分期雨型在浦阳江防洪规划中的运用

张建平，张真奇，陈志刚，李少卿， 张杨波

(浙江省水利水电勘测设计院，浙江杭州310002)

0 引 言

对汛期洪水进行划分，分析汛期分期设计洪水，为水库汛期汛限水位动态控制、优化防洪调度提供技术支撑是当前很多大型水利水电枢纽面临的重要课题和任务。太湖流域就解决防洪排涝问题及挖掘水资源利用潜力，提出了分期制定太湖流域调度规则[1]。王善序[2]针对现行分期设计洪水方法指出：现时的分期设计洪水计算技术仍存在严重错误，通过它来提高水库兴利效益，是在冒降低水库防洪标准的风险。

浦阳江洪灾的外因归结起来有：下游边界、流域内前期降雨量和本场暴雨3项。浦阳江下游边界既受钱塘江洪水的影响，又受钱塘江潮汐的顶托[3]；前期降雨量与潮汐也有一定关系。特别是梅雨增潮的现象比较明显。从降雨成因看，浦阳江受梅雨、台风交替影响，具有不同的影响范围和洪灾特征。充分认识浦阳江分期洪水不同特征，按梅雨雨型、台风雨型分别进行流域洪水设计，以使防洪规划布局更有针对性和合理性。分期设计洪水应满足两个条件[4]：一要符合防洪设计标准；二能反映洪水的季节性变化规律。分期雨型选择同样不能降低防洪标准。

1 流域情况

浦阳江是浙江省防汛重点河流之一。流域面积3 452 km2，干流河长约150 km，主要流经浦江县、诸暨市、萧山区三个县(市、区)，于义桥一带注入钱塘江。浦阳江流域的地形主要为低山丘陵及河谷平原，地势东、西、南三面高，中、北部低；流域形态颇似扇形，山区比重约占70%。浦阳江安华以上以及各支流穿行于山区丘陵地带，坡陡流急，洪水暴涨暴落；而干流安华以下河道平均坡降仅0.1‰，河道狭窄曲折；至诸暨城关附近则地势平坦低洼，水流变缓，容易积涝成灾。浦阳江诸暨—湄池一带为该流域防洪的薄弱环节。

诸暨站为浦阳江流域中游的主要控制站，收集发现，其60来年实测洪水及历史洪水调查成果中的流量观测资料受人为活动等因素干扰、一致性较差且难以还原；因此，浦阳江流域洪水由降雨间接推求。

2 汛期分期方法

汛期分期的划分应有较明显的洪水成因变化规律，各个分期洪水量级应有明显差别，以划分2～3个分期为宜[5]。汛期的划分研究经历了从定性到定量、由单指标到多指标逐步深入的过程[6]。本文从浦阳江的降雨成因入手，对其汛期进行合理的划分。

浦阳江流域降水量的时空分布不均，年际、年内变化显著。台风暴雨及梅雨为该流域大洪水的主要因素。通常每年3月至9月连续7个月的降水量占全年降水量的70%～80%。4月中旬至7月中旬，春夏季风的暖气流与南下的冷空气相遇，造成本地持续时间较长锋面雨，阴雨连绵，降水集中，俗称梅雨。夏秋季本地常受副高压脊控制，降水主要为台风暴雨和局部雷阵雨。台风暴雨不仅降水量大，而且比较集中，强度较大。受台风和热带风暴影响的时间大多集中在7月下旬至10月中旬，称为台风期。

从成因分析看，浦阳江受梅雨、台风交替影响。根据诸暨水文站观测资料的统计，自1950年以来的历年最高水位中约有70%发生在梅汛期、22%发生在台汛期。浦阳江梅雨、台风雨高值区的分布范围图略。

表1 流域设计暴雨成果

注： 24 h设计暴雨，按照1.2倍1 d暴雨适线成果计入。

梅雨型暴雨持续时间长(3～18 d)、笼罩面广，暴雨高值区主要分布在流域的中上游区；容易形成干支流洪峰叠加效应，再加上容易与下游高水位相遭遇，易造成流域性灾害。

台风型暴雨降雨时间跨度一般为1～3 d，24 h暴雨量较大，集中程度高；暴雨高值区主要分布在流域的中游两翼山区或下游区。

3 分期设计暴雨计算

浦阳江流域面雨量计算采用面积加权平均法，选用雨量站为通济桥、安华、下宅溪、黄宅、礼张、杨佳山、诸暨、陈蔡等24站，取样时段为年最大1 d、3 d、7 d暴雨，暴雨系列为1956年～2014年共59 a(见图1)。

图1 浦阳江流域年最大1 d、3 d、7 d暴雨折线

浦阳江流域既有1 d、3 d暴雨均较大的台风型雨型如1962- 605型、1990-901型；也有1 d暴雨不突出、3 d、7 d暴雨较大的梅雨型雨型如1994- 616型、1997-709型、2011- 616型。在年最大1 d暴雨取样中，台汛期、梅汛期的占比相近；随着统计时段的增长，发生在台汛期的占比逐渐下降、梅汛期及非汛期的占比逐渐增加。

将浦阳江暴雨按年最大、梅汛期、台汛期最大分别取样，特征时段为1 d、3 d。流域暴雨频率分析采用P-Ⅲ型理论曲线拟合适线，求得流域分期设计暴雨成果见表1。年最大取样设计暴雨的均值最大，台汛期暴雨适线与年最大取样有着同样的特征：随着统计时段的增长，累积降雨量离散度减小，Cv值越来越小。梅雨的最大特点是持续时间长，短历时雨强并不是很大，反映在频率适线中：随着统计时段的增长，累积降雨量离散度越来越大，Cv值越来越大。相较而言，台汛期的离散程度更大于年最大，其Cv值在三种取样中是最大的。

因流域年最大取样的设计暴雨外包了台风、梅雨等所有的特征，其24 h设计暴雨占3 d设计暴雨的比例为77%～87%，尤其跟梅雨的特征很不符。因此，有必要将浦阳江洪水按成因分梅汛期、台风雨分别进行设计。

表2 各场典型雨型分区暴雨统计成果

注：表中重现期按照年最大取样适线成果拟定。

4 分期设计暴雨修正

因为分期洪水设计洪水标准通常低于年最大设计洪水标准。为此，还需对分期洪水进行适当修正，使其既能反映洪水的季节性变化规律，又能达到防洪标准。

根据暴雨分布特性及防洪工程布置，浦阳江流域暴雨分6个区，Ⅰ区～Ⅵ区面积分别为：882、536、296、770、316 km2和652 km2。诸暨城关以上集雨面积1 719 km2，主要包括了Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区；湄池以上集水面积为2 800 km2，包括了Ⅰ区～Ⅴ区的所有范围。浦阳江流域水库较多，Ⅰ区建有安华水库，Ⅲ区建有石壁、陈蔡水库，Ⅳ区建有青山、五泄水库，Ⅴ区建有永宁水库。本次分析了成灾的4场梅雨、4场台风，统计时段为6 h、24 h、3 d 暴雨，各场洪水分区后暴雨统计见表2。

梅雨型暴雨主要关注3 d暴雨。综合4场梅雨，3 d暴雨高值区主要分布在Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅳ区，Ⅵ区最小，24 h雨量约占3 d雨量的66%。但是，1977- 616型24 h暴雨约占3 d暴雨的79%，短历时降雨强度较大，24 h暴雨地区分布具有台风雨的特征。

台风型暴雨主要关注24 h暴雨。综合4场台风雨，24 h雨量约占3 d雨量的82%，24 h暴雨低值区为Ⅰ区，高值区主要分布在Ⅲ区、Ⅵ区或者Ⅴ区、Ⅵ区或者Ⅲ区、Ⅴ区，比较离散，随暴雨中心变化而变化。

无论梅雨、台风暴雨，3 d雨量均可能发生20年一遇以上的大暴雨。梅雨雨型中，24 h暴雨的重现期一般小于等于3 d暴雨的重现期；实测资料中，24 h的梅雨暴雨的重现期不超过10年一遇。台风雨型中，10年一遇以下的暴雨，有可能出现24 h暴雨重现期大于等于3 d暴雨重现期的现象。因此，在分期设计暴雨修正中(见表3)，3 d设计暴雨按年最大控制；梅雨型24 h一般按3 d设计暴雨的66%控制，台风雨型24 h设计暴雨考虑到自身适线Cv值已经留有一定余地按台风期适线成果控制、10年一遇以下适当修正。

对照表3与表1的相应分期设计暴雨成果，修正后的24 h设计暴雨均能外包相应分期的成果，而10年一遇以下的设计暴雨更符合各分期的实际情况。

5 分期设计雨型

浦阳江洪灾主要位于诸暨—湄池一带，考虑到上游水库的拦洪效果，诸暨断面的洪水主要由Ⅰ区、Ⅱ区形成。浦阳江设计雨型分梅雨型、台风型分别设计。雨型的选择同样需体现“平均偏不利”的概念。

图2为各场梅雨的空间分布(3 d)：4场雨中，Ⅱ区、Ⅳ区的雨量都在均值以上，Ⅵ区的雨量都在均值以下，Ⅰ区、Ⅴ区的雨量在均值以上、以下的概率相当，Ⅲ区雨量在均值以下的概率较大。

图2 四场梅雨空间分布柱状(分区雨量/面雨量，3 d)

显然，1997-709型、2011- 616型的空间分布对浦阳江诸暨～湄池一带均较为不利。但是1997-709型存在雨峰不够突出的不足、2011- 616型存在下游雨峰先出现24～36 h不与上游洪峰遭遇的有利组合。因此，浦阳江的设计雨型难以在水文层面解决，还需借助水利计算验算至控制断面来综合决定。

根据表3中分期设计面暴雨，梅雨雨型选取1997-709型、2011- 616型两个典型，按照典型的空间分布特征和时程分布，采用24 h、3 d同频率控制放大或缩小为流域设计雨型。

类似地，台风雨型也存在难以在水文层面选出典型雨型的问题。

6 结 论

将分期洪水理论应用于流域防洪规划的难点在于对分期洪水的修正，反映在浦阳江流域中即为分期设计暴雨的修正，需要充分把握流域的洪灾特征，更离不开对年最大取样成果的分析。浦阳江梅雨型洪水、台风型洪水具有不同的降雨特征、不同的洪灾特征、不同的防御重点，应用分期雨型来分别设防更有针对性和科学性。雨型选取需考虑流域防洪的重点和难点，选择相应控制断面，分析不同典型雨型的洪峰、洪量成果，浦阳江流域的防洪控制断面可选择诸暨、湄池断面。当难以选取一场典型降雨来代表全流域时，应多选几场雨型并借助水利计算来综合选定。

参考文献：

[1] 吴浩云, 管惟庆. 1991年太湖流域洪水[M]. 北京： 中国水利水电出版社, 1999．

[2] 王善序. T年一遇水库汛期分期设计洪水问题探讨[J]. 水文, 2007, 27(3)： 16- 19．

[3] 邵学强, 金新芽, 李文杰, 等. 浦阳江流域水文水力学洪水预报模型[J]. 浙江水利科技, 2003(3)： 10- 14．

[4] 方彬, 郭生练, 刘攀, 等. 分期设计洪水研究进展和评价[J]. 水力发电, 2007, 33(7)： 71- 75．

[5] SL 44—2006 水利水电工程设计洪水计算规范[S]．

[6] 陈守煜. 从研究汛期描述水文系统模糊集分析的方法论[J]. 水科学进展, 1995, 6(2)： 133- 138．