高 娜，范麗華

（1.寶雞水文水資源勘測(cè)中心,陜西 寶雞 721000；2.榆林水文水資源勘測(cè)中心,陜西 榆林 719000）

0 前言

嘉陵江源于陜西省寶雞市鳳縣,是長(zhǎng)江流域上游的一條重要支流,陜西境內(nèi)流經(jīng)鳳縣東河橋,黃牛鋪鎮(zhèn)、鳳州鎮(zhèn),于鳳縣雙石鋪西南8 km處入甘肅兩當(dāng)、徽縣,又從漢中市略陽(yáng)縣白水鎮(zhèn)復(fù)入陜境,繼而蜿蜒南流,經(jīng)橫現(xiàn)河、洛陽(yáng)城西、寧強(qiáng)縣流入四川廣元,于重慶朝陽(yáng)門(mén)注入長(zhǎng)江。干流全長(zhǎng)1120 km,流域面積16萬(wàn)km2,平均比降2.5‰。其中寶雞市干流長(zhǎng)102 km,流域面積2472.4 km2。

嘉陵江徑流年內(nèi)分布不均,因此洪水災(zāi)害時(shí)有發(fā)生,暴雨是嘉陵江洪水形成的主要因素。

根據(jù)暴雨區(qū)位置分布不同,該流域主要有三種洪水類(lèi)型。一是全流域發(fā)生較大強(qiáng)降雨所形成的峰量和洪量都較大的洪水；二是上游強(qiáng)降雨造成的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),洪水峰量一般,但洪水總量大的洪水；三是中游強(qiáng)降雨形成的持續(xù)時(shí)間短,洪峰大,局部性強(qiáng)的洪水。根據(jù)多年資料表明,上游秦嶺一帶多出現(xiàn)短歷時(shí)暴雨,強(qiáng)度大,易造成洪水災(zāi)害[1]。

嘉陵江洪水主要集中在汛期（5月～10月）,一般洪水主要發(fā)生在5月～10月,特大洪水主要發(fā)生在7月～9月。洪水特性歷時(shí)短、洪峰高,歷時(shí)一般2天～3天,由秋季連陰雨形成的洪水,峰型矮胖,歷時(shí)較長(zhǎng)。鳳州水文站為嘉陵江上游重要控制站,通過(guò)對(duì)該站實(shí)測(cè)洪水資料系列進(jìn)行三性審查分析,并進(jìn)行頻率計(jì)算,得出不同頻率下的洪峰流量[2]。

1 鳳州水文站基本情況

鳳州水文站于1984年建站,地處陜西省鳳縣龍口鎮(zhèn),位于東經(jīng)106°38',北緯33°58',測(cè)站控制流域面積688 km2。該站為嘉陵江上游中等面積區(qū)域代表站,其上游主要支流有場(chǎng)房溝、黃牛溝、三岔河、紅花溝。流域內(nèi)設(shè)立有黃牛鋪、紅花鋪、河口、小五嶺、唐藏、鳳縣、南星等雨量站。測(cè)驗(yàn)河段為沙礫石河床,河段順直,下游2 km處有安河匯入,測(cè)站控制良好,洪水主要來(lái)源于嘉陵江上游及區(qū)間,水位流量關(guān)系呈繩套型,一般沙峰遲于水峰。測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目有水位、流量、泥沙、降水量、蒸發(fā)量。水系站網(wǎng)分布見(jiàn)圖1。

圖1 嘉陵江鳳州水文站站網(wǎng)分布圖

2 歷史洪水調(diào)查

根據(jù)鳳縣志記載,鳳縣自1900年以來(lái)共發(fā)生過(guò)3次特大洪水,分別為1933年、1981年、1990年[3]。對(duì)于1981年洪水,根據(jù)鳳縣水利志,鳳州水文站資料及陜西省洪水調(diào)查成果,綜合分析確定洪峰流量為1640 m3/s,重現(xiàn)期為500年一遇[1]。

3 水文資料 “三性”分析

3.1 可靠性分析

鳳州水文站屬國(guó)家基本水文站,測(cè)驗(yàn)河段比較順直,矩形河槽,高水控制良好,洪水時(shí)斷面沖淤變化大,上下游附近無(wú)支流匯入。本次洪水分析所用水文樣本資料為該站1984年～2022年水文年鑒整編資料成果,該成果經(jīng)過(guò)整編刊印,水文資料準(zhǔn)確連續(xù),滿足分析可靠性要求。

3.2 一致性分析

通過(guò)調(diào)查,嘉陵江風(fēng)州水文站自建站以來(lái),上下游流域無(wú)修建水庫(kù)、河道整治、灌溉引水等大中小型水利工程和水土保持措施,人類(lèi)活動(dòng)影響較小,樣本資料系列的一致性較好,因此,對(duì)洪水資料無(wú)需進(jìn)行修正和還原計(jì)算。

繪制鳳州水文站年最大洪峰流量累積曲線,見(jiàn)圖2。由圖2可看出,該站年最大洪峰流量隨時(shí)間變化沒(méi)有明顯的增加或減少趨勢(shì),累計(jì)曲線點(diǎn)群分布規(guī)律,斜率基本一致,因此整個(gè)年最大洪峰流量系列具有較好的一致性。

3.3 代表性分析

3.3.1 系列豐、平、枯變化分析

對(duì)鳳州水文站年最大洪峰流量系列利用洪峰流量過(guò)程線及洪峰流量模比系數(shù)差積曲線進(jìn)行豐枯變化分析。

（1）洪峰流量過(guò)程線分析

繪制歷年最大洪峰流量歷時(shí)曲線,見(jiàn)圖3。由圖3可以看出,在39年實(shí)測(cè)洪水資料中,包含了大、中、小各種洪水,其中較大洪水主要發(fā)生在1990年和2020年,洪峰流量分別為972 m3/s和558 m3/s,一般性洪水有1993年、2000年、2003年、2022年,枯水年有1994年、1995年、2002年。洪水分析所用資料系列中大洪水、一般洪水、小洪水相間出現(xiàn),資料系列連續(xù),代表性好,能滿足洪水頻率計(jì)算要求[2]。

圖3 鳳州水文站年最大洪峰流量圖

（2）差積曲線分析

點(diǎn)繪歷年最大洪峰流量差積曲線,見(jiàn)圖4。由圖4可以看出,洪峰流量差積曲線從1984年～2022年大致可以分為3個(gè)階段,即1984年～1990年間,差積曲線為上升期,表示該期間洪峰流量偏離均值向上,也就是豐水段；1993年～2002年,差積曲線為下降,表示該期間洪峰流量偏離均值向下,也就是枯水段；2003年～2022年,差積曲線為上下交錯(cuò)期,表示該時(shí)期洪峰流量豐、平、枯交替出現(xiàn)。

圖4 鳳州水文站年最大洪峰流量差積曲線

通過(guò)上述分析,嘉陵江鳳州水文站39年實(shí)測(cè)洪水資料系列中包含了豐、平、枯且交錯(cuò)出現(xiàn),總體樣本能較好地反映出嘉陵江上游段的洪峰流量的總體分布規(guī)律,資料系列代表性良好,滿足洪水分析計(jì)算要求。

3.3.2 統(tǒng)計(jì)參數(shù)穩(wěn)定性分析

（1）累積均值分析

對(duì)鳳州水文站洪峰流量分別進(jìn)行順時(shí)序、逆時(shí)序累積均值計(jì)算,并點(diǎn)繪洪峰流量累積均值隨年份的變化曲線,見(jiàn)圖5。從圖5中可以看出,隨著年份的增加,洪峰流量順時(shí)序、逆時(shí)序累積均值均逐漸趨于穩(wěn)定,并不斷向均值靠近。

圖5 鳳州水文站年最大洪峰流量累積均值與歷時(shí)關(guān)系圖

（2）累積CV值分析

對(duì)鳳州水文站洪峰資料系列進(jìn)行順、逆時(shí)序CV值累積計(jì)算,點(diǎn)繪CV值隨年份變化的過(guò)程線圖,見(jiàn)圖6。由圖6可以看出,無(wú)論是正時(shí)序還是逆時(shí)序,累積CV值隨著資料系列的增加均趨于穩(wěn)定。

圖6 鳳州水文站年最大洪峰流量累積CV 值與歷時(shí)關(guān)系圖

經(jīng)綜合分析得出,隨著洪水系列的增加,系列順、逆時(shí)序洪峰流量累積均值和變差系數(shù)CV值均趨于穩(wěn)定,因此,作為洪水頻率分析計(jì)算所選取的資料系列代表性良好。

4 鳳州水文站不同頻率洪峰流量計(jì)算

將鳳州水文站1984年～2022年共39年實(shí)測(cè)洪水和歷史洪水（1981年）組成的不連序洪水系列,選擇獨(dú)立樣本法進(jìn)行頻率計(jì)算,在計(jì)算時(shí)將1981年調(diào)查洪水作為特大值進(jìn)行處理,重現(xiàn)期500年一遇,用矩法初估統(tǒng)計(jì)參數(shù)值,采用皮爾遜Ⅲ曲線適線調(diào)整初估參數(shù),統(tǒng)計(jì)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1,頻率曲線見(jiàn)圖7。

圖7 鳳州水文站洪峰流量頻率曲線圖

對(duì)于實(shí)測(cè)系列構(gòu)成的樣本,n個(gè)觀測(cè)值是連序的,故經(jīng)驗(yàn)頻率為：

對(duì)于調(diào)查考證期N年內(nèi)的特大值系列,特大洪水經(jīng)驗(yàn)頻率為：

表1 鳳州水文站設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果表 單位：m3/s

5 結(jié)語(yǔ)

鳳州站作為嘉陵江寶雞段唯一控制站,收集嘉陵江各項(xiàng)水文特征,為防汛抗旱部門(mén)及下游地區(qū)提供實(shí)時(shí)水文情報(bào)預(yù)報(bào),為防災(zāi)減災(zāi)提供了依據(jù)。自1984年建站以來(lái),鳳州水文站實(shí)測(cè)洪水資料系列連續(xù),真實(shí)可靠,系列一致性、代表性較好,洪水系列不僅包含了豐、平、枯變化且隨著年際增加均值、CV值均趨于穩(wěn)定,洪峰流量總體樣本能夠反映出嘉陵江上游段洪峰的總體分布規(guī)律。

經(jīng)過(guò)上述分析計(jì)算,確定鳳州水文站100年一遇洪水（P=1%）,Q洪峰=1160 m3/s；50年一遇洪水（P=2%）,Q洪峰=980 m3/s；30年一遇洪水（P=3.33%）,Q洪峰=860 m3/s；20年一遇洪水（P=5%）,Q洪峰=750 m3/s；10年一遇洪水（P=10%）,Q洪峰= 580 m3/s,5年一遇洪水（P=20%）,Q洪峰=410 m3/s。