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        恩施水文站“20200717”暴雨洪水分析

        2021-07-15 08:15:46黃祖健楊丹陽(yáng)宋發(fā)旺
        陜西水利 2021年6期
        關(guān)鍵詞:洪量場(chǎng)次恩施

        黃祖健,楊丹陽(yáng),宋發(fā)旺

        (湖北省恩施土家族苗族自治州水文水資源勘測(cè)局,湖北 恩施 445000)

        1 概述

        2020年入梅以來(lái),恩施州遭受“暴力梅”襲擊,7月15日8時(shí)~19日8時(shí),恩施市范圍內(nèi)發(fā)生第七輪強(qiáng)降雨過(guò)程,恩施水文站發(fā)生較大洪水過(guò)程,“20200717”洪水造成清江恩施城區(qū)段水位上漲,城區(qū)大面積進(jìn)水,致使恩施城區(qū)“三辦一鎮(zhèn)”的18個(gè)社區(qū)和村受災(zāi),城區(qū)淹沒(méi)面積達(dá)11 km2;強(qiáng)降雨還誘發(fā)了恩施市屯堡鄉(xiāng)馬者村沙子壩大面積滑坡,大量泥土滑入清江,阻塞河道,形成堰塞湖,對(duì)恩施85%的城區(qū)飲水造成巨大影響和威脅,給人民群眾造成大量的財(cái)產(chǎn)損失。為了做好災(zāi)后的水文調(diào)查,論證水文資料的可靠性,彌補(bǔ)基本水文站網(wǎng)定位觀測(cè)不足,分析場(chǎng)次暴雨洪水特性,對(duì)恩施城區(qū)水利規(guī)劃、工程水文計(jì)算、防災(zāi)減災(zāi)工作具有十分重要的意義,為今后恩施市城區(qū)防洪、山洪災(zāi)害預(yù)警提供重要的技術(shù)指標(biāo)。

        2 基本概況

        清江是長(zhǎng)江宜昌到荊江河段間最大支流,發(fā)源于湖北省恩施土家族苗族自治州利川市東北的齊岳山南麓龍洞溝,自西向東流經(jīng)利川、恩施、宣恩、建始、巴東、長(zhǎng)陽(yáng)、宜都等縣市,全長(zhǎng)423 km,總落差1430 m,流域面積17000 km2,于枝城市注入長(zhǎng)江。清江北面與長(zhǎng)江三峽地區(qū)相鄰,西及西南與烏江流域?yàn)榻?,南與澧水流域相接,地勢(shì)北高南低,流域內(nèi)植被良好。其主要支流有帶水河、云龍河、車(chē)壩河、龍洞河、高橋河等,其中帶水河為最大支流,流域面積508 km2。

        恩施水文站是清江上游控制站,設(shè)立于1939年,屬國(guó)家基本水文站,資料精度類(lèi)別為一類(lèi),測(cè)站以上控制流域面積2928 km2,占清江流域總面積的17.5%。大龍?zhí)稑屑~水庫(kù)位于恩施站上游(大龍?zhí)稑屑~水庫(kù)以上控制流域面積2396 km2,占該站流域面積的81.8%。)與恩施站相距11 km,洪水基本同頻。自2006年起,大龍?zhí)稑屑~水庫(kù)正式投入使用,水庫(kù)的蓄水和發(fā)電引起恩施站水位變化頻繁,且對(duì)洪峰形狀有所改變。

        3 暴雨分析

        3.1 暴雨成因

        本次暴雨主要成因是2020年6月8日入梅以來(lái),冷暖空氣在長(zhǎng)江中下游交匯,致使長(zhǎng)江中下游地區(qū)入梅偏早和梅雨鋒偏強(qiáng),梅汛期降雨異常偏多。2020年7月15日~18日因西南渦沿700 hPa切變線東移發(fā)展,導(dǎo)致清江上游發(fā)生短歷時(shí)暴雨過(guò)程。

        3.2 暴雨分析

        本次選取2020年7月15日8時(shí)至19日8時(shí)流域內(nèi)11個(gè)典型站的降水過(guò)程,對(duì)暴雨特性、時(shí)空分布等參數(shù)進(jìn)行分析。計(jì)算典型降水量站自分析日起,逐時(shí)累計(jì)降雨量,得降水量累積過(guò)程,各個(gè)站點(diǎn)降水量累積過(guò)程圖,其中西流水站累計(jì)降水量達(dá)到314.5 mm,流域內(nèi)平均降水量為223.1 mm。繪制典型站點(diǎn)累計(jì)降水量過(guò)程線見(jiàn)圖1。

        圖1 典型站點(diǎn)累積降水量過(guò)程線圖

        (1)計(jì)算場(chǎng)次降水量,統(tǒng)計(jì)典型降水量站最大1 h、3 h、6 h、12 h、24 h降水量及開(kāi)始時(shí)間,見(jiàn)表1。

        表1 暴雨最大時(shí)段雨量統(tǒng)計(jì)表

        (2)統(tǒng)計(jì)發(fā)生暴雨降水量站最大1 h、3 h、6 h、12 h、24 h、72 h的降水量,計(jì)算不同歷時(shí)的最大平均降雨強(qiáng)度(單位為mm/h),填制表2。以最大平均降雨強(qiáng)度為縱坐標(biāo),歷時(shí)為橫坐標(biāo),繪制降雨強(qiáng)度與歷時(shí)關(guān)系曲線見(jiàn)圖2。

        表2 暴雨典型降水量站平均雨強(qiáng)計(jì)算表 單位:mm·h-1

        圖2 降雨強(qiáng)度與歷時(shí)關(guān)系曲線

        3.3 暴雨時(shí)空分布分析

        3.3.1 暴雨中心和移動(dòng)方向

        通過(guò)暴雨分析,本次調(diào)查區(qū)域的暴雨中心位于恩施市恩施站地區(qū)。從時(shí)程分布看,暴雨的走向是從上游汪營(yíng)站地區(qū)向下游團(tuán)堡、馬者站地區(qū)移動(dòng)。

        3.3.2 重現(xiàn)期分析

        (1)樣本選取。選取恩施站上游11個(gè)降水量站,按年最大值選取1 h、3 h、6 h、12 h、24 h的歷時(shí)暴雨系列資料。

        (2)統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算。按數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)各種時(shí)段降雨系列進(jìn)行頻率計(jì)算。利用P-Ⅲ型曲線,矩法算出參數(shù),取Cs=3.5Cv,充分考慮曲線中上部點(diǎn)距,適線確定參數(shù)見(jiàn)表3。

        表3 恩施站暴雨最大時(shí)段重現(xiàn)期分析成果表 單位:mm

        3.3.3 與歷史暴雨對(duì)比分析

        此次暴雨過(guò)程中典型降水量恩施站1 h、3 h、6 h降水量在歷史資料系列中排位分別為32、32、33,重現(xiàn)期均為2年;12 h降雨量排位為15,重現(xiàn)期為5年;24 h降雨量排位為6,重現(xiàn)期為13年。說(shuō)明短歷時(shí)暴雨強(qiáng)度不大,但暴雨時(shí)間長(zhǎng),雨量均衡、總量大。

        4 洪水計(jì)算分析

        4.1 洪峰水位分析

        7月16日~19日,清江流域普降大到大暴雨,局地特大暴雨。受持續(xù)性強(qiáng)降水影響,7月16日始,大龍?zhí)端畮?kù)壩下站、清江恩施站、支流帶水河龍鳳壩站水位暴漲,流量逐漸加大,此過(guò)程中三站的水位流量變化基本一致,但恩施站受兩者疊加,出現(xiàn)了更大水位變幅。7月17日17:40,恩施站出現(xiàn)洪峰水位420.71 m,相應(yīng)流量3800 m3/s,超過(guò)歷史最高水位0.07 m(1989年7月11日,最高水位420.64 m),最大漲率0.044 m/min、最大水位變幅11.37 m,漲水歷時(shí)38.4 h。

        4.2 洪峰流量分析

        恩施站“20200717”洪水洪峰過(guò)后,立即組織人員在基本水尺斷面上下游約2 km范圍內(nèi)標(biāo)記洪痕,本次洪痕位置是在“20200717”洪水洪峰過(guò)后立即標(biāo)記的,峰后留下洪痕位置非常明顯,且當(dāng)時(shí)在河道兩岸標(biāo)記洪痕位置清晰,本次洪痕調(diào)查成果可靠。通過(guò)對(duì)該處河段選取四個(gè)斷面進(jìn)行了洪水調(diào)查,本次洪峰流量分析依據(jù)恩施站基本水尺斷面洪峰水位和上下游洪痕高程,采用水面曲線法進(jìn)行分析計(jì)算。

        通過(guò)伯努利方程試算恩施站洪峰流量為3900 m3/s,洪水調(diào)查各個(gè)斷面洪峰水位與洪水調(diào)查測(cè)量洪痕高程兩者之間差值在合理范圍內(nèi)。恩施站“20200717”洪水的實(shí)測(cè)最高水位420.71 m,相應(yīng)洪峰流量為3800 m3/s,演算出的洪峰流量3900 m3/s和該站水位流量關(guān)系線查線流量3800 m3/s兩者之間相差2.6%,綜合考慮確定恩施站“2020717”洪水的洪峰流量為3800 m3/s。

        4.3 洪量分析

        4.3.1 實(shí)測(cè)流量計(jì)算場(chǎng)次洪水總量

        徑流系數(shù)采用恩施站以上流域內(nèi)11個(gè)降水量站的平均徑流深與平均降水量的比值計(jì)算,徑流量通過(guò)實(shí)測(cè)流量計(jì)算,得出本次洪水過(guò)程場(chǎng)次徑流量為5.32億m3。

        4.3.2 水量平衡方程計(jì)算恩施站場(chǎng)次洪水總量

        大龍?zhí)端畮?kù)樞紐和帶水河龍鳳壩水文站都是位于恩施水文站上游,且中間無(wú)支流加入,故采用大龍?zhí)端畮?kù)樞紐出庫(kù)水量與龍鳳壩水文站場(chǎng)次水量通過(guò)水量平衡方程計(jì)算恩施站“20200717”洪水場(chǎng)次徑流量。通過(guò)大龍?zhí)端畮?kù)樞紐時(shí)段的出庫(kù)流量計(jì)算出大龍?zhí)端畮?kù)樞紐場(chǎng)次徑流量為4.62億m3,帶水河龍鳳壩水文站場(chǎng)次徑流量為0.77億m3,則推算出恩施水文站此次洪水徑流量為5.44億m3。

        4.3.3 分析結(jié)論

        通過(guò)該站實(shí)測(cè)流量計(jì)算出本次洪水過(guò)程場(chǎng)次徑流量為5.32億m3,通過(guò)水量平衡方程計(jì)算該站場(chǎng)次徑流量為5.44億m3,兩者誤差為2.3%,所以該站“20200717”洪水過(guò)程場(chǎng)次徑流量為5.32億m3。

        4.4 洪水重現(xiàn)期分析

        統(tǒng)計(jì)該站最近13年場(chǎng)次洪水過(guò)程最大3天洪量資料,為增加資料系列的代表性,補(bǔ)充1969、1989兩年大洪水資料,按場(chǎng)次洪水最大3天洪量不連續(xù)樣本系列進(jìn)行頻率計(jì)算。采用P-Ⅲ型曲線適線,計(jì)算出恩施水文站最大3天各設(shè)計(jì)頻率洪量,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

        表4 恩施站最大3天設(shè)計(jì)洪量成果表

        恩施站“20200717”洪水過(guò)程中最大3天洪量為4.67億m3,根據(jù)恩施站最大3天設(shè)計(jì)洪量成果表中查算可知,該站本次洪水過(guò)程最大3天洪量重現(xiàn)期為近50 a一遇。

        5 結(jié)論

        (1)本次短歷時(shí)暴雨強(qiáng)度不大,但暴雨時(shí)間長(zhǎng),雨量均衡、總量大。

        (2)本次洪水過(guò)程總歷時(shí)近4 d,場(chǎng)次洪水徑流量為5.32億m3。

        (3)恩施站“20200717”洪水實(shí)測(cè)最高水位420.71 m,相應(yīng)洪峰流量3800 m3/s,其中最大3天洪量為4.67億m3,重現(xiàn)期為近50 a一遇。

        通過(guò)本次分析成果可為今后恩施市城區(qū)的河流規(guī)劃、城市建設(shè)、防洪決策提供極其寶貴可靠的水文資料,并為今后恩施市城區(qū)防洪預(yù)案編制提供重要的技術(shù)參考指標(biāo)。

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