湘江萌渚水流域2019-2020年連續(xù)暴雨洪水分析*

呂清華，顏清成

1.湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院；2.江華瑤族自治縣水文水資源局

一、前言

2019年6月12日-6月14日，地處湘南的湘江萌渚水流域發(fā)生了大暴雨洪水過程，流域普降大暴雨，局部特大暴雨，致使萌渚水（又名西河）干流全線發(fā)生了超歷史的大洪水。萌渚水中游控制站大路鋪水文站于6月13日9:30出現(xiàn)洪峰，最高洪水位50.10m（凍結(jié)基面），經(jīng)查閱以往水文資料，此次洪水為1959年建站歷史洪水位。

2020年6月6日至6月7日，江華縣萌渚水流域普降暴雨到大暴雨，據(jù)降水資料統(tǒng)計(jì)，流域次面平均降水量157.8mm，流域最大24小時(shí)次面平均降雨量為146.6mm。單站降雨量大于200mm的有4站，大于100mm的有14站，大于50mm的有18站，其中最大降雨量站點(diǎn)為江華縣白芒營鎮(zhèn)車下站，降水量為252.5mm。此次降水主要分布在流域中上游，暴雨中心集中在流域中上游的白芒營鎮(zhèn)、大石橋鄉(xiāng)、濤圩鎮(zhèn)和河路口鎮(zhèn)。受強(qiáng)降水影響，江華縣萌渚水流域發(fā)生超歷史實(shí)測最大洪水過程。萌渚水流域控制水文站大路鋪站2020年6月7日13:30出現(xiàn)自1959年建站以來最大洪水，洪峰水位238.12m，實(shí)測洪峰流量為1550m3/s。

二、流域概況

萌渚水又稱西河，是湘江上游瀟水的一級支流，河流全長104公里，流域面積889km2，平均坡降2.50‰，發(fā)源于西南部之姑婆山，蜿蜒流經(jīng)嶺西的河路口、濤圩、大石橋、白芒營、大路鋪、沱江6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，于江華縣沱江鎮(zhèn)魚塘坡處注入瀟水，是江華縣農(nóng)業(yè)灌溉的主要水源之一。

萌渚水位于湖南省江華瑤族自治縣西部，流域西北狹長，東西窄，呈長帶狀。流域南部與東部為中、低山地，西部為低山、丘陵，北部以丘陵為主。流域上游群山疊嶂，峽谷幽深，斷面呈V形，一般枯水河寬約20-30m。中下游丘崗散布，河道彎曲，岸坡陡，農(nóng)壩尚多，一般枯水河面寬70-130m。

萌渚水流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，具有氣候溫和、雨量充沛、冬寒期短、夏無酷暑、無霜期長、濕度大、晨霧多、風(fēng)速小的氣候特點(diǎn)。據(jù)氣象資料統(tǒng)計(jì)，年平日照時(shí)數(shù)在1366.3-1758小時(shí)，無霜期300-310天，年平均氣溫17－18.5℃，極端高溫39℃，極端低溫-5℃，年平均相對濕度81%，歷年平均風(fēng)速1.4m/s。

萌渚水流域多年平均雨量為1589mm，其中，汛期雨量（4-9月）占全年雨量的60%左右，梅雨季節(jié)4、5、6三個(gè)月降雨量占全年的40%左右，7月以后降雨明顯減少，常有不同程度的干旱發(fā)生。流域多年平均徑流深971mm，徑流系數(shù)0.61左右，流域多年平均蒸發(fā)量在508mm。流域內(nèi)洪水主要由暴雨形成，洪水的大小與降水的多少、降水強(qiáng)度的大小有密切關(guān)系。年最大洪水多發(fā)生在4-6月，在此期間洪水主要由氣旋鋒面暴雨產(chǎn)生，8月及以后的洪水多為臺風(fēng)暴雨產(chǎn)生。由于流域內(nèi)河流坡度較大，洪水峰高量大，陡漲陡落，極具破壞力，一般洪水歷時(shí)1-2天。

三、暴雨成因與量級

（一）2019年暴雨成因與量級

2019年6月12日晚，受低渦東移南壓，中低空切變線影響，歷史罕見的強(qiáng)降雨伴隨雷電襲擊江華縣，全縣普降大暴雨。據(jù)雨量站資料統(tǒng)計(jì)，6月12日8時(shí)至13日8時(shí)強(qiáng)降雨過程，江華縣平均降雨110.3mm，降雨量超過100mm的有41站，降雨量超過50mm的有60站，其中最大降雨量點(diǎn)為塘家源水庫站，降雨量為186.5mm。

（二）2020年暴雨成因與量級

2020年6月6日至7日，受高空低槽和中低空切變線共同影響，歷史罕見的強(qiáng)降雨伴隨雷電襲擊江華縣萌渚水流域，全流域普降暴雨到大暴雨。據(jù)該流域內(nèi)18個(gè)雨量站資料統(tǒng)計(jì)，2020年6月6日8時(shí)至8日8時(shí)，全流域面平均降雨量為157.8mm，流域最大24小時(shí)次面平均降雨量為146.6mm。單站降雨量超過200mm的有4站，超過100mm的有14站，超過50mm的有18站，其中最大降雨量點(diǎn)為車下站，降雨量為252.5mm。江華縣萌渚水流域2020年6月6日8時(shí)至8日8時(shí)強(qiáng)降雨分布情況為：萌渚水流域下游沱江鎮(zhèn)和橋市鄉(xiāng)降雨量為50.0-100.0mm，萌渚水流域中上游大路鋪鎮(zhèn)、白芒營鎮(zhèn)、大石橋鄉(xiāng)、濤圩鎮(zhèn)和河路口鎮(zhèn)降雨量為120.0-260.0mm，暴雨中心集中在流域中上游干流的白芒營鎮(zhèn)、大石橋鄉(xiāng)、濤圩鎮(zhèn)和河路口鎮(zhèn)。

四、暴雨時(shí)空分布特點(diǎn)

（一）2019年6月暴雨時(shí)空分布特點(diǎn)

2019年6月降雨過程具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：一是量大，強(qiáng)度大。6月12日強(qiáng)降雨過程，江華縣平均降雨量達(dá)110.3mm,其中最大3小時(shí)全縣平均降雨量達(dá)72.2mm，占1天次總降雨量的65.5%。二是降雨時(shí)程分布不均。本次暴雨從2019年6月12日13時(shí)開始，至6月13日11時(shí)結(jié)束，降雨主要集中在6月12日21時(shí)至6月13日3時(shí)，這個(gè)時(shí)段的降雨量達(dá)103.2mm，占次總降雨量的93.6%。三是暴雨梯度大。此次強(qiáng)降雨過程，降雨量100-250mm的籠罩面積達(dá)1645km2，占全縣面積50.6%，降雨量50-100mm的籠罩面積達(dá)1486km2，占全縣面積45.8%，降雨量25-50mm的籠罩面積達(dá)117km2，占全縣面積3.60%。

（二）2020年6月暴雨時(shí)空分布特點(diǎn)

2020年6月降雨過程具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：一是量大，強(qiáng)度大。萌渚水流域2020年6月6日至7日次面平均降雨量為157.8mm，其中最大1小時(shí)降雨量達(dá)21.4mm，占次面平均總降雨量的13.6%，最大3小時(shí)降雨量達(dá)59.3mm，占次面平均總降雨量的37.6%，最大6小時(shí)降雨量達(dá)73.0mm，占次面平均總降雨量的46.3%。二是降雨時(shí)程分布不均。最大12小時(shí)降雨量達(dá)134.5mm，占次面平均總降雨量的85.2%。本次強(qiáng)降雨從2020年6月6日10時(shí)開始，至2020年6月8日8時(shí)結(jié)束，但降雨量主要集中在2020年6月6日21時(shí)至6月7日10時(shí)，這段時(shí)間降雨量達(dá)138.6mm，占次面平均總降雨量的87.8%，2020年6月6日21時(shí)至6月7日3時(shí)降雨量達(dá)73.0mm，占次面平均總降雨量的46.3%。三是暴雨、大暴雨覆蓋范圍廣。江華縣萌渚水流域2020年6月6日至7日的強(qiáng)降雨過程中，暴雨籠罩面積達(dá)100%，大暴雨籠罩面積達(dá)82.1%。據(jù)全流域18個(gè)雨量站點(diǎn)資料統(tǒng)計(jì)，降雨量超50mm的站點(diǎn)18個(gè)，超100mm的站點(diǎn)14個(gè)，超200mm的站點(diǎn)4個(gè)，超250mm的站點(diǎn)1個(gè)。

五、暴雨頻率分析

（一）2019年暴雨頻率分析

查閱2015年由省水文件局組織編寫的《湖南省報(bào)汛站暴雨洪水特征值重現(xiàn)期查算手冊》(修訂本)，按就近原則，萌渚水流域可參考大路鋪水文站。根據(jù)萌渚水流域此次暴雨雨量大、歷時(shí)短、范圍集中，且流域內(nèi)降雨時(shí)段及強(qiáng)度相似的特點(diǎn)，分別選取各雨量站和流域平均最大1小時(shí)、3小時(shí)、6小時(shí)雨量進(jìn)行對照。經(jīng)對比可知，最大1小時(shí)降水頻率為接近20年一遇暴雨，最大3小時(shí)降水頻率為20-30年一遇暴雨，最大6小時(shí)降水頻率為略低于30年一遇暴雨。根據(jù)江華縣萌渚水流域暴雨產(chǎn)匯流特點(diǎn)和分析大路鋪水文站歷史資料，采用最大6小時(shí)降水頻率，即2019年6月12日萌渚水全流域發(fā)生略低于30年一遇的暴雨[1]。

（二）2020年暴雨頻率分析

江華縣萌渚水流域設(shè)有18個(gè)雨量站點(diǎn)，但有較長系列雨量資料的站點(diǎn)只有大路鋪、白芒營、巖口鋪、濤圩、草嶺和春頭源6個(gè)站，因此該流域2020年6月6日至7日雨量頻率計(jì)算只計(jì)算上述6個(gè)站點(diǎn)，另外17個(gè)雨量站點(diǎn)雨量頻率按就近原則進(jìn)行估算，具體為鯉魚井、山口鋪、粟米塘、塘家源水庫、南沖參照大路鋪，珠郎塘和車下參照白芒營，洪山和羊頭山參照巖口鋪，中洞參照濤圩，金竹沖參照草嶺，嶺腳參照春頭源。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，最大1小時(shí)降水量頻率只有車下站接近10年一遇，其他站均低于10年一遇；最大3小時(shí)降水量頻率為：珠郎塘站接近20年一遇，車下站10年一遇，春頭源站接近50年一遇，其他站均低于10年一遇；最大6小時(shí)降水量頻率為：白芒營站和嶺腳站接近20年一遇，珠郎塘站50年一遇，車下站20年一遇，春頭源站接近100年一遇，其他站均低于10年一遇；最大12小時(shí)降水量頻率為：白芒營站200年一遇，珠郎塘站和車下站高于200年一遇，羊頭山站略高于10年一遇，濤圩站接近200年一遇，中洞站和草嶺站接近20年一遇，春頭源站高于100年一遇，嶺腳站接近30年一遇，其他站均低于10年一遇；最大24小時(shí)降水量頻率為：白芒營站接近100年一遇，珠郎塘站略高于200年一遇，車下站高于200年一遇，濤圩站略高于50年一遇，春頭源站略高于30年一遇，嶺腳站10年一遇，其他站均低于10年一遇[2]。

六、洪水頻率計(jì)算成果

（一）2019年洪水頻率計(jì)算成果

大路鋪水文站具有1959年至2019年共61年實(shí)測洪水資料系列的年最大流量和1878年、1913年的歷史調(diào)查洪水資料組成洪峰流量資料系列，采用數(shù)學(xué)期望公式進(jìn)行頻率計(jì)算。理論頻率曲線采用P-Ⅲ型曲線適線，適線時(shí)，盡可能照顧點(diǎn)群趨勢，使頻率線通過點(diǎn)群中心，但適當(dāng)多考慮中、上部點(diǎn)據(jù)，由此確定理論頻率曲線各統(tǒng)計(jì)參數(shù)，適線過程在計(jì)算機(jī)上完成（見表1）。

表1 大路鋪水文站最大流量頻率計(jì)算成果表（m3/s）

大路鋪水文站2019年“6·12”洪水洪峰實(shí)測流量為1240m3/s，與表1中頻率值對比可知，大路鋪水文站2019年“6·12”洪水洪峰流量的重現(xiàn)期超20年一遇。

（二）2020年洪水頻率計(jì)算成果

大路鋪水文站具有1959年至2020年共61年實(shí)測洪水資料系列的年最大流量和1878年、1913年的歷史調(diào)查洪水資料組成洪峰流量資料系列，采用數(shù)學(xué)期望公式進(jìn)行頻率計(jì)算，理論頻率曲線采用P-Ⅲ型曲線適線，適線時(shí)，盡可能照顧點(diǎn)群趨勢，使頻率線通過點(diǎn)群中心，但適當(dāng)多考慮中、上部點(diǎn)據(jù)，由此確定理論頻率曲線各統(tǒng)計(jì)參數(shù)，適線過程在計(jì)算機(jī)上完成（見表2）。

表2 大路鋪水文站年最大流量頻率計(jì)算成果表（m3/s）

大路鋪水文站2020年“6·07”洪水洪峰實(shí)測流量為1550m3/s，與表2中頻率值對比可知，大路鋪水文站2020年“6·07”洪水洪峰流量的重現(xiàn)期超50年一遇。

七、洪水特點(diǎn)

（一）洪峰水位高，洪峰流量大

大路鋪水文站2019年6月12日最高洪水位237.52m，經(jīng)查閱以往水文資料，為1959年建站歷史洪水位。2020年“6·07”洪水洪峰水位238.12m，為該站自1959年建站以來實(shí)測最高水位，比歷史調(diào)查最高洪水水位238.66m（1878年）低0.54m，比歷史調(diào)查第二高洪水水位238.29m（1913年）低0.17m。本次洪水的實(shí)測洪峰流量為1550m3/s，是大路鋪水文站建站以來第一大洪峰流量，由頻率計(jì)算可知，其重現(xiàn)期超50年一遇，比歷史調(diào)查最高洪水的洪峰流量小11.9%，與歷史調(diào)查第二高洪水的洪峰流量1550m3/s一樣大[3]。

（二）洪水持續(xù)時(shí)間長

大路鋪水文站控制面積為612km2，屬山區(qū)性河流水文站，洪水暴漲暴落。據(jù)歷年洪水資料統(tǒng)計(jì)，該站洪水持續(xù)時(shí)間為1-2天，但2019年“6·12”洪水從6月12日20時(shí)00分起漲，至16日24時(shí)00分水位退平，持續(xù)4天零1小時(shí)。2020年“6·07”洪水從6月6日21：50開始起漲，至6月11日8：00退平，洪水持續(xù)時(shí)間達(dá)4天零8小時(shí)，其中洪水漫灘時(shí)間達(dá)17小時(shí)。

（三）次洪總量大

大路鋪水文站2019年“6·12”洪水洪量0.7650億m3，凈 雨131.0mm，本次洪水徑流系數(shù)為0.95；2020年“6·07”洪水洪量0.9245億m3，凈雨181.3mm，本次洪水徑流系數(shù)為0.83。

八、結(jié)論

經(jīng)調(diào)查分析，極端天氣形成的強(qiáng)降水，加上近年來萌渚水流域地形地貌改變以及當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展建設(shè)，改變了流域水文循環(huán)響應(yīng)機(jī)制，從而導(dǎo)致了2019年、2020年特大洪水的暴發(fā)。