張燕　茍斌

摘要：為提高洪水防御水平，針對夏河縣觀音溝流域2023年9月7日（“20230907”）暴雨洪水展開了調(diào)查，分析了該場暴雨洪水的特性，確定洪水的洪峰流量、洪水總量及洪水重現(xiàn)期。利用曼寧公式、鐵一院公式、推理公式等方法分析了該次洪水的特征值。結(jié)果表明：該場洪水是由觀音溝流域上游局部暴雨導(dǎo)致，由于流域面積小、坡降大，從而形成產(chǎn)匯流歷時(shí)短、流速快、峰量大的洪峰。該次洪水的洪峰流量為370 m3/s，洪水重現(xiàn)期超100 a。

關(guān)鍵詞：暴雨洪水； 洪水重現(xiàn)期； 推理公式； 觀音溝流域； 甘南藏族自治州

中圖法分類號(hào)：TV122 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.04.004

文章編號(hào)：1006-0081（2024）04-0027-04

0 引 言

由于缺乏資料，小流域的暴雨洪水研究存在不足。本文以甘南藏族自治州（簡稱“甘南州”）夏河縣觀音溝流域?yàn)檠芯繉ο螅槍?023年9月7日（“20230907”）的暴雨洪水事件展開調(diào)查分析。該場洪水開始于9月6日22∶30，至9月7日00∶02以后洪水基本落平，歷時(shí)約4 h。本文采用曼寧公式、鐵一院公式、推理公式［1-4］，并依據(jù)《甘肅省甘南州夏河縣山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)報(bào)告》分析確定了甘南州夏河縣 “20230907”暴雨洪水的洪峰流量、洪水總量及洪水重現(xiàn)期，旨在為甘南州水旱災(zāi)害防御工作提供參考。

1 研究區(qū)域概況

觀音溝是大夏河的一級(jí)支流，位于夏河縣麻當(dāng)鎮(zhèn)大夏河中段左岸，于溝口102°46′14″E，35°18′22″N處匯入大夏河，見圖1。觀音溝流域面積79 km2，主溝道長17.6 km，流域最高處海拔3 900 m，溝道比降57‰～72‰，流域形態(tài)呈橢圓形，形狀系數(shù)為0.392。該流域以主溝道為軸，呈左右不對稱狀，右岸支溝較多，流域面積較大。流域上游9 km處有較大支流恰當(dāng)溝匯入，該溝道總長6.5 km，面積10.5 km2。

觀音溝流域?qū)俸畮駶櫄夂?，高原大陸性氣候特點(diǎn)比較明顯。流域降水季節(jié)性明顯，總體來說降雨偏少。流域上游除林地外，分布有零星草場，中下游為林地，多喬木和灌木，植被覆蓋率較高。溝道兩側(cè)山體多以石質(zhì)山原為主，部分區(qū)域巖石裸露。

2 暴雨分析

2.1 暴雨成因

夏河縣“20230907”暴雨洪水事件中，受副熱帶高壓邊緣型暴雨和西太平洋副熱帶高壓西伸的影響，甘南州整體處于副熱帶高壓西側(cè)邊緣西南暖濕氣流中。青藏高原被長波槽控制，處于西風(fēng)帶冷空氣影響區(qū)，冷空氣東移與從副高邊緣沿西南方向來的暖濕氣流相遇形成降水過程，這也是甘南州最常見的一種降水類型。此外，由于甘南州地形復(fù)雜，在高空形勢形成的時(shí)候，受局地地形強(qiáng)迫抬升影響較大，從而對降水點(diǎn)的落區(qū)也造成較大影響。該次暴雨數(shù)據(jù)從多部門收集，利用收集的降雨資料繪制3 h降雨等值線圖，見圖1。

2.2 暴雨時(shí)空分析

對收集到的降水資料進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)2023年9月6日22∶00部分雨量站已有降雨數(shù)據(jù)，22∶00～24∶00大部分雨量站開始有降雨數(shù)據(jù)，油口村雨量站降雨已達(dá)到90 mm 以上，直到次日02∶00大部分雨量站數(shù)據(jù)顯示已停止降雨，早上08∶00基本全部停止降雨。通過調(diào)查走訪發(fā)現(xiàn)，降雨主要發(fā)生在9月6日21∶30至9月7日01∶30，歷時(shí)4 h。從降雨級(jí)別來看，有1個(gè)站點(diǎn)達(dá)到大暴雨級(jí)別，占比1%，有4個(gè)站點(diǎn)達(dá)到暴雨級(jí)別，占比3%，有45個(gè)站點(diǎn)達(dá)到大雨級(jí)別，占比37%，有46個(gè)站點(diǎn)達(dá)到中雨級(jí)別，占比38%。

根據(jù)等雨量圖，等雨量線法計(jì)算公式如下：

式中：P為平均面雨量；f1，f2，…，fn為相鄰等雨量線間的面積；P1，P2，…，Pn為相鄰等雨量線間雨深平均值；F為流域總面積。

利用等雨量線法測算得到觀音溝流域3 h平均面雨量55.4 mm，達(dá)到暴雨量級(jí)。該次降雨歷時(shí)短、強(qiáng)度大，產(chǎn)匯流快、洪峰流量大，是災(zāi)害的誘發(fā)因素。從暴雨等值線圖分析，再根據(jù)等值線法計(jì)算出該次暴雨中心平均暴雨量和點(diǎn)面系數(shù)等特征值，見表1。

2.3 暴雨重現(xiàn)期分析

通過查閱《甘肅省暴雨洪水圖集》（1988年）及水文部門雨量站相關(guān)資料，對暴雨進(jìn)行重現(xiàn)期分析［2］，該次暴雨中心與夏河站直線距離15 km，流域氣候特征相近，周邊環(huán)境和下墊面條件基本相同。夏河站擁有1981年以來連續(xù)的降水資料，因此采用夏河站雨量數(shù)據(jù)進(jìn)行3 h降雨頻率計(jì)算，繪制P-Ⅲ型曲線，進(jìn)行適線，其3 h平均降雨量為23.7 mm，變差系數(shù)Cv值為0.7，Cs/Cv為4.0（Cs為變異系數(shù)），在Cs=4.0Cv的P-Ⅲ型曲線Kp值表查讀最大3 h點(diǎn)雨量，與油口雨量站3 h降雨量97.2 mm對比，最后確定此次降水中心的重現(xiàn)期超過100 a。

3 洪水分析

觀音溝為此次受災(zāi)最嚴(yán)重的地區(qū)，其中受災(zāi)最嚴(yán)重的加吉村南面為恰當(dāng)溝匯入口。因此，分別對4個(gè)河段進(jìn)行調(diào)查分析，分別為觀音溝怕浪村河段，距河口3 km處，控制面積占流域面積的87%；觀音溝完格爾村河段，距河口6 km處，控制面積占流域面積的58%；觀音溝加吉村河段，距河口10 km處，控制面積占流域面積的25%；恰當(dāng)溝加吉村河段為觀音溝支流，距恰當(dāng)溝溝口0.5 km，距觀音溝溝口10 km處，控制面積占流域面積的13%，占恰當(dāng)溝流域面積的95%。所選河段較為順直、洪水相對集中，符合SL 196-2015《水文調(diào)查規(guī)范》要求。

3.1 洪峰流量

按照SL 196-2015《水文調(diào)查規(guī)范》，洪水調(diào)查河段洪峰流量采用比降面積法進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)現(xiàn)場走訪調(diào)查及斷面測量結(jié)果，再依據(jù)調(diào)查河段斷面形狀及河床組成等，依照《甘肅省天然河道糙率表》選用斷面平均糙率為0.040，0.050，0.055，對沖淤嚴(yán)重的斷面還原到原始斷面，再采用曼寧公式計(jì)算通過調(diào)查河段的洪峰流量。

式中：Q為洪峰流量，m3/s；n為糙率（取值參考天然河流河道糙率表及流域特征）；A為河道過水面積，m2；R為河道水力半徑，m；S為河道水面比降。

通過對選取的4個(gè)調(diào)查斷面進(jìn)行洪痕確定、斷面測量、斷面還原等分析，最終計(jì)算確定觀音溝加吉村河段洪峰流量為120 m3/s，恰當(dāng)溝加吉村河段洪峰流量為230 m3/s，觀音溝完格爾村河段洪峰流量為310 m3/s，觀音溝怕浪村河段洪峰流量為370 m3/s，通過上下游關(guān)系對比分析，所測洪峰流量符合實(shí)際洪峰量。各斷面洪水調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表2。

3.2 重現(xiàn)期

由于觀音溝流域內(nèi)缺少水文資料，無法采用P-Ⅲ型頻率曲線計(jì)算分析斷面洪峰流量重現(xiàn)期［3］。因此，根據(jù)《甘肅省暴雨洪水調(diào)查》圖集相關(guān)參數(shù)，對集水面積大于100 km2的流域斷面采用瞬時(shí)單位線法和推理公式法推算不同頻率下的洪峰流量；集水面積小于100 km2的流域斷面采用推理公式法和鐵一院法推算不同頻率下的洪峰流量［1-2］。觀音溝流域面積為79 km2，因而采用鐵一院法和推理公式推算不同頻率下的洪水流量，來確定該次洪水重現(xiàn)期，其計(jì)算表達(dá)式為

式中：k1為產(chǎn)流因子，k1=0.278SF，S為設(shè)計(jì)暴雨參數(shù)，F(xiàn)為流域面積；k2為損失因子，k2=RS（r-11），R為損失系數(shù)，r1為損失指數(shù)；x為山坡和主河槽綜合匯流因子，由山坡匯流因子K2和主河槽匯流因子k1而定，x=k1+0.95k2；P為形成洪峰流量時(shí)的匯流面積系數(shù)；P1為形成洪峰流量時(shí)的匯水時(shí)間系數(shù)；n′為隨暴雨衰減指數(shù)而變的指數(shù)；y為流域匯流特征指數(shù)。

推理公式法計(jì)算表達(dá)式為

式中：ap為頻率p的暴雨強(qiáng)度；F為流域面積；α為比例系數(shù)，又稱洪峰流量系數(shù)；0.278為流量與雨強(qiáng)單位統(tǒng)一時(shí)帶來的乘子（1 000/60/60≈0.278）。

通過鐵一院公式和推理公式對觀音溝怕浪村河段的洪水流量進(jìn)行試算，得出該調(diào)查斷面洪峰流量頻率（表3），分析對比實(shí)測洪峰流量值與試算值，最終確定該河段洪水重現(xiàn)期為超100 a。

3.3 洪水總量

根據(jù)《甘肅省暴雨洪水圖集》，用推理公式法推求地表洪水過程，根據(jù)典型洪峰流量過程線百分?jǐn)?shù)分配表，在《甘肅省暴雨洪水圖集》上分布查得流域重心處最大1 h、6 h、24 h點(diǎn)雨量和變差系數(shù)，選取黃河干支流主雨峰為3 h的綜合雨型，確定洪水歷時(shí)，計(jì)算洪峰流量典型過程線坐標(biāo)百分比。通過五點(diǎn)法概化計(jì)算該次洪水過程線，計(jì)算得出觀音溝該次洪水總量為27.65萬m3。

4 結(jié) 論

本文針對夏河縣觀音溝流域2023年9月7日（“20230907”）暴雨洪水展開了調(diào)查，選取了4個(gè)調(diào)查河段，分別為恰當(dāng)溝加吉村河段、觀音溝加吉村河段、觀音溝完格爾村河段、觀音溝怕浪村河段。利用比降面積法對4個(gè)河段洪水進(jìn)行調(diào)查計(jì)算，恰當(dāng)溝加吉村河段調(diào)查最大洪峰流量230 m3/s，觀音溝加吉村河段調(diào)查最大洪峰流量120 m3/s，觀音溝完格爾村河段調(diào)查最大洪峰流量310 m3/s，觀音溝怕浪村河段調(diào)查最大洪峰流量370 m3/s。分析了該場暴雨洪水的特性，確定該次洪水的洪峰流量、洪水總量及洪水重現(xiàn)期。

由于觀音溝流域面積小于100 km2，因此采用鐵一院和推理公式對洪水進(jìn)行重現(xiàn)期演算，同時(shí)利用《夏河縣山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)報(bào)告》對觀音溝重現(xiàn)期進(jìn)行復(fù)核，最終確定“20230907”洪水為超100 a一遇。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯：江 文）

Investigation and analysis of "20230907" torrential rain and flood in Xiahe County，Gannan Prefecture

ZHANG Yan，GOU Bin

（Lintao Hydrometric Station in Gansu Province，Lintao 730500，China）

Abstract： In order to improve the flood defense level of Gannan Tibetan Autonomous Prefecture，a survey was carried out on the rainstorm flood in the Guanyingou Basin of Xiahe County on September 7，2023 （20230907）.The characteristics of the rainstorm flood were analyzed，and the peak flow，total flood volume and flood return period of the flood were determined.Manning formula，Tieyiyuan formula and inference formula were used to analyze the eigenvalues of the flood.The results showed that the flood was caused by local heavy rain in the upper reaches of Guanyingou Basin.Due to the small basin area and large slope，the flood peak with short duration，fast flow rate and large peak volume was formed.The peak flow of this flood was 370 m3/s，and the flood return period was over 100 years.

Key words： torrential rain and flood； flood return period； derived formula； Guanyingou Basin； Gannan Tibetan Autonomous Prefecture

收稿日期：2023-10-11

基金項(xiàng)目：甘肅省水利科學(xué)試驗(yàn)研究及技術(shù)推廣項(xiàng)目（2020046047）

作者簡介：張 燕，女，工程師，主要從事水文測驗(yàn)、分析計(jì)算等方面的工作。E-mail：1391939012@qq.com

通信作者：茍 斌，男，工程師，主要從事水文測驗(yàn)、分析計(jì)算等方面的工作。E-mail：997037565@qq.com