淮河王家壩站“2020·7·20”暴雨洪水特性分析

陳曉成

(阜陽水文水資源局，安徽 阜陽 236000)

2020年7月的洪水是2010年以來安徽省淮河治理工程完成后的第一場(chǎng)特大洪水，為深入分析淮河治理后的王家壩水流特性提供了十分難得的資料。本文通過對(duì)該次特大洪水特性進(jìn)行分析以及與典型年洪水進(jìn)行比較，闡述了淮河治理后斷面面積和河道行洪能力變化，以及王家壩站水流特性的影響情況，增強(qiáng)了對(duì)淮河治理效果的認(rèn)知和王家壩站水流變化規(guī)律的了解，可為淮河治理、防汛調(diào)度提供科學(xué)依據(jù)。

1 測(cè)站概況及水流特性

王家壩水文站坐落于安徽省阜南縣王家壩鎮(zhèn)，位于淮河中游豫皖兩省交界處，是淮河干流第一大水文站、國(guó)家級(jí)重要水文站、一類精度站，由王家壩、王家壩(釤崗)、王家壩閘(閘上游)和地理城4個(gè)斷面共同控制淮河和洪河來水量，集水面積30630km2。

王家壩水文站中、低水測(cè)流斷面位于基上28.00m，高水?dāng)嗝嫖挥诨?850.00m，斷面上游右岸約1.0km處有白露河匯入，左岸上游約150.0m為王家壩閘，閘下即為濛洼蓄洪區(qū)；下游40.0km右岸有史河匯入，112.0km有臨淮崗淮河閘。該站警戒水位為27.50m，保證水位為29.30m；歷史最高洪水位為30.35m(1968年7月16日)，王家壩(合成)最大流量為17600m3/s(1968年7月17日)?；春佑野队泻?、竹竿河、寨河、潢河和白露河等山區(qū)性河流匯入，河道坡降大，匯流速度快，洪水暴漲暴落；左岸有閭河、洪汝河等平原性河流匯入，河道坡降小，洪水過程平緩。上游不同的來水組合形成該站不同的洪水過程特性。王家壩水系見圖1。

圖1 淮河王家壩水系

2 暴雨特征

2.1 暴雨成因

2020年6月2日入梅以來，由于太平洋副熱帶高壓的位置異常，導(dǎo)致副高持續(xù)偏南偏東，無法北抬，致使安徽省梅雨期高達(dá)60天，是史上最長(zhǎng)的梅雨期。7月10—19日雨帶自長(zhǎng)江北抬至淮河一帶，造成淮河流域王家壩以上區(qū)域出現(xiàn)持續(xù)暴雨，特別是7月14—19日降雨范圍及暴雨強(qiáng)度不斷增大，出現(xiàn)特大暴雨，至20日降雨才逐漸停止。

2.2 暴雨過程及分布

暴雨過程為2020年7月10—19日，歷時(shí)10天，淮河王家壩站以上區(qū)域面雨量為276.5mm，淮河以南的浉河、寨河、白露河區(qū)域降雨量在400.0～500.0mm之間，暴雨中心位于淮河以南的河南省信陽、光山一帶；淮河以北的洪河、閭河區(qū)域降水量在150.0～250.0mm之間。

降雨過程分兩個(gè)階段。7月10—12日，降雨主要位于淮河以南區(qū)域，面雨量為122.8mm；淮河以北面雨量為77.4mm、王家壩區(qū)間面雨量為110.6mm。該階段降雨造成下墊面含水量趨于飽和并抬高了淮河水位。7月14—19日，暴雨區(qū)域位于淮河以南山區(qū)，淮河以南面雨量為281.8mm，淮河以北面雨量為62.0mm、王家壩區(qū)間面雨量為198.8mm。該階段是主要成峰暴雨階段。王家壩以上區(qū)域7月10—19日日平均面雨量見圖2。

圖2 王家壩以上區(qū)域日平均面雨量

2.3 暴雨特點(diǎn)

?降雨范圍廣，7月10—19日，降雨范圍覆蓋整個(gè)淮河流域；?降雨強(qiáng)度大，最大24h降雨量大于200mm的水文站占35.0%，其中三合站最大24h降雨量為340.0mm；?降雨歷時(shí)長(zhǎng)，7月10—19日連續(xù)降雨達(dá)10天；?降雨集中，從圖2可看出，主要降雨集中在7月11日、12日、18日和19日。

3 洪水過程

7月10—31日王家壩水位、流量、沙量過程線和日降水量見圖3。由圖3可知，受7月10—12日降雨影響，王家壩水位從7月11日8時(shí)起漲，起漲水位21.45m，流量為320m3/s，14日4時(shí)出現(xiàn)第一次洪峰水位，為26.75m，超設(shè)防水位0.75m，洪峰流量為2170m3/s；7月15—19日暴雨使王家壩淮干水位再次上漲，水位在15日15時(shí)止落回漲，起漲水位26.26m，相應(yīng)流量為1670 m3/s，17日23時(shí)24分，達(dá)警戒水位27.50m，20日0時(shí)12分達(dá)保證水位29.30m，20日8時(shí)24分，出現(xiàn)本次洪峰水位29.75m，為該站歷史第二高洪水位，洪峰流量為3300m3/s。王家壩(合成)最大流量為7660m3/s，為該站歷史第5位。

圖3 7月10—31日王家壩水位、流量、沙量過程線和日降水量柱狀圖

4 洪水特性

4.1 洪峰水位高、漲幅大

此次洪水過程從7月11日8時(shí)12分開始起漲，到20日8時(shí)24分達(dá)到洪峰水位29.75m。漲峰歷時(shí)為216h，水位漲幅為8.29m，流量漲幅為2980m3/s，是淮河王家壩站1991年、2003年、2007年特大洪水中水位流量漲幅最大的一次。2020年7月洪水與歷史典型年洪水的漲峰歷時(shí)和水位流量漲幅對(duì)比情況見表1。

表1 王家壩(淮干)2020年洪水與歷史典型年洪水特性對(duì)比情況

4.2 同水位級(jí)流量系統(tǒng)偏大

王家壩站2020年7月洪水與歷史典型洪水年份1991年、2003年、2007年洪水過程的水位-流量關(guān)系對(duì)比見圖4。由圖4可知，無論是漲水還是落水，同水位級(jí)時(shí)的流量均系統(tǒng)偏大，同水位級(jí)(當(dāng)水位為26m)的漲水段流量2020年比1991年偏大48%，比2003年偏大43%，比2007年偏大23%；按水位24～28m整米數(shù)對(duì)應(yīng)流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，2020年漲水段流量平均比1991年偏大57%，比2003年偏大35%，比2007年偏大20%。

圖4 淮河王家壩典型年洪水過程水位-流量關(guān)系對(duì)比

同水位級(jí)流量偏大的原因是淮河治理后淮河干流過水面積增大，下泄能力增強(qiáng)。圖5和圖6分別為王家壩中低水和高水1991年、2003年、2007年和2020年斷面圖。由圖5和圖6可以看出，2020年斷面面積比1991年、2003年、2007年斷面面積均偏大。以中低水?dāng)嗝嫠辉?8m時(shí)的斷面面積為例，2020年面積為2430m2，2007年為1780m2，2003年為1880m2,1991年為1740m2，淮河治理后王家壩站中低水?dāng)嗝孢^水面積比原來平均增大了32%；以高水?dāng)嗝嫠辉?8m時(shí)的斷面面積為例，2020年面積為3080m2，2007年為2850m2，2003年為2890 m2,1991年為2670 m2，淮河治理后王家壩站高水?dāng)嗝孢^水面積比原來平均增大了10%。加上淮河支流的綜合治理，相同的降雨量產(chǎn)生的徑流其匯流速度更快，同水位級(jí)流量系統(tǒng)偏大。

圖5 淮河王家壩站1991年、2003年、2007年和2020年中低水?dāng)嗝鎴D

圖6 淮河王家壩站1991年、2003年、2007年和2020年高水?dāng)嗝鎴D

4.3 時(shí)段洪水總量小于典型洪水年份

王家壩(合成)流量是由王家壩、王家壩(釤崗)、王家壩閘和地理城4個(gè)斷面流量合成，該次洪水王家壩(合成)最大1天、最大3天、最大7天、最大15天、最大30天時(shí)段洪水總量與2007年、2003年和1991年相應(yīng)時(shí)段洪水總量相比均偏小，主要原因是本次洪水地理城斷面沒有過水，而2007年、2003年、1991年大洪水地理城斷面均過水，過水量分別為9.745億m3、14.38億m3、11.86億m3，洪水總量對(duì)比情況見表2。2020年7月洪水地理城斷面沒有過水的原因是地理城上游的洪河、汝河7月10—19日累計(jì)降雨量在100～180mm，洪河班臺(tái)沒有分洪。

表2 王家壩(合成)年最大流量和時(shí)段洪水總量對(duì)照情況

5 結(jié) 論

a.淮河王家壩2020年7月中旬的洪水，降雨空間分布差異大，淮河以南平均面雨量是淮河以北的2倍多，淮河以南多為山區(qū)，河道比降大，產(chǎn)匯流速度快，造成水位和流量漲幅大。

b.淮河治理后，經(jīng)過河道疏浚，堤防后退，過水面積增大，泄洪能力增強(qiáng)。王家壩站中低水?dāng)嗝孢^水面積比原來平均增大32%，高水?dāng)嗝孢^水面積比原來平均增大10%，同水位級(jí)流量系統(tǒng)偏大。同時(shí)淮河支流治理完成，支流下泄能力增強(qiáng)，匯流速度快，水位流量漲幅大，這是淮河王家壩大洪水洪水位預(yù)報(bào)值比實(shí)際值偏小的主要原因。

c.通過對(duì)2020年7月洪水與歷史典型年洪水特性進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)淮河治理后王家壩站洪水特性變化規(guī)律有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，可為研究和評(píng)估淮河治理效果提供基礎(chǔ)資料，為謀劃新時(shí)代淮河治理方案提供參考。