恩施水文站“20200717”暴雨洪水分析

黃祖健，楊丹陽，宋發(fā)旺

(湖北省恩施土家族苗族自治州水文水資源勘測局，湖北 恩施 445000)

1 概述

2020年入梅以來，恩施州遭受“暴力梅”襲擊，7月15日8時(shí)～19日8時(shí)，恩施市范圍內(nèi)發(fā)生第七輪強(qiáng)降雨過程，恩施水文站發(fā)生較大洪水過程，“20200717”洪水造成清江恩施城區(qū)段水位上漲，城區(qū)大面積進(jìn)水，致使恩施城區(qū)“三辦一鎮(zhèn)”的18個(gè)社區(qū)和村受災(zāi)，城區(qū)淹沒面積達(dá)11 km2；強(qiáng)降雨還誘發(fā)了恩施市屯堡鄉(xiāng)馬者村沙子壩大面積滑坡，大量泥土滑入清江，阻塞河道，形成堰塞湖，對(duì)恩施85%的城區(qū)飲水造成巨大影響和威脅，給人民群眾造成大量的財(cái)產(chǎn)損失。為了做好災(zāi)后的水文調(diào)查，論證水文資料的可靠性，彌補(bǔ)基本水文站網(wǎng)定位觀測不足，分析場次暴雨洪水特性，對(duì)恩施城區(qū)水利規(guī)劃、工程水文計(jì)算、防災(zāi)減災(zāi)工作具有十分重要的意義，為今后恩施市城區(qū)防洪、山洪災(zāi)害預(yù)警提供重要的技術(shù)指標(biāo)。

2 基本概況

清江是長江宜昌到荊江河段間最大支流，發(fā)源于湖北省恩施土家族苗族自治州利川市東北的齊岳山南麓龍洞溝，自西向東流經(jīng)利川、恩施、宣恩、建始、巴東、長陽、宜都等縣市，全長423 km，總落差1430 m，流域面積17000 km2，于枝城市注入長江。清江北面與長江三峽地區(qū)相鄰，西及西南與烏江流域?yàn)榻?，南與澧水流域相接，地勢北高南低，流域內(nèi)植被良好。其主要支流有帶水河、云龍河、車壩河、龍洞河、高橋河等，其中帶水河為最大支流，流域面積508 km2。

恩施水文站是清江上游控制站，設(shè)立于1939年，屬國家基本水文站，資料精度類別為一類，測站以上控制流域面積2928 km2，占清江流域總面積的17.5%。大龍?zhí)稑屑~水庫位于恩施站上游(大龍?zhí)稑屑~水庫以上控制流域面積2396 km2，占該站流域面積的81.8%。)與恩施站相距11 km，洪水基本同頻。自2006年起，大龍?zhí)稑屑~水庫正式投入使用，水庫的蓄水和發(fā)電引起恩施站水位變化頻繁，且對(duì)洪峰形狀有所改變。

3 暴雨分析

3.1 暴雨成因

本次暴雨主要成因是2020年6月8日入梅以來，冷暖空氣在長江中下游交匯，致使長江中下游地區(qū)入梅偏早和梅雨鋒偏強(qiáng)，梅汛期降雨異常偏多。2020年7月15日～18日因西南渦沿700 hPa切變線東移發(fā)展，導(dǎo)致清江上游發(fā)生短歷時(shí)暴雨過程。

3.2 暴雨分析

本次選取2020年7月15日8時(shí)至19日8時(shí)流域內(nèi)11個(gè)典型站的降水過程，對(duì)暴雨特性、時(shí)空分布等參數(shù)進(jìn)行分析。計(jì)算典型降水量站自分析日起，逐時(shí)累計(jì)降雨量，得降水量累積過程，各個(gè)站點(diǎn)降水量累積過程圖，其中西流水站累計(jì)降水量達(dá)到314.5 mm，流域內(nèi)平均降水量為223.1 mm。繪制典型站點(diǎn)累計(jì)降水量過程線見圖1。

圖1 典型站點(diǎn)累積降水量過程線圖

(1)計(jì)算場次降水量，統(tǒng)計(jì)典型降水量站最大1 h、3 h、6 h、12 h、24 h降水量及開始時(shí)間，見表1。

表1 暴雨最大時(shí)段雨量統(tǒng)計(jì)表

(2)統(tǒng)計(jì)發(fā)生暴雨降水量站最大1 h、3 h、6 h、12 h、24 h、72 h的降水量，計(jì)算不同歷時(shí)的最大平均降雨強(qiáng)度(單位為mm/h)，填制表2。以最大平均降雨強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，歷時(shí)為橫坐標(biāo)，繪制降雨強(qiáng)度與歷時(shí)關(guān)系曲線見圖2。

表2 暴雨典型降水量站平均雨強(qiáng)計(jì)算表 單位：mm·h-1

圖2 降雨強(qiáng)度與歷時(shí)關(guān)系曲線

3.3 暴雨時(shí)空分布分析

3.3.1 暴雨中心和移動(dòng)方向

通過暴雨分析，本次調(diào)查區(qū)域的暴雨中心位于恩施市恩施站地區(qū)。從時(shí)程分布看，暴雨的走向是從上游汪營站地區(qū)向下游團(tuán)堡、馬者站地區(qū)移動(dòng)。

3.3.2 重現(xiàn)期分析

(1)樣本選取。選取恩施站上游11個(gè)降水量站，按年最大值選取1 h、3 h、6 h、12 h、24 h的歷時(shí)暴雨系列資料。

(2)統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算。按數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)各種時(shí)段降雨系列進(jìn)行頻率計(jì)算。利用P-Ⅲ型曲線，矩法算出參數(shù)，取Cs=3.5Cv，充分考慮曲線中上部點(diǎn)距，適線確定參數(shù)見表3。

表3 恩施站暴雨最大時(shí)段重現(xiàn)期分析成果表 單位：mm

3.3.3 與歷史暴雨對(duì)比分析

此次暴雨過程中典型降水量恩施站1 h、3 h、6 h降水量在歷史資料系列中排位分別為32、32、33，重現(xiàn)期均為2年；12 h降雨量排位為15，重現(xiàn)期為5年；24 h降雨量排位為6，重現(xiàn)期為13年。說明短歷時(shí)暴雨強(qiáng)度不大，但暴雨時(shí)間長，雨量均衡、總量大。

4 洪水計(jì)算分析

4.1 洪峰水位分析

7月16日～19日，清江流域普降大到大暴雨，局地特大暴雨。受持續(xù)性強(qiáng)降水影響，7月16日始，大龍?zhí)端畮靿蜗抡?、清江恩施站、支流帶水河龍鳳壩站水位暴漲，流量逐漸加大，此過程中三站的水位流量變化基本一致，但恩施站受兩者疊加，出現(xiàn)了更大水位變幅。7月17日17：40，恩施站出現(xiàn)洪峰水位420.71 m，相應(yīng)流量3800 m3/s，超過歷史最高水位0.07 m(1989年7月11日，最高水位420.64 m)，最大漲率0.044 m/min、最大水位變幅11.37 m，漲水歷時(shí)38.4 h。

4.2 洪峰流量分析

恩施站“20200717”洪水洪峰過后，立即組織人員在基本水尺斷面上下游約2 km范圍內(nèi)標(biāo)記洪痕，本次洪痕位置是在“20200717”洪水洪峰過后立即標(biāo)記的，峰后留下洪痕位置非常明顯，且當(dāng)時(shí)在河道兩岸標(biāo)記洪痕位置清晰，本次洪痕調(diào)查成果可靠。通過對(duì)該處河段選取四個(gè)斷面進(jìn)行了洪水調(diào)查，本次洪峰流量分析依據(jù)恩施站基本水尺斷面洪峰水位和上下游洪痕高程，采用水面曲線法進(jìn)行分析計(jì)算。

通過伯努利方程試算恩施站洪峰流量為3900 m3/s，洪水調(diào)查各個(gè)斷面洪峰水位與洪水調(diào)查測量洪痕高程兩者之間差值在合理范圍內(nèi)。恩施站“20200717”洪水的實(shí)測最高水位420.71 m，相應(yīng)洪峰流量為3800 m3/s，演算出的洪峰流量3900 m3/s和該站水位流量關(guān)系線查線流量3800 m3/s兩者之間相差2.6%，綜合考慮確定恩施站“2020717”洪水的洪峰流量為3800 m3/s。

4.3 洪量分析

4.3.1 實(shí)測流量計(jì)算場次洪水總量

徑流系數(shù)采用恩施站以上流域內(nèi)11個(gè)降水量站的平均徑流深與平均降水量的比值計(jì)算，徑流量通過實(shí)測流量計(jì)算，得出本次洪水過程場次徑流量為5.32億m3。

4.3.2 水量平衡方程計(jì)算恩施站場次洪水總量

大龍?zhí)端畮鞓屑~和帶水河龍鳳壩水文站都是位于恩施水文站上游，且中間無支流加入，故采用大龍?zhí)端畮鞓屑~出庫水量與龍鳳壩水文站場次水量通過水量平衡方程計(jì)算恩施站“20200717”洪水場次徑流量。通過大龍?zhí)端畮鞓屑~時(shí)段的出庫流量計(jì)算出大龍?zhí)端畮鞓屑~場次徑流量為4.62億m3，帶水河龍鳳壩水文站場次徑流量為0.77億m3，則推算出恩施水文站此次洪水徑流量為5.44億m3。

4.3.3 分析結(jié)論

通過該站實(shí)測流量計(jì)算出本次洪水過程場次徑流量為5.32億m3，通過水量平衡方程計(jì)算該站場次徑流量為5.44億m3，兩者誤差為2.3%，所以該站“20200717”洪水過程場次徑流量為5.32億m3。

4.4 洪水重現(xiàn)期分析

統(tǒng)計(jì)該站最近13年場次洪水過程最大3天洪量資料，為增加資料系列的代表性，補(bǔ)充1969、1989兩年大洪水資料，按場次洪水最大3天洪量不連續(xù)樣本系列進(jìn)行頻率計(jì)算。采用P-Ⅲ型曲線適線，計(jì)算出恩施水文站最大3天各設(shè)計(jì)頻率洪量，計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 恩施站最大3天設(shè)計(jì)洪量成果表

恩施站“20200717”洪水過程中最大3天洪量為4.67億m3，根據(jù)恩施站最大3天設(shè)計(jì)洪量成果表中查算可知，該站本次洪水過程最大3天洪量重現(xiàn)期為近50 a一遇。

5 結(jié)論

(1)本次短歷時(shí)暴雨強(qiáng)度不大，但暴雨時(shí)間長，雨量均衡、總量大。

(2)本次洪水過程總歷時(shí)近4 d，場次洪水徑流量為5.32億m3。

(3)恩施站“20200717”洪水實(shí)測最高水位420.71 m，相應(yīng)洪峰流量3800 m3/s，其中最大3天洪量為4.67億m3，重現(xiàn)期為近50 a一遇。

通過本次分析成果可為今后恩施市城區(qū)的河流規(guī)劃、城市建設(shè)、防洪決策提供極其寶貴可靠的水文資料，并為今后恩施市城區(qū)防洪預(yù)案編制提供重要的技術(shù)參考指標(biāo)。