金 鍇,李 暢,劉 遠,袁延泰

(1.湖北省恩施土家族苗族自治州水文水資源勘測局,湖北 恩施 445000,2.湖北省潛江市水文水資源勘測局,湖北 潛江 433100 )

1 工程概況

暴雨洪水對地區(qū)經(jīng)濟和居民生產(chǎn)生活都具有破壞性的影響[1-3]。通過對某一區(qū)域進行暴雨特點、暴雨成因、洪水特點以及洪水成因分析,能夠為未來暴雨洪水分析與預報等積累經(jīng)驗,為工程建設(shè)、水文計算分析提供參考依據(jù)。因此,參考降水和洪水觀測資料分析暴雨洪水具有重要意義[4-9]。廣潤河為清江一級支流馬水河的西支,發(fā)源于重慶奉節(jié)縣的四十二壩,海拔 1 740 m,向東北流經(jīng)西溧瀑布。流域內(nèi)山巒疊嶂,河谷深切,落差集中,綜觀流域地勢呈西北高、東南低,最高峰為西北部的貓兒梁,高程為 2 123 m,地勢從西北逐漸向建始盆地傾斜,山體間遍布V型和箱型深切峽谷。河流由北西向南東,蜿延穿流于中低山之間, 是恩施州典型暴雨中心之一。本文以該區(qū)域的建始水文站(建始城關(guān)水文站)為例,從降水過程及分布、暴雨重現(xiàn)期、洪水特征等多個方面分析了暴雨洪水成因和過程,得到了暴雨重現(xiàn)期和洪水重現(xiàn)期,為當?shù)乇┯觐A測提供參考。建始水文站以上流域水系和水文站網(wǎng)情況詳見圖1。

2 降水過程及分布

2020年7月26日2時-14時,建始水文站以上流域普降特大暴雨,流域平均降水量達210.8 mm,暴雨中心位于代陳溝一帶。單站降水量為 192.5(檀木埡)～291.5 mm(代陳溝)。最大1 h降水量為82.5 mm,發(fā)生在建始城關(guān)站;最大 3 h、6 h、12 h降水量分別為 179.0 mm,265.0 mm、 291.5 mm, 均發(fā)生在代陳溝站。建始水文站以上流域土壤含水量在7月25日8時處于接近飽和狀態(tài),后續(xù)強降水,導致建始水文站出現(xiàn)峰高量大的洪水。2020年7月26日2時-14時,建始水文站以上流域降水量統(tǒng)計結(jié)果見表1,降水時程分布情況見建始水文站“20200726”洪水流域平均逐時降水量柱狀圖見圖2。

圖1 建始水文站以上流域水系和水文站網(wǎng)

表1 建始水文站以上流域2020年7月26日2時-14時降水量統(tǒng)計表

3 暴雨重現(xiàn)期分析

建始水文站“20200726”暴雨特征為歷時短、總量大、強度大。本次選用建始水文站以上流域內(nèi)具有 30 a以上資料系列代表站(建始、檀木埡、當陽壩),將實測最大 1 h、3 h、6 h、12 h降水量資料(截止2020年) 組成連續(xù)樣本系列,采用 PⅢ型曲線適線(Cs=3.5Cv),計算出各代表站各設(shè)計頻率降水量。成果見表 2和表3。

圖2 降水時程分布情況圖

表2 建始水文站以上流域2020年7月26日2時-14時各種短歷時暴雨重現(xiàn)期成果

表3 建始水文站以上流域2020年7月26日2時-14時各種短歷時暴雨重現(xiàn)期成果

4 洪水特征分析

2020年7月26日6時31分建始水文站水位突破警戒水位后快速上升,在26日11時20分達到峰值,最高水位560.70 m(超警戒3.70 m),洪峰流量1 050 m3/s(還原后為1 140 m3/s)。本次洪水洪峰流量為1966 年有水文實測資料以來第一位。

表4 建始水文站“20200726”洪水過程對照表

5 “20200726”洪水成因

建始水文站洪水由閘木水水庫下泄流量、支流米水河及區(qū)間流量組成。建始水文站“20200726”洪水過程與流域內(nèi)降水過程基本一致,說明建始水文站“20200726”洪水主要由降雨引起。閘木水水庫為無閘門水庫,從 7月26日10時-11時庫水位及蓄水量變化情況看,水庫存在滯洪現(xiàn)象。詳見表4、表5及建始水文站“20200726”洪水過程對照圖。

表5 建始水文站“20200726”洪水過程對照表

圖3 水文站“20200726”洪水過程對照圖

6 設(shè)計洪水計算

6.1 基本資料

建始水文站位于廣潤河上的建始縣城關(guān),于1958年7月由湖北省水利廳設(shè)立,8月1日開始測驗,控制流域面積233 km2,該站自1960年后的水文觀測資料較為完整,1966年1月1日建始水文站上遷4 km,改名為建始(二) 站,繼續(xù)觀測2013年,流域面積 157 km2。因城市建設(shè)需要,該站上遷至現(xiàn)址, 更名為建始城關(guān)水文站,流域面積151 km2,于2014年觀測至今。該站水位采用黃海高程系。施測流量時,中低水位采用流速儀測速,高水位時采用電波流速儀、浮標測速,浮標系數(shù)0.85左右,符合山丘區(qū)流域選用值范圍。流量計算按流速面積法計算。測驗項目有雨量、水位、流量等, 由湖北省水文水資源局審查、匯編、刊印、歸檔,觀測方法符合規(guī)范要求, 觀測資料可靠。該站流域內(nèi)設(shè)有當陽壩、檀木埡、代陳溝、閘木水水庫、建始等雨量站。

6.2 系列代表性分析

在采用資料的55 a系列中,含有特大水年、大水年、小水年及特枯水年。經(jīng)分析并與降水量資料對照檢查,確認樣本具有較好的代表性,滿足本次計算要求。閘水水庫于2014年下閘蓄水,此次未考慮其對系列一致性影響。

6.3 設(shè)計洪水計算

依據(jù)建始水文站的實測系列徑流資料推求設(shè)計洪水。

6.3.1 歷史洪水及其重現(xiàn)期

根據(jù)《清江歷史洪水匯編資料》,建始(二)站附近河段的歷史洪水有1912年、1950年,調(diào)查洪水位及推算流量見表6。

表6 建始(二)站河段歷史洪水調(diào)查成果

根據(jù)馬水河老渡口站(流域面積1 880 km2)洪水調(diào)查成果,經(jīng)綜合分析認為建始(二)站1912年洪水流量小于1950年的調(diào)查流量。鑒于1912年未調(diào)查到洪痕,可以判定建始城關(guān)站2020年洪峰流量為1913年以來最大值,其考證期認定為108 a。

6.3.2 設(shè)計洪水

本次將建始(二)站 1966-2014年的實測年最大流量及1950年調(diào)查最大流量采用面積比推算至建始城關(guān)站,與建始城關(guān)站2015-2020年實測資料組成一個不連續(xù)系列,并將實測流量系列中的第一位(2020年還原計算后的流量1 140 m2/s)、第二位(1972年實測1 000 m3/s,換算后962 m3/s)以及1950年調(diào)查最大流量(調(diào)查值1 070 m3/s,換算后1 030 m3/s)按特大值處理。以矩法計算統(tǒng)計參數(shù)x 、Cv、Cs 為初始值,理論頻率曲線采用 P-Ⅲ型曲線,經(jīng)目估適線確定采用參數(shù)。經(jīng)驗頻率的估算;連序列中各項的經(jīng)驗頻率,采用數(shù)學期望公式計算:

Pm=m/n+1

(1)

式中:Pm為連序列第m項的經(jīng)驗頻率;m為由大到小排位的順序;n為序列中的年數(shù)不連續(xù)系列中各項經(jīng)驗頻率計算,是將實測系列與特大值系列共同組成一個不連序系列作為代表總體樣本,實測系列為其中的組成部分,不連序系列各項可在調(diào)查期 N 年內(nèi)統(tǒng)一排位,公式為:

Pm=a/(N+1)+(1-a/(N+1))×(m-L)/(n-L+1)

(2)

式中:a為在N 年中連續(xù)順位的特大洪水項數(shù);N為調(diào)查考證期;n為實測洪水系列項數(shù);L為實測洪水系列中抽出作特大值處理項數(shù);m為實測洪水的序位;Pm為實測系列第m項的經(jīng)驗頻率。設(shè)計結(jié)果見表7,建始城關(guān)水文站歷年最大流量頻率曲線見圖4。根據(jù)上述計算成果,查算建始水文站“20200726”洪水最大洪峰流量1 140 m3/s(還原后的流量),對應(yīng)的重現(xiàn)期為 104 a一遇。

表7 建始城關(guān)站設(shè)計洪峰流量成果表

圖4 建始城關(guān)水文站歷年最大流量頻率曲線

7 結(jié)語

7.1 暴雨重現(xiàn)期

建始水文站“20200726”暴雨特征為歷時短、總量大、強度大。暴雨中心位于代陳溝一帶。最大 1 h降水量為82.5 mm,發(fā)生在建始城關(guān)站,重現(xiàn)期為47 a一遇;最大 3 h、6 h、12 h降水量分別為 179.0 mm,265.0 mm、291.5 mm,均發(fā)生在代陳溝站,重現(xiàn)期均為超百年一遇。

7.2 洪水重現(xiàn)期

建始水文站“20200726”洪水最高水位560.70 m(超警戒3.70m),洪峰流量1 140 m3/s(還原后的流量)。本次洪水洪峰流量為1966年有水文實測資料以來第一位。本次洪水由短時強降水引起,建始水文站最大洪峰流量重現(xiàn)期為超百年一遇。建始水文站“20200726”洪水等級為特大洪水。