臨洮縣小流域暴雨洪水調(diào)查分析

茍 斌，張 燕

（甘肅省臨洮水文站,甘肅 臨洮 730500）

1 自然概況

臨洮縣位于洮河下游,地處黃土高原與青藏高原的交匯地帶,黃河上游最大的支流洮河穿城而過,隴西盆地西緣,青藏高原東邊,屬黃土丘陵溝壑區(qū)第四副區(qū)。南北狹長,地勢由東南向西北傾斜,海拔在1730 m～3670 m之間,境內(nèi)以黃土地貌為主,洮河谷地二、三級階地地勢平坦、地貌完整[1]。

臨洮縣屬溫帶大陸性氣候,四季分明,夏無酷暑,冬無嚴寒,年平均氣溫7℃,年平均降雨量317 mm～760 mm之間,70%以上的降水集中在7月、8月、9月三個月[1],蒸發(fā)量在1400 mm以上。

2 河流水系

洮河是黃河上游最大的支流,洮河從海巔峽入臨洮,于茅籠峽出境流入劉家峽水庫,縱貫9個鄉(xiāng)鎮(zhèn)115 km,流域面積2649 km2,多年平均流量138 m3/s[1],河道比降2.8‰。谷寬灘多,兩岸為黃土丘陵,植被較差,水土流失較重,水量增加少,而含沙量增加較快,洪水量大,河床不太穩(wěn)定[2]。臨洮縣境內(nèi)的河流均屬于黃河流域洮河水系,主要河流有洮河一級支流冶木河、漫壩河、東峪溝、三岔河、廣通河、大碧河、中鋪溝等。

3 暴雨調(diào)查分析計算

3.1 暴雨成因

2022年6月25 日下午,由于連續(xù)的高溫炎熱天氣,導致臨洮縣上營鄉(xiāng)、中鋪鎮(zhèn)、辛店鎮(zhèn)、新添鎮(zhèn)等地區(qū)上空大氣中的層結處于不穩(wěn)定狀態(tài),空氣中不斷向上攀升的暖空氣與上方的冷空氣相互碰撞,使得暖空氣進入大氣層而形成對流現(xiàn)象,從而形成強烈的對流,進而產(chǎn)生雷暴現(xiàn)象。在極端天氣的影響下,25日13時～22時,臨洮縣普降大到暴雨。由于大碧河、中鋪溝流域面積小,河床坡降大,溝道植被差,匯流時間短,從而形成洪澇災害。此次調(diào)查共收集到106站點的降雨資料,通過對106個站點的代表性和資料可靠性分析,最終采用99個站點的降水數(shù)據(jù),據(jù)此繪制了此次降水量等值線圖。降水量等值線圖見圖1。

圖1 臨洮縣“20220625”暴雨等值線圖

3.2 暴雨強度時空分布

從收集到的站點降水資料來看,此次降水于6月25日13時開始,至26日8時結束,歷時19個小時。降水主要集中在25日13∶00～16∶00之間,3 h最大降水量63.1 mm,累計最大降水量為73.7 mm,出現(xiàn)在上營站。3小時次大降水量55 mm,累計次大降水量為62.4 mm,出現(xiàn)在中鋪溝康家溝站。其余降水集中在25日17∶00～20∶00之間。上營鄉(xiāng)上營村站累計降水量73.7 mm、康家溝站累計降水量62.4 mm、上營站（瓦窯灘村）累計降水量58.6 mm,達到暴雨級別。有21個站點降水在25 mm～50 mm之間,達到大雨級別,有33個站點降水量在10 mm～25 mm之間,為中雨級別。暴雨中心監(jiān)測站點降水量累積曲線見圖2。

圖2 監(jiān)測站點降水量累積曲線

從暴雨等值線圖分析,6月25日降雨主要集中在小溝上游上營鄉(xiāng)上營村附近和中鋪鎮(zhèn)中鋪溝上游康家溝附近,籠罩面積不是太大,且山區(qū)居民住戶稀少。根據(jù)等值線法計算出上營村和康家溝平均暴雨量和點面系數(shù)等特征值。

式中：a1,a2….an為各相鄰等雨量線間的面積,hm2或km2；p1,p2....pn為各相鄰等雨量間的雨深平均值,mm；A為暴雨籠罩面積,hm2或km2；P為流域平均降水量,mm。

通過量算分析,得出上營暴雨中心和康家溝暴雨中心點面系數(shù)。暴雨面～深關系見圖3。

3.3 暴雨稀遇程度分析

通過調(diào)查走訪從村民的描述得知,本次降雨歷時短,來勢快,強度大。由于暴雨中心地處山嶺溝壑的地方,該地區(qū)地表裸露,植被差,因而產(chǎn)流快。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資料進行重現(xiàn)期分析,兩個暴雨中心與東峪溝臨洮雨量站在同一區(qū)域,流域氣候特征相近,周邊環(huán)境和下墊面條件基本相同,也出現(xiàn)過同級別的降雨,且臨洮雨量站有1966年～2021年,56年長系列降水實測資料。因此,暴雨中心各站點24 h暴雨重現(xiàn)期采用臨洮雨量站最大24 h點雨量進行頻率計算,通過頻率計算,繪制P-Ⅲ型曲線,進行適線[3],其24 h平均降水量Pa為50.2 mm,Cv值為0.52,Cs/Cv值為3.5,分析方法是在Cs=3.5 Cv的P-Ⅲ型曲線Kp值表查讀最大24 h點雨量。并結合經(jīng)驗頻率法和現(xiàn)場暴雨調(diào)查走訪,最后確定此次兩個降水中心的重現(xiàn)期都為5年一遇。臨洮雨量站24 h降水量頻率表和歷年24 h最大降水量頻率曲線圖4。

圖4 臨洮雨量站24 h降水量頻率曲線圖

4 洪水調(diào)查分析計算

4.1 調(diào)查河段基本情況

調(diào)查組通過實地調(diào)查,選取了本次受災較重洪水較大的中鋪溝、大碧河2條溝道進行洪水調(diào)查,通過現(xiàn)場實地勘查,選取距離溝道較近、河段較為順直、洪水較為集中的中鋪溝大石頭村河段、大碧河三十墩河段、大碧河黨家墩村河段、小溝田家河河段分別進行洪水調(diào)查。洪水調(diào)查斷面位置見圖5、圖6。

圖5 大碧河洪水調(diào)查斷面位置圖

圖6 中鋪溝洪水調(diào)查斷面位置圖

4.2 洪峰流量計算

調(diào)查組按照《水文調(diào)查規(guī)范》（SL 196-2015）技術要求,暴雨洪水調(diào)查河段洪峰流量采用比降面積法[4],對臨洮縣大碧河三十墩、中鋪溝大石頭村2個河段分別進行洪水調(diào)查,根據(jù)調(diào)查組現(xiàn)場走訪調(diào)查及斷面測量結果,再依據(jù)調(diào)查河段斷面形狀及河床組成等,參照《甘肅省天然河道糙率表》,大碧河三十墩河段和中鋪溝大石頭村河段選取0.035的糙率,計算通過調(diào)查河段的洪峰流量。計算采用曼寧公式：

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。

經(jīng)分析計算大碧河三十墩河段最大洪峰流量為19.8 m3/s,中鋪溝大石頭村河段最大洪峰流量為59.0 m3/s。洪峰流量計算表見表1。

表1 洪峰流量計算表

表2 大碧河三十墩河段洪水過程線計算表

4.3 洪水總量計算

根據(jù)調(diào)查訪問情況,對各調(diào)查斷面洪水過程進行分析統(tǒng)計,大碧河三十墩洪水歷時為3 h,中鋪溝康家溝洪水歷史為2.5 h。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數(shù)分配表,確定洪水歷時、洪峰流量典型過程線坐標百分比。洪水過程線計算表見2和表3。

表3 中鋪溝康家溝河段洪水過程線計算表

根據(jù)暴雨等值線圖,采用等值線法計算洪水調(diào)查河段的暴雨覆蓋面積,根據(jù)洪峰流量與暴雨覆蓋面積之比計算各斷面的洪峰流量模數(shù),根據(jù)洪水過程計算總洪水,徑流深度根據(jù)總洪水與暴雨覆蓋面積之比計算,根據(jù)暴雨等值線,采用面積加權法計算平均暴雨。臨洮縣“20220625”調(diào)查河段暴雨洪水特征值統(tǒng)計見表4。

表4 臨洮縣“20220625”暴雨洪水特征值

4.4 洪水重現(xiàn)期分析

調(diào)查組對大碧河三十墩斷面和中鋪溝大石頭村斷面洪峰流量采用P-Ⅲ曲線進行頻率計算,通過多方驗證,經(jīng)過分析論證并結合實地調(diào)查情況,最終確定各斷面洪水重現(xiàn)期。大碧河三十墩調(diào)查斷面有1987年～2021年35年的長系列定點洪水調(diào)查資料,以及1920年、1938年、1967年、1970年的大洪水實測資料。中鋪溝大石頭村斷面下游800 m為巴下橋定點洪水調(diào)查斷面,兩斷面距離很近,集水面積基本相同,可采用巴下橋定點洪水調(diào)查斷面資料,該斷面有1987年～2021年35年的長系列資料和1967年大洪水實測資料。根據(jù)這些洪水調(diào)查資料進行頻率分析計算,繪制P-Ⅲ頻率曲線,最后確定大碧河三十墩河段推算的洪峰流量重現(xiàn)期為3年一遇,中鋪溝大石頭村河段推算的洪峰流量重現(xiàn)期為5年一遇。

5 結論

5.1 暴雨成果分析

通過對所收集的資料進行降雨等值線繪制,從面上對收集的各站點資料進行分析對比,通過調(diào)查走訪,對出現(xiàn)的奇異值并進行分析研判,去偽存真。調(diào)查組通過現(xiàn)場勘查、走訪、計算,并通過水務、氣象等部門,對所調(diào)查的成果進行分析驗證,一直認為本次調(diào)查成果真實可靠,分析結論符合實際情況。

5.2 洪水成果分析

通過現(xiàn)場查勘,調(diào)查組分析判斷,洪痕代表性比較好；所選定的調(diào)查河段順直,斷面較平整,河床穩(wěn)定,受人類活動的影響比較小,可以使用比降面積法。所確定的洪水水面線和調(diào)查河段河底坡降線基本平行,符合一般河流的變化規(guī)律,經(jīng)分析比降合理。依據(jù)《水文調(diào)查規(guī)范》（SL 196-2015）對洪水痕跡可靠程度的要求,最后確定所指認的洪痕為可靠。調(diào)查人員根據(jù)斷面河床組成、順直、規(guī)整程度,和外界影響因素等,依照《甘肅省天然河道糙率表》對調(diào)查河段分別選取了糙率,利用比降面積法推算流量,最后評定洪峰流量結果計算可靠。通過對每個調(diào)查斷面利用比降面積法計算的洪峰流量從上至下,逢溝插入,面上分析得知,此次洪水調(diào)查成果合理可靠,符合洪水演變規(guī)律。調(diào)查人員通過走訪、勘查、計算,一致認定此次調(diào)查結果從調(diào)查斷面選定、洪痕指認、不同河段糙率選用、洪峰流量量級計算,均通過認真分析,最終確定調(diào)查成果,成果評定為可靠。