繞陽河“7·28”暴雨洪水及流域設(shè)計洪水復(fù)核

張心怡

（遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110003）

1 概況

繞陽河是遼河右側(cè)最大的支流，位于遼寧省中部平原區(qū)的西側(cè)、醫(yī)巫閭山以東，發(fā)源于阜新縣扎蘭營子鄉(xiāng)，自北向南流經(jīng)阜新市、沈陽市、錦州市、鞍山市、盤錦市，于盤山縣東郭街道匯入遼河，流域面積10 348 km2，干流河長326 km[1]，其中東白城子以上為低山丘陵區(qū)，河長130.53 km，流域面積2 063 km2；東白城子以下為沖積平原區(qū)，河長195.5 km，流域面積8 285 km2。

繞陽河支流東沙河上建有友鄰、龍灣、八寶海等中型水庫，干流鄭家處有鄭家蓄滯洪區(qū)，該處河道上原建有閘門，現(xiàn)閘門已毀壞。

繞陽河流域水文資料較長的測站有韓家杖子站、東白城子站；其次是友鄰站、胡家站、司屯站。但大多數(shù)測站觀測資料年限很短或精度較差，如王回窩堡站，較大洪水時漫溢跑水，致使其測驗(yàn)精度低，只能作為參考。流域內(nèi)主要水文測站分布，如圖1所示。

圖1 繞陽河流域主要水文測站分布

2 “7·28”洪水過程

2.1 暴雨成因分析

2022 年，遼寧省降水異常偏多。從年代季的尺度上看，從2020年開始，遼寧省降水進(jìn)入偏多階段。從海溫角度上看，赤道中東太平洋的拉尼娜現(xiàn)象一直存在，印度洋海溫偏暖，北大西洋海溫三極子呈正位相，這樣的海溫配置，通過海氣相互作用，影響中高緯環(huán)流，導(dǎo)致初夏東北地區(qū)冷渦偏強(qiáng)，冷空氣比較活躍，造成6 月降水異常偏多。7 月，從大氣環(huán)流異常角度看，中高緯的大氣環(huán)流和副熱帶高壓的配置也是非常有利于降水的，即西太平洋副熱帶高壓北界位置比較偏北，增強(qiáng)了水汽的輸送，另外，7月的臺風(fēng)變性后溫帶氣旋北上，也加劇了7月降水異常偏多。

2022 年7 月28—30 日，遼寧省出現(xiàn)當(dāng)年入汛以來持續(xù)時間最長、強(qiáng)度最大的一次區(qū)域暴雨過程，強(qiáng)降水極值主要出現(xiàn)在繞陽河流域。

2.2 降雨過程及分析

繞陽河流域總降水時間在24 h 左右，各雨量站降水量主要集中在6～7 h，但主要降水的發(fā)生時間各分區(qū)有差異，東白城子以上及友鄰水庫以上分區(qū)比羊腸河及羊腸河口以下分區(qū)早6 h，比東白城子—王回窩堡分區(qū)早13 h。

“7·28”場次降雨最大點(diǎn)雨量五家子站為243 mm，最大1 h降雨量譚家堡子站60 mm，最大24 h降雨量五家子站240 mm[2]。根據(jù)繞陽河流域各雨量站降水資料，繪制了繞陽河流域本場降水等值線圖，如圖2所示。從圖2可以看出，繞陽河流域各地降水不均，最大降水可達(dá)240 mm，最小降水120 mm，出現(xiàn)3 個大于200 mm 的暴雨中心，分別位于繞陽河干流上游、右岸支流東沙河友鄰水庫以上及繞陽河干流下游右岸。

圖2 繞陽河流域“7·28”暴雨等值線

“7·28”韓家杖子站以上24 h 面降水量158 mm，24 h 降水相當(dāng)于30 a 一遇；友鄰水庫以上24 h 面降水198 mm，24 h降水相當(dāng)于50 a一遇。

2.3 洪水過程還原及洪水重現(xiàn)期

韓家杖子站7月28日19時最大洪峰為2 590 m3/s，3 d 洪量為6 620 萬m3，洪量的徑流系數(shù)為0.65。東白城子站7月29日4時最大洪峰為2 240 m3/s，3 d洪量為13 150 萬m3，洪量的徑流系數(shù)為0.44。友鄰水庫7 月28 日22 時最大洪峰為3 700 m3/s，3 d 洪量為7 380萬m3，洪量的徑流系數(shù)為0.89。主要站“7·28”洪水過程線[3]，如圖3所示。

圖3 韓家杖子站、東白城子站及友鄰水庫“7·28”洪水過程線

繞陽河主要站中，韓家杖子、東白城子、四家子、杜家、司屯站洪水按實(shí)測資料統(tǒng)計計算；友鄰水庫、龍灣水庫按水庫觀測資料進(jìn)行還原計算；胡家站考慮了上游友鄰及龍灣水庫的調(diào)蓄影響。

與繞陽河流域原設(shè)計洪水比較，韓家杖子站“7·28”洪峰超50 a 一遇，3 d 洪量達(dá)1 000 a 一遇，洪峰及洪量均是自1951 年有實(shí)測資料以來的第一位；東白城子站“7·28”洪峰為20 a 一遇，3 d 洪量達(dá)200 a 一遇，3 d 洪量是自1951 年有實(shí)測資料以來的第一位；東沙河友鄰水庫“7·28”洪峰及洪量均是有實(shí)測資料以來的第一位，洪峰及1 d 洪量為100 a 一遇，3 d 洪量達(dá)200～300 a 一遇。經(jīng)統(tǒng)計分析，繞陽河各測點(diǎn)“7·28”洪水分析成果，詳見表1。

表1 繞陽河各測點(diǎn)“7·28”洪水分析成果

2.4 暴雨洪水分析結(jié)果

（1）通過暴雨過程分析和洪水過程還原，可以得到以下結(jié)論：“7·28”洪水韓家杖子站24 h降水為30 a一遇，而洪峰超50 a一遇；友鄰水庫以上24 h降水相當(dāng)于50 a 一遇，而洪峰重現(xiàn)期近100 a 一遇。“7·28”洪水韓家杖子站、東白城子站及友鄰水庫洪峰洪量重現(xiàn)期大于暴雨重現(xiàn)期，這種情況是比較罕見的。經(jīng)本次分析研究，該情況與降水開始前的土壤含水量有較大關(guān)系。

采用Pa表示降水開始時刻的土壤含水量，以毫米為單位。Pa與前期的降雨量有密切關(guān)系，如前期降雨量越大且與本次降雨的間隔越近，則Pa值越大，反之則越小。每場降水的Pa值由本次降水開始前的10～15 d的降水通過公式計算得到，計算公式如下[4]：

式中：K為流域蓄水的日消退系數(shù)；Pt-1，Pt-2，…，Pt-n為本次降水前1，2，…，n d的降水量（mm）。

根據(jù)計算結(jié)果，繞陽河“7·28”洪水韓家杖子站、東白城子站及友鄰水庫洪峰洪量重現(xiàn)期大于暴雨重現(xiàn)期現(xiàn)象的原因如下：繞陽河流域6 月以來累計降水特大，為有資料以來最大值，前期影響雨量Pa=64 mm，土壤含水量較高。而繞陽河位于遼寧省西部，屬遼西半干旱地區(qū)，該地區(qū)產(chǎn)流機(jī)制為超滲產(chǎn)流，即當(dāng)降雨強(qiáng)度大于土壤下滲強(qiáng)度時就會產(chǎn)生地面徑流。繞陽河“7·28”洪水的發(fā)生，正是因?yàn)樵诮涤昵巴寥谰S持著較高含水量，土壤下滲強(qiáng)度較低，導(dǎo)致整個包氣帶未達(dá)到田間持水量，即產(chǎn)生了地面徑流，也是洪峰洪量重現(xiàn)期大于暴雨重現(xiàn)期的原因。

（2）韓家杖子—東白城子河長為76 km，比降約為0.75‰～1.25‰；東白城子—四家子河長約為90 km，比降約為0.4‰～0.75‰。在分析洪水過程與傳播時間時發(fā)現(xiàn)，在上游丘陵地帶，洪水自韓家杖子傳播至東白城子時間為9 h，而從東白城子傳播至四家子時間為40 h，在河長相近的情況下，洪水傳播時間有明顯差異。東白城子以下河道的比降較緩，在一定程度上導(dǎo)致洪水傳播較慢。但經(jīng)分析，出現(xiàn)該情況的主要原因在于，在東白城子以下姚大坑—鄭家閘段天然形成了寬闊平坦、河槽調(diào)蓄能力很大的河道，可以作為蓄滯洪區(qū)進(jìn)行自然調(diào)節(jié)。繞陽河“7·28”洪水在該段蓄滯洪區(qū)滯洪近20 h，洪峰從2 240 m3/s 衰減至1 360 m3/s，下降近40%，發(fā)揮了較好的“上吞下吐”能力，為下游洪水防御和人民轉(zhuǎn)移提供了關(guān)鍵時間。

3 設(shè)計洪水復(fù)核

3.1 洪水排位及歷史重現(xiàn)期

本次加入“7·28”洪水后，將繞陽河主要站前4位大洪水重新排位，結(jié)果詳見表2。

表2 繞陽河歷史洪水成果

經(jīng)歷史洪水調(diào)查發(fā)現(xiàn)，1930 年洪水的降水量在歷史上是非常罕見的。友鄰水庫處于暴雨中心區(qū)域，7 d降水量達(dá)1 000 mm，韓家杖子以上7 d降水量800 mm，并較準(zhǔn)確地計算出洪峰流量。另外，也訪問到了1886 年曾發(fā)生過的大洪水，因調(diào)查的洪痕不準(zhǔn)，未計算洪峰流量，但確認(rèn)1886 年洪水不小于1930 年洪水。因此，本次韓家杖子站、東白城子站及友鄰水庫1930 年洪峰重現(xiàn)期[5]按136 a（1887—2022年）一遇考慮。

由于韓家杖子站及友鄰水庫2022 年洪峰為1931 年以來最大值，所以將其作為特大值從實(shí)測系列中提出，洪量重現(xiàn)期為92 a。韓家杖子站、東白城子站及友鄰水庫2022 年3 d 洪量也作為特大值從實(shí)測系列中提出，洪量重現(xiàn)期為92 a。

3.2 水文站設(shè)計洪水

本次將繞陽河流域主要水文（水庫）站洪水系列延長至2022 年，根據(jù)本次各站處理后的洪峰、洪量重現(xiàn)期，在經(jīng)驗(yàn)排頻后，以繪線讀點(diǎn)法進(jìn)行頻率計算，以皮爾遜Ⅲ型曲線配線，各站洪峰Cs/Cv=3，3 d洪量Cs/Cv=2.5，Cv經(jīng)綜合平衡后選定，并達(dá)到適線較好的目的。本次復(fù)核的繞陽河流域各站設(shè)計洪水成果，詳見表3。

表3 繞陽河主要站設(shè)計洪水成果比較

由表3 可知，洪水系列延長后，韓家杖子站洪峰設(shè)計值下降幅度在2.1%～15%；3 d洪量增大幅度較大，其中1 000 a 一遇設(shè)計3 d 洪量增大48.7%、100 a一遇設(shè)計3 d洪量增大36.9%。

東白城子站洪峰設(shè)計值下降幅度在9.8%～18%；100 a 一遇設(shè)計3 d 洪量增大8.8%，30 a 一遇以下設(shè)計洪量略有減小。

友鄰水庫1 000 a一遇設(shè)計洪峰增大20%，100 a一遇設(shè)計洪峰增大12.4%；1 000 a 一遇設(shè)計洪量增大19.1%，100 a一遇設(shè)計洪量增大9.5%。

4 結(jié)論和建議

（1）通過對繞陽河流域2022 年“7·28”暴雨洪水過程進(jìn)行還原和分析，能進(jìn)一步了解該場暴雨洪水成因、暴雨中心分布及洪水發(fā)展的全過程。還原出的韓家杖子站洪峰及3 d 洪量、東白城子站3 d 洪量、友鄰水庫洪峰及3 d 洪量均為有實(shí)測資料以來第一位，本次成果對該流域設(shè)計洪水成果采用、建立上下游聯(lián)動的繞陽河防洪體系具有重要的指導(dǎo)作用。

（2）通過計算，對繞陽河流域2022 年“7·28”暴雨洪水過程中出現(xiàn)的洪峰洪量重現(xiàn)期大于暴雨重現(xiàn)期問題、洪水傳播時間及削峰問題進(jìn)行了分析，解釋了不合理的原因。

（3）本次洪水復(fù)核后，韓家杖子站設(shè)計3 d洪量、友鄰水庫設(shè)計洪峰及設(shè)計3 d 洪量與原采用成果相比有所增大，出于工程安全性及保護(hù)兩岸人民群眾生命財產(chǎn)安全的考慮，建議增大繞陽河設(shè)計洪水成果，采用本次復(fù)核成果。

（4）繞陽河干流上無控制性水庫工程，在東白城子以下段干流僅依靠姚大坑—鄭家閘段天然形成的寬闊平坦、河槽調(diào)蓄能力很大的河道作為蓄滯洪區(qū)進(jìn)行自然調(diào)節(jié)。建議在繞陽河干流尋找合適地點(diǎn)進(jìn)行控制性水庫工程的可行性研究。在未增加水庫工程時，建議重建鄭家閘，聯(lián)合支流東沙河3個水庫進(jìn)行區(qū)域洪水聯(lián)合調(diào)度。