河口村水庫“21·7”暴雨和入庫洪水分析

王秀明，徐明立，申方凡，宋一鳴

（河南省濟源水文水資源勘測局，河南 濟源 454000）

1 水庫概況

河口村水庫位于濟源市河口村附近的沁河干流上，是黃河小浪底至花園口區(qū)間的重要控制水利樞紐，對黃河防洪發(fā)揮著重要作用。大壩壩址位于沁河出山口處的濟源市克井鎮(zhèn)河口村，壩址以上控制流域面積9 223 km2，水庫工程規(guī)模為大（2）型，2011 年11 月截流興建，2017 年10 月通過竣工驗收。最大壩高122.50 m，總庫容3.17 億m3，工程設(shè)有大壩、溢洪道、泄洪洞、引水發(fā)電洞、電站廠房等建筑物。水庫的建成減輕了黃河防洪壓力，同時將南水北調(diào)總干渠穿沁河工程達到100年一遇設(shè)計防洪標準，使沁河防洪標準由原來的不足25 年一遇提高到100年一遇。

2 “21·7”暴雨分析

2.1 暴雨成因

2021 年7 月中旬，太平洋副熱帶高壓加強北挺，暖濕氣流沿副高邊緣向北移動，7 月10 日到達黃河以北地區(qū)，受冷空氣和太行山輻合抬升作用影響，河口水庫大壩以上流域出現(xiàn)了特大暴雨。見表1所示，降雨主要集中于山西省潤城至河口村的區(qū)間面積內(nèi)，山西省陽城縣窯頭村最大24 h 降水量達366.50 mm，暴雨的特點是強度高、雨量大、位置靠近庫區(qū)，入庫匯流時間極短。

表1 水庫大壩以上最大時段雨量表單位：mm

2.2 暴雨時空分布及特點

2.2.1 暴雨過程

降雨起止時間：7月10日17時至11日14時，其中10日17時起開始降中到大雨，局部暴雨，至11 日7 時流域平均降水量28.90 mm；11日7-13時轉(zhuǎn)為大暴雨，局部特大暴雨，其中11日7-13時流域平均降水量137.50 mm，位于暴雨中心的窯頭雨量站逐時雨量柱狀圖及累計雨量過程線，見圖1所示。

圖1 沁河水系龍門溝河窯頭雨量站逐時雨量柱狀圖及累計雨量過程線圖

2.2.2 暴雨空間分布

此次降水的最大點在水庫末端龍門溝河窯頭雨量站，過程雨量為366.50 mm，刷新本流域有記錄以來的最大值。其次為龍灣河土河站、冶底河李寨站、西冶河西冶站6 h 最大降水量分別為218.50 mm、211.50 mm、182.00 mm；24 h 最大降水量分別為261.00 mm、239.50 mm、234.00 mm。

2.2.3 暴雨特點

2.2.3.1 空間集中

此次7 月11 日暴雨的中心為山西省陽城縣窯頭村，位于龍門溝河上，緊靠庫區(qū)，匯流時間極快，從主降雨到入庫洪峰出現(xiàn)僅4-6 h，可見強降雨空間非常集中，暴雨高值區(qū)分布靠近水庫庫區(qū)。

2.2.3.2 暴雨強度大

此次降雨時間短、強度大，降雨主要集中在7月10日17時至11日14時的21個小時內(nèi)，暴雨中心最大1 h降水量115.00 mm，最大3 h 降水量232.50 mm，最大6 h 降水量332.50 mm，最大24 h降水量366.50 mm，均超歷史記錄。潤城水文站至河口村水庫大壩區(qū)間面積上平均24 h降水量為168.50 mm。

3 入庫洪水分析

河口村水庫為一狹長窄深式水庫，壩址以上地形條件是兩岸群山聳立，山高坡陡，源短流急，一旦遭遇強降水，就會造成較強的洪水過程，此次暴雨形成的入庫洪峰4 510 m3/s，超過1982 年歷史最大洪水（4 240 m3/s）記錄。推算入庫洪水過程采用△t=0.33 h 的水庫蓄水量及出庫流量過程根據(jù)水量平衡反推得到，對于部分時段鋸齒狀峰值作以連續(xù)性修正（主洪峰不再修正），以盡可能還原反推過程中可能造成的不均勻性，保證洪峰流量過程的連續(xù)性。河口村水庫20 分鐘時段反推入庫洪水流量計算表見表2，河口村水庫入庫洪水流量過程見圖2。

圖2 潤城—河口村區(qū)間平均降水量與入庫流量關(guān)系曲線圖

表2 河口村水庫20分鐘時段反推入庫洪水流量計算表

河口村水庫入庫洪水流量自7月11日13:00時的8.72 m3/s起漲，至11日13:40時的4 510 m3/s達到洪峰，之后隨雨勢減弱入庫洪水回落，于當晚19:00時落至1 000 m3/s以下。受入庫洪水影響，河口村水庫壩前水位自7 月11 日13:00 時的231.66 m開始起漲，于7 月12 日3:00 時水位漲至最高247.03 m，漲幅達15.37 m，最大漲率為5. 70 m/h。7月11日14：30時水位超過汛限水位238.00 m，為保障水庫自身及上下游防洪安全，按照流域防汛調(diào)度指令于7月11日下午16：20時開始按300 m3/s的流量控制下泄，實際最大泄量7 月12 日14 時317 m3/s，于7 月14日4：16時關(guān)閉泄洪閘，通過電站按17.00 m3/s繼續(xù)下泄。

4 洪水預(yù)報與實際洪水比較

根據(jù)河口村水庫入庫洪水預(yù)報方案，此次暴雨洪水各水文要素預(yù)報參數(shù)和預(yù)報值為：K=0.85，Im=135，7 月10 日Pa=60.90 mm，潤城水文站無來水，潤城至河口村1 972 km2流域平均降水量168.50 mm，P+Pa=229.40 mm，查降雨徑流相關(guān)圖得地面徑流深Rs=79.80 mm，則來水總量預(yù)報值1.573 7×108m3。根據(jù)匯流單位線計算出此次暴雨洪水的匯流過程，預(yù)報洪峰出現(xiàn)時間7 月11 日17：00 時，洪峰流量4 960 m3/s。實測各要素為：來水總量1.298 9×108m3，峰現(xiàn)時間7 月11 日14：20，洪峰流量4 510 m3/s。預(yù)報值與實際值有一定偏差，其中：來水總量預(yù)報值偏大0.274 8×108m3，時間預(yù)報值偏后2.60 h，洪峰流量預(yù)報值偏大450 m3/s。分析偏差原因：①來水總量實際值偏小是因為此次洪水發(fā)生在久旱之后，各種截留較大；②實際洪峰靠前是因為造峰雨靠近庫區(qū)；③實際洪峰流量偏小跟各種截留等水量損失有關(guān)。“21·7”暴雨洪水經(jīng)水庫管理部門適時調(diào)度后，水庫最大削峰率達93%，大大減輕了水庫下游的防洪壓力，保證了南水北調(diào)穿沁工程的運行安全，為下游人民群眾生命財產(chǎn)安全和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。

5 與歷史暴雨洪水比較

此次暴雨洪水的特點是：因降雨發(fā)生在庫區(qū)附近，出現(xiàn)在潤城至河口村1 972 km2區(qū)間面積上，主雨區(qū)緊靠庫區(qū)，潤城以上降雨較少，潤城水文站基本無來水，洪水主要產(chǎn)生于潤城至河口村區(qū)間面積上，最大入庫洪峰流量4 510 m3/s。1982年為流域普雨，張峰水庫和河口村水庫等兩座大型水庫都尚未修建，河口村大壩以上流域面積9 223 km2，此河段（代表站：五龍口水文站）1982年8月2日最大流量4 240 m3/s，潤城水文站最大洪峰2 710 m3/s，根據(jù)歷史資料可以看出1982 年暴雨特點為：過程雨量大、最大3 日暴雨覆蓋范圍廣、但過程平緩。而“21·7”暴雨主要集中分布在水庫庫區(qū)，歷時短、強度大，降雨集中于21 h內(nèi)，至使入庫洪峰達到歷史最大值。

6 結(jié)語

受西太平洋副熱帶高壓和冷空氣的共同影響，河口水庫大壩以上流域出現(xiàn)了特大暴雨。受強降水影響，河口村水庫出現(xiàn)4 510 m3/s的入庫洪水流量。暴雨洪水各水文要素均超歷史最大，對此次洪水實測值、預(yù)報值和本河段歷史值進行對比分析，為今后的水庫預(yù)報和防洪調(diào)度提供重要的經(jīng)驗依據(jù)。