查干木倫河“7·25”特大暴雨洪水影響分析

張福然 劉志峰

(1.遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006；2.德日蘇寶冷水庫(kù)管理局，內(nèi)蒙古 赤峰 025150)

定期對(duì)水庫(kù)進(jìn)行安全鑒定工作是加強(qiáng)水庫(kù)大壩安全管理的重要制度規(guī)定，在安全鑒定工作中，設(shè)計(jì)洪水復(fù)核分析又是重中之重。及時(shí)掌握流域歷史罕見(jiàn)特大暴雨洪水信息，運(yùn)用國(guó)內(nèi)成熟的計(jì)算方法進(jìn)行分析，準(zhǔn)確把握洪水成果變化程度，科學(xué)合理地確定設(shè)計(jì)洪水成果，對(duì)大壩防洪能力復(fù)核及水庫(kù)安全運(yùn)行管理均起到重要的保障作用[1]。本文針對(duì)查干木倫河流域歷史特大暴雨洪水對(duì)德日蘇寶冷水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水的影響展開分析，旨在復(fù)核水庫(kù)防洪能力及為合理調(diào)度運(yùn)用方式提供科學(xué)依據(jù)。

1 概 況

查干木倫河是西拉木倫河左岸較大的支流，發(fā)源于巴林右旗北部罕山，流經(jīng)索博力嘎、朝陽(yáng)、大板，于胡日哈廟匯入西拉木倫河，全長(zhǎng)212km，流域面積11502km2。河源至龍頭山為上游，河床平均寬30～50m，比降在0.01～0.005之間；龍頭山至大板為中游，河道穿行黃土丘陵區(qū)，河道比降在0.005～0.003之間；大板到河口為下游，河流流經(jīng)平坦的沖積平原地帶，河谷開闊，河道比降在0.003～0.002之間。

德日蘇寶冷水庫(kù)位于查干木倫河下游，水庫(kù)壩址在巴林右旗(大板鎮(zhèn))下游11km處，水庫(kù)控制流域面積8427km2。德日蘇寶冷水庫(kù)是具有生態(tài)保護(hù)、工業(yè)和灌區(qū)供水等綜合利用功能的中型水利樞紐工程。

查干木倫河流域設(shè)有龍頭山、大板水文站，1956年設(shè)站測(cè)驗(yàn)水位、流量及降水資料，水文站觀測(cè)至今，另有雨量站點(diǎn)10余處。水文站和水量站示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 西拉木倫河流域示意圖

2 查干木倫河“7·25”特大暴雨洪水特性

2.1 氣象成因分析

2011年7月24—27日，查干木倫河流域內(nèi)持續(xù)出現(xiàn)降水，同時(shí)伴隨大風(fēng)、冰雹、雷電等強(qiáng)對(duì)流天氣。暴雨成因是受高空槽并配合地面冷鋒影響，使云層自西向東移動(dòng)并且停留長(zhǎng)達(dá)24h以上，是典型的地面冷鋒降水系統(tǒng)。由于冷鋒的存在，冷暖空氣勢(shì)力相當(dāng)，水汽充沛，形成強(qiáng)烈的輻合上升運(yùn)動(dòng)造成強(qiáng)烈的對(duì)流天氣，因而引發(fā)了本流域的這次強(qiáng)降水過(guò)程。

2.2 暴雨時(shí)空分布特性

7月24日15—18時(shí)，位于查干木倫河流域西北方向的統(tǒng)布和林西鎮(zhèn)開始出現(xiàn)強(qiáng)度較大的降水，持續(xù)到7月27日18—21時(shí)降水在大板鎮(zhèn)和幸福之路開始減弱。

7月24—27日這場(chǎng)降水，暴雨強(qiáng)度大，歷時(shí)長(zhǎng)，流域內(nèi)單站最大1h降水量為大板站54.4mm；最大3h降水量為白音和碩站59.5mm；最大12h降水量為索博日嘎站195.9mm；最大24h降水量為八家雨量站149.0mm；最大3日降水量，第一位為八家雨量站(位于索博日嘎鎮(zhèn)西南約10km)206.0mm，第二位為新林鎮(zhèn)202.2mm[2]。各站暴雨特征值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

該次暴雨中心發(fā)生在查干木倫河中游，主要位于林西縣新林鎮(zhèn)和巴林右旗索博日嘎鎮(zhèn)(八家)一帶，暴雨中心走向基本上是由西北向西南，經(jīng)分析，中心最大24h面暴雨量達(dá)130mm，最大3日面暴雨量達(dá)178mm，均達(dá)到了百年一遇暴雨量級(jí)。

表1 查干木倫河代表站“7·25”暴雨量統(tǒng)計(jì)

2.3 洪水特性分析

受強(qiáng)降水影響，查干木倫河干支流出現(xiàn)了不同程度的洪水，7月25日21時(shí)查干木倫河干流上游龍頭山水文站發(fā)生659m3/s的洪峰(相當(dāng)于30年一遇)，龍頭山洪水與來(lái)自林西嘎斯汰河洪水(洪峰783m3/s)、沙巴爾汰河洪水(洪峰425m3/s)在巴林右旗三間房處匯流后沿途向下游傳遞，造成大板水文站洪峰流量超過(guò)了歷史記錄，洪峰流量高達(dá)1550m3/s，大板水文站流量大于1000m3/s的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)17.6h。與此同時(shí)查干木倫河最大的支流古力古臺(tái)河也產(chǎn)生了洪水，該洪水與西拉木倫河洪水(巴林橋水文站洪峰流量為561m3/s)以及德日蘇寶冷水庫(kù)調(diào)節(jié)泄洪洪水(最大泄洪流量為1000m3/s)匯流后，于26日19時(shí)30分到達(dá)海日蘇樞紐，過(guò)閘洪峰流量為1224m3/s，過(guò)閘洪峰超過(guò)900m3/s的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)17.5h。

根據(jù)大板站實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，2011年洪峰流量為1550m3/s，大于實(shí)測(cè)系列第一位的1998年洪峰值(956m3/s)，但小于歷史洪水1939年洪峰分析值(1740m3/s)；最大24h洪量為9988萬(wàn)m3，大于歷史洪水1939年最大24h洪量分析值(6800萬(wàn)m3)；最大3日洪量為16370萬(wàn)m3，大于歷史洪水1939年的最大3日洪量分析值(12520萬(wàn)m3)。

3 設(shè)計(jì)洪水復(fù)核

a.洪水調(diào)查資料。根據(jù)《華北、東北近五百年旱澇史料》等文獻(xiàn)中記載，1939年，巴林右旗遭遇重大水災(zāi)，連雨40天，損失房屋占半數(shù)以上。1939年該地發(fā)生過(guò)大洪水后，直至有水文資料(1957年)時(shí)均無(wú)水災(zāi)記錄，可以認(rèn)定1939年洪水為該地區(qū)至今最大洪水。

根據(jù)《內(nèi)蒙古自治區(qū)水旱災(zāi)害史》的記載，1912年烏力吉木倫河河水出槽，沿河兩岸被淹，蒙古包被沖走。1939年、1990年、1993年、1998年也發(fā)生了大洪水，其中以1993年和1998年大洪水造成的災(zāi)害最為嚴(yán)重。

b.1939年歷史洪水特征值。西拉西廟水文站記錄了1939年的洪峰流量為2118m3/s。而后，根據(jù)龍頭山附近田埂石砬子上的洪痕，推算出龍頭山站1939年洪峰流量為1360m3/s。大板站1939年洪峰流量為1740m3/s。通過(guò)點(diǎn)繪大板、龍頭山站洪峰、洪量相關(guān)圖，利用相關(guān)關(guān)系推求出1939年歷史洪水的24h洪量和3日洪量。

c.歷史洪水重現(xiàn)期。2003年，對(duì)烏力吉木倫河歷史洪水重現(xiàn)期及排位進(jìn)行了分析；2014年，對(duì)烏力吉木倫河歷史洪水重現(xiàn)期及排位進(jìn)行復(fù)核后沿用了原成果。據(jù)分析，烏力吉木倫河干流1998年大洪水排在第一位，調(diào)查考證年份追溯至1912年[3]。

由于查干木倫河與烏力吉木倫河相鄰，在上述年份查干木倫河也發(fā)生了較大洪水，但1939年被認(rèn)為是排在第一位的。2011年“7·25”查干木倫河特大洪水發(fā)生后，24h洪量、3日洪量值均超過(guò)了1939年調(diào)查值，而洪峰值仍然是1939年最大。之后赤峰市水文局對(duì)大板站洪水重現(xiàn)期進(jìn)行初步分析，認(rèn)為洪峰重現(xiàn)期為98年一遇，3日洪量重現(xiàn)期為115年一遇[2]。

本次查干木倫河大板站歷史洪水重現(xiàn)期參考了上述分析成果，初步認(rèn)為按調(diào)查考證年份1912年起算是比較合適的，洪峰、洪量重現(xiàn)期按一致性處理，重現(xiàn)期為100年。1939年洪峰按100年中第一位計(jì)，2011年洪峰為100年中第二位(重現(xiàn)期為50年)；3日洪量則為2011年排在100年中第一位，1939年排在第二位(重現(xiàn)期為50年)。詳細(xì)洪水特征值及排位情況見(jiàn)表2。

表2 大板站歷史洪水排位

采用大板站1957—2015年共計(jì)59年洪水資料，按年最大值法分別統(tǒng)計(jì)年最大洪峰及最大3日洪量系列，實(shí)測(cè)系列中提出2011年特大洪水并加入1939年調(diào)查值，組成不連序系列。再根據(jù)以上確定的重現(xiàn)期，對(duì)洪峰、3日洪量進(jìn)行頻率計(jì)算，采用繪線讀點(diǎn)補(bǔ)矩法，線型采用P-Ⅲ型頻率曲線。經(jīng)適線，洪峰、洪量Cs參數(shù)取2.5Cv較為合適，參數(shù)Cv根據(jù)適線情況及峰量參數(shù)關(guān)系合理確定。本次復(fù)核的大板站設(shè)計(jì)洪水成果與德日蘇寶冷水庫(kù)初步設(shè)計(jì)階段對(duì)比見(jiàn)表3，大板站洪水頻率曲線見(jiàn)圖2、圖3[4]。

圖2 大板站洪峰流量頻率曲線

圖3 大板站3日洪量頻率曲線

表3 大板站設(shè)計(jì)洪水成果對(duì)比

德日蘇寶冷水庫(kù)壩址位于大板水文站下游11km處，控制面積為8427km2，根據(jù)該地區(qū)洪水分布特點(diǎn)，壩址處設(shè)計(jì)洪水采用水文比擬法由大板站推求，成果見(jiàn)表4。

表4 德日蘇寶冷水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果對(duì)比

4 結(jié) 語(yǔ)

2011年查干木倫河流域發(fā)生了“7·25”特大暴雨洪水，對(duì)流域內(nèi)的德日蘇寶冷水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水產(chǎn)生了較大影響。經(jīng)分析，洪峰變幅不大，基本與水庫(kù)初設(shè)成果一致，但3日洪量較初設(shè)階段有較大變動(dòng)：2000年一遇3日洪量增大32.5%，100年一遇3日洪量增大25.8%。本次復(fù)核成果待最終確定后可為進(jìn)一步檢驗(yàn)水庫(kù)大壩抗洪能力提供重要依據(jù)，對(duì)確保水庫(kù)安全運(yùn)行具有十分重要意義。