遼寧省小流域洪水特征分析

許海東

(遼寧省營口水文局，遼寧 營口 115003)

1 遼寧洪水特點

1.1 河流徑流量時空分布極不均勻

遼寧省河流洪峰主要集中在6—9月，年內分配不均勻，主汛期為7—8月，主汛期洪澇災害頻繁易發(fā)[1]。河流漲水過程一般為復峰型，汛期劃分為春汛和夏汛，3月份進入春汛，春汛結束后進入夏汛，流量峰值一般出現(xiàn)在8月份[2]。夏汛的洪峰流量明顯高于春汛。冬季河流易出現(xiàn)結冰現(xiàn)象，冰期一般持續(xù)4個月，遼寧河流冬季水溫較低易出現(xiàn)封凍現(xiàn)象[3]。河流水量在不同年代際變化特征較為明顯，豐枯交替顯著，最大洪峰徑流量為最小洪峰徑流量的7～70倍，部分河流在干旱年份會出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，各主要河流徑流總量呈遞減的變化趨勢[4]。河流徑流空間分布不均勻，東部濕潤地區(qū)河流水量多，洪水發(fā)生較為頻繁，峰高量大特征明顯[5]。西部屬于干旱半干旱區(qū)域，河道徑流量明顯少于東部。北部半濕潤區(qū)河道也時常出現(xiàn)斷流現(xiàn)象[6]。

1.2 河流多暴雨、洪水

遼寧省河流暴雨洪水在歷史上發(fā)生致災損失較多，在1949—2017年期間，1951年的遼河、1953的遼繞渾、1959年渤海西岸、1960年遼東、1962年遼西、1963年遼西北、1981年遼南、1985年遼河以東、1994遼西、遼北、1995年遼渾太、2005、2010、2013年暴雨均由于降雨強度大、持續(xù)時長以及范圍分布廣的特點，使得區(qū)域產生洪水災害[7]。遼寧地區(qū)洪水主要受到暴雨以及流域下墊面的綜合影響，80%～90%的洪峰集中在7—8月份，尤其是7月下旬和8月中上旬洪水出現(xiàn)的次數較多。此外由于暴雨歷時較短，雨量強度較大，部分山區(qū)河流匯流速率較大，使得洪水呈現(xiàn)源短流急的特點[8]。遼西地區(qū)洪水一般時長為3—5天，遼東地區(qū)因為植被覆蓋度較高，洪水漲落較為緩慢，一般場次洪水的歷時在5—7天，主要洪水過程集中在1—3天內，由于暴雨條件和下墊面特征的綜合影響，不同地區(qū)洪水特點存在明顯差異[9]。當前，小流域洪水由于陡漲陡落的特點，已成為防汛工作的重點和難點，而由于不同地區(qū)洪水特點的差異性，亟需對不同區(qū)域小流域洪水特性進行分析，從而為區(qū)域防汛決策提供重要的參考。

2 基礎數據

2.1 遼寧省水文分區(qū)

根據產匯流關系區(qū)域相似性，結合水文、地理特征，在六大一級水文區(qū)的基礎上，進行二級區(qū)的劃分，作為水文分區(qū)。首先在各水文區(qū)內選擇代表性水文站，然后根據各水文站已有的水文數據以及預報等資料，對各代表水文站的產匯流特性進行分析，最后將產匯流特性較相似的代表水文站產劃分為一個區(qū)域。將遼寧省劃分為18個水文分區(qū)，如圖1所示。

圖1 遼寧省水文分區(qū)圖

2.2 選用的站點數據

由于小流域面積在300km2以下站點較少，為分析小流域洪水特性，選取遼寧省集水面積在500km2的水文站用于洪水特性分析，按照峰高、洪量較大的原則對水文站洪水進行選樣挑選，每個水文站挑選的洪水場次數見表1。

3 分析方法

3.1 洪水歷時時空分布特性規(guī)律分析

洪水特性分析的主要因素之一為洪水歷時，本文分別對遼寧省18個二級水文分區(qū)的5個洪水歷時時段進行特征統(tǒng)計，各統(tǒng)計時段如下，T1：降水初始到洪水開始上漲階段的時段；T2：洪水上漲點到洪水洪峰出現(xiàn)時間的統(tǒng)計時段；T3：洪水洪峰到地面徑流結束點統(tǒng)計時段；T4：地面徑流結束點到場次洪水退水結束點的統(tǒng)計時段。對選取的小流域水文站點按照各站點所在的二級水文分區(qū)進行不同洪水歷時時段的統(tǒng)計，并按東、中、西三個區(qū)域統(tǒng)計洪水歷時的空間分布特性。

3.2 洪量時空分布特性分析

對各二級水文分區(qū)水文站采用滑動平均方法分析各場次洪水不同時段(24h、48h、72h、5d)徑流深。對流域面積600km2小流域進行不同時段的洪水總量分析。再依據遼寧省二級水文分區(qū)對不同時段的洪水總量進行統(tǒng)計，并在不同時段洪水總量統(tǒng)計分析的基礎上，對不同時段各場次洪水總量百分比進行分析，用于分析各二級水文分區(qū)的時段洪水總量分布特征，在二級水文分區(qū)各時段洪水總量分析的基礎上，按照東、中、西三個區(qū)域統(tǒng)計洪水總量的空間分布特性。

4 分析成果

4.1 小流域洪水漲落歷時特征

對不同二級水文分區(qū)內小流域水文站點的洪水漲落歷時變化特征進行統(tǒng)計分析，結果見表2。

表1 遼寧省小流域洪水特性分析選用水文站點

表2 各二級水文分區(qū)內小流域(600km2)不同時段洪水漲落歷時統(tǒng)計結果 單位：h

從分析結果可看出，在不同二級水文分區(qū)中，洪水起漲階段到洪峰出現(xiàn)的最大時段出現(xiàn)在I3區(qū)，洪水起漲時段歷時為43.6h，主要因為I3區(qū)位于平原地帶，洪水起漲緩慢。VI3區(qū)主要為山丘地形，洪水起漲時段下，漲洪歷時最短為2.6h。III2區(qū)洪峰出現(xiàn)到地表徑流結束之間的歷時較長，其洪水消退較緩慢，該場次洪水落水的歷時也最大，為78.3h。從各二級水文分區(qū)的洪水漲落總體變化結果可看出，小流域各分區(qū)洪水漲水的歷時基本在48h之內，洪水消退歷時可在55h內。除平原I3區(qū)，遼寧省各二級水文分區(qū)洪水起漲到結束的歷時平均值基本在78h以內。

4.2 小流域洪水漲落歷時空間分布特征

在各二級水文分區(qū)水文站點洪水漲落歷時統(tǒng)計的基礎上，按照東、中、西三個區(qū)域對小流域洪水漲落歷時的空間分布進行分析，結果見表3。

從分析結果可看出，西部山丘區(qū)小流域洪水起漲時段在各區(qū)域中最短，平均為5.1h。中部平原區(qū)由于地形平坦，洪水漲水歷時最長，平均需35.8h才開始出現(xiàn)洪峰。東部小流域需17.2h到達洪峰。中部平原區(qū)小流域洪水落水歷時最長，平均需55.4h才能完成退水過程。西部山丘區(qū)小流域洪水陡漲陡落，平均需8.8h就能完成一次退水過程。對于整個場次洪水過程而言，中部平原區(qū)洪水漲落歷時最長，平均值為108.4h，西部歷時最短，平均值為14.0h。

4.3 小流域不同時段洪量統(tǒng)計結果

對遼寧地區(qū)各二級水文分區(qū)面積小于600km2的小流域不同時段洪水總量進行統(tǒng)計分析，結果見表4。

從分析結果可看出，除Ⅳ區(qū)、VI區(qū)、V區(qū)、III7區(qū)外，其他分區(qū)65%—75%的洪量分布在48h以內，其他時段洪量占總洪量的比例低于35%。III7區(qū)在48h以內洪量可占總洪量的60%，其他時段可占40%。Ⅳ區(qū)在48h內的洪量占總洪水總量的比例為85%，其他時段分別的洪量比例為15%。V區(qū)和VI區(qū)在48h以內的洪量占總洪量的比例也高達85%。

表3 不同區(qū)域小流域洪水漲落歷時統(tǒng)計結果 單位：h

表4 各水文二級分區(qū)內小流域(600km2)不同時段洪水總量統(tǒng)計結果 單位：%

表5 不同區(qū)域小流域洪量統(tǒng)計結果 單位：%

4.4 小流域洪量空間分布特征

為對遼寧省小流域洪量空間分布特征進行分析，按照東部、中部、西部分別進行各時段洪量的統(tǒng)計，分析不同區(qū)域各時段洪量的占比，結果見表5。

從表5可看出，遼寧東部小流域85%的洪量分布在72h內；而中部平原地區(qū)，由于地形平坦，85%的洪量分布在120h以內；西部地區(qū)85%的洪量分布在24h以內。從降水開始到洪峰時段為峰前量，洪量從中部到西部再到東部逐步減少；從洪峰到洪水結束時段，洪量從東部到西部再到中部逐步減少。不同區(qū)域峰前和峰后洪量的比例較為相似。

5 分析結論

(1)遼寧地區(qū)小流域洪水漲落歷時從中部向東部再向西部逐步縮短。中部平原區(qū)洪水漲落歷時最長，西部山丘小流域洪水漲落歷時最短。

(2)遼寧地區(qū)小流域洪量分布時空存在明顯差異，從降水開始到洪峰時段為峰前量，洪量從中部到西部再到東部逐步減少；從洪峰到洪水結束時段，洪量從東部到西部再到中部逐步減少。西部、東部洪量基本集中分布在24h以內，而中部由于退水時間長，基本分布在120h以內。