水過(guò)程快，加上山區(qū)性河流，水面漂浮物過(guò)多，超出了橋測(cè)設(shè)備測(cè)洪能力，為了搶測(cè)洪峰，測(cè)流歷時(shí)相對(duì)較短，無(wú)法確定峰頂流量準(zhǔn)確性，所以巡測(cè)隊(duì)組織在洪水后選取合適斷面進(jìn)行比降面積法對(duì)白石河流量進(jìn)行分析比較。

2）調(diào)查位置：在白巖水文站上游1.2 km 處有一段800 m的順直河段，之間無(wú)外水流入，內(nèi)水流出，兩岸為河堤，下游有彎道和橋梁作為卡口，斷面條件理想，控制斷面以上流域面積為618 km2。

3）推流方法：根據(jù)實(shí)測(cè)洪痕調(diào)查資料，采用比降- 面積法恒定非均勻流計(jì)算公式計(jì)算洪峰流量。

式中：Qc為恒定流流量，m3/s；A上、A下為比降上、下過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2；g 為重力加速度，g=9.8 m/s2；L 為比降上下斷面間距，m；Sc為恒定流態(tài)下的水面比降。

ξ 為斷面沿程收縮或擴(kuò)散系數(shù)（收縮取負(fù)號(hào)，擴(kuò)散取正號(hào)代入公式），河段斷面收縮時(shí)，一般可取ξ=0；斷面突然擴(kuò)散，ξ=0.5～1.0；逐漸擴(kuò)散時(shí)，ξ=0.3～0.5，一般可取ξ=0.3。

α 為動(dòng)能校正系數(shù)，與斷面上流速分布均勻與否有關(guān)，一般較順直、底坡不大且斷面較規(guī)則的河段，其值介于1.05～1.15之間，取α=1。

4）參數(shù)確定：

①過(guò)水?dāng)嗝婷娣e。該區(qū)域順直長(zhǎng)度800 m，且河段下游有一彎道作為卡口控制，斷面條件理想，實(shí)測(cè)A上、A中、A下三個(gè)斷面，其中A上=223 m2，A下=228 m2，斷面間距為70 m。

②水面比降計(jì)算。該河段洪痕集中在右岸，洪痕指認(rèn)人印象清晰，可信度高。河道左岸河堤下有部分灘地，有少許樹(shù)木和雜草，經(jīng)過(guò)計(jì)算，河道洪痕比降Sc為0.001。

③河道糙率的選取。該河段順直，兩岸都為河堤，河床基本為細(xì)砂和砂卵石組成，只有左岸河堤下有部分灘地，有少許灌木林和耕地，通過(guò)對(duì)洪痕和比降的測(cè)量發(fā)現(xiàn)有較好的一致性，根據(jù)《陜西省水文手冊(cè)》糙率系數(shù)表確定n 選取0.028。

④動(dòng)能校正系數(shù)α 值的確定。該河段順直，河床穩(wěn)定，兩岸有河堤控制，在該河段涉水測(cè)流時(shí)，結(jié)果顯示流速分布均勻，確定該河段α 值取1 合適。

⑤斷面沿程收縮或擴(kuò)散系數(shù)ξ 值的確定。該河段下游有一彎道和橋梁作為卡口收縮控制，ξ 值取0 合適。

⑥輸水率K 值。

表1 斷面特征值計(jì)算表

5）洪峰流量計(jì)算

通過(guò)確定上述各參數(shù)值帶入比降面積法公式計(jì)算得出，8 月3 日白石河洪峰流量為738 m3/s，大于白巖水文站實(shí)測(cè)流量685 m3/s，誤差在允許范圍之內(nèi)，洪水頻率為10 a 一遇洪水。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)水文調(diào)查得出的數(shù)據(jù)和白巖水文站實(shí)測(cè)資料比對(duì)，結(jié)果基本一致，驗(yàn)證本次調(diào)查成果可靠，合理。并得出如下結(jié)論：

1）“2019.8.3”白石河流域暴雨洪水對(duì)當(dāng)?shù)卦斐闪司薮蟮慕?jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，由于該地區(qū)屬山區(qū)地帶，平地較少，所以河道兩邊建房較多，對(duì)河道行洪能力有一定影響，今后水利部門(mén)要加強(qiáng)管理，水利工程及當(dāng)?shù)孛裼梅拷ㄖ仨氁y(tǒng)一規(guī)劃，保證河道行洪的暢通，制定完善的山洪災(zāi)害防御體系及應(yīng)急預(yù)案，提高當(dāng)?shù)厝嗣穹罏?zāi)減災(zāi)意識(shí)。本次洪水沖毀橋梁多，在建設(shè)橋梁時(shí)應(yīng)充分考慮到行洪，選擇合適的橋型，盡量預(yù)留可能淤積的凈高，有利于漂浮物的通過(guò)。修建河堤時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，盡量減少暴雨洪水對(duì)居民生命財(cái)產(chǎn)安全的影響。

2）白石河屬于山區(qū)型河流，山地狹窄，暴雨匯流時(shí)間快，洪水往往強(qiáng)度大，歷時(shí)短，河道在大洪水時(shí)容易夾雜著樹(shù)木石塊等其他漂浮物而形成泥石流，增加了測(cè)驗(yàn)難度。由于白巖水文站屬于巡測(cè)站點(diǎn)，距離巡測(cè)中心距離較遠(yuǎn)，往往開(kāi)車(chē)趕到測(cè)站時(shí)，洪峰可能已經(jīng)過(guò)去，這對(duì)于水文部門(mén)來(lái)說(shuō)是巨大的損失。因此在后期的測(cè)洪過(guò)程中當(dāng)無(wú)法使用流速儀或浮標(biāo)時(shí)，應(yīng)在本次調(diào)查斷面刻畫(huà)好洪痕，后期通過(guò)調(diào)查計(jì)算推求流量，同時(shí)下一步增加兩組比降水尺，以利更方便應(yīng)用比降- 面積法推求流量。