爱河行洪能力及“2021·07”暴雨洪水分析

耿延博

（辽宁省河库管理服务中心(辽宁省水文局)，辽宁 沈阳 110003）

1 概述

1.1 流域概况

爱河发源于辽宁宽甸双山子乡摩天岭，河长189 km，流域面积5 891 km2。爱河上游两岸为山区，中游为丘陵区，下游为冲积平原区。森林茂密，植被良好，水利资源丰富。爱河流域水系发达，支流较多，主要有八道河、草河，为防洪减灾的重点。

1.2 气象水文

爱河流域位于我国温带的最北部，接近于亚寒带。地区为温暖、季风型大陆性气候，冬暖夏凉，气候潮湿，降水频发。流域多年平均气温7～9℃，多年平均降水量800～1 100 mm，多年平均蒸发量1 000～1 100 mm，多年平均湿度65%～70%。降水量年内分配不匀，70%以上的降水集中在6—9月汛期，7—8月降水量约占年降水量的一半。年降水量的变差系数在0.2左右，年降水量丰枯年之比为3∶1，年际间降水丰枯交替出现。

爱河干流设有石城、梨树沟（为三湾水库入库站）水文站，支流八道河有龙湾水文站、草河有草河水文站，雨量预报根据站10处。

1.3 水利工程

在干流下游建有三湾大型水库，上游及其支流上建有水库和水电站。爱河干流现有堤防40.9 km，左岸17.1 km，右岸23.8 km，堤防标准为10～20年一遇。

1.4 洪涝灾害

爱河流域暴雨的天气系统主要有台风、气旋（江淮、华北、黄海气旋）、副热带高压边缘的辐射扰动和高空槽等。解放后发生有实测记录以来大洪水7次。1960年8月4日洪峰流量11 400 m3/s，1985年7月26日洪峰流量13 200 m3/s，为解放后最大值；1995年7月18日洪峰流量12 700 m3/s，2010年8月21日洪峰流量12 300 m3/s，等等。均造成人民生命和财产损失。

2 河道行洪能力分析

2.1 现状行洪能力

爱河两岸无堤段村屯距离河道多数较远且地势高出河道较多，仅有灌水镇所辖6个村屯离河较近，纳入分析范围，其重点为两岸现有40.9 km堤防。以三湾水库为界分上下游进行行洪能力分析。

1）三湾水利枢纽上游段

爱河三湾水利枢纽上游段现状河道行洪能力主要包括灌水镇团结村漫水桥、石城水文站、大堡镇保林桥上、石桥电站下游，其左右岸的现状行洪能力分析计算结果：除大堡镇保林桥上右岸低于20年一遇设计标准，灌水镇团结村漫水桥右岸低于10年一遇设计标准外，其他都满足设计标准。

2）三湾水利枢纽下游段

三湾水利枢纽建成后，东西支河道比降基本不变。现状行洪能力分析结果：三湾水库坝址至三道湾大桥段右岸为土路；三湾水库坝址至东支A5断面左岸为山路；其他三道湾大桥至河口东西支都已经建成堤防，均满足20年一遇的防洪标准。

3）无堤段

爱河干流两岸村庄较多，除右岸灌水镇团结村不足10年一遇防洪标准外，其余村庄均满足10年一遇防洪标准。

2.2 特征水位确定

爱河共设置特征水位观测点5个，分别为灌水镇团结村漫水桥、石城水文站、大堡镇保林桥上、石桥电站下和三道湾大桥上500 m处。

爱河上游段主要位于山区，且河道较长，行洪能力分析为单断面复核，主要利用曼宁公式推求各个断面的水位流量关系；下游段主要采用不同频率洪水时的水面线计算成果，确定各个观测断面的水位流量关系，根据特征水位确定方法并利用各断面水位流量关系得到各河段相应观测点的特征水位。各观测点特征水位见表1。

表1 爱河各观测点特征水位成果表

2.3 抗暴雨能力

假定此次雨洪同频。防洪断面或区间24 h设计面暴雨采用辽宁省水文水资源勘测局出版的1998年《辽宁省中小河流（无资料地区）设计暴雨洪水计算方法》的计算标准计算。即由等值线图查得降水参数，通过点面折减得到不同重现期的设计面暴雨。爱河各断面设计洪水及流域设计面暴雨成果见表2。

表2 爱河各断面设计洪水和设计暴雨成果表

3 “2021·07”暴雨洪水分析

3.1 前期影响

1）前期雨量充沛，土壤含水量趋于饱和。入汛以来，爱河经历多场强降雨过程，降雨范围广、雨量大、强度大。自7月13日8时，爱河梨树沟以上流域土壤含水量达Pa=98 mm(流域土壤最大含水量Im=100 mm)，流域土壤含水量饱和，若遇降雨过程易全面产流。

2）水库蓄水量高，河道流量大。爱河流域有部分中小型水库水位均不同程度接近或达到汛限水位，河道底水偏多，与2020年同期相比河道流量较大，但水势总体平稳。

3.2 天气成因

7月13日低涡北上至内蒙东部，低空急流轴到达辽宁中东部，强度加强，水汽更加充沛，水汽量Pw＞45 mm。辽宁大部动力强，1～3 km风切变达到8 m/s，辽宁东部地区局部达到20 m/s。14日低涡继续北上至内蒙东北，急流位于辽宁东部，中东部水汽继续增强，Pw＞55 mm。辽宁东部动力加强，1～3 km风切变达到10 m/s，局部达到16 m/s，维持强降雨。

3.3 暴雨特点

7月12日8时至15日8时，受高空槽东移和副高加强西伸北跳共同影响，造成爱河流域普降暴雨、特大暴雨，流域平均降水量175.3 mm，最大点降水量为丹东凤城市赛马站314.0 mm。此次降雨特点如下：

1）降雨历时长，强度均匀。此次降雨从7月12日8时开始至15日8时结束，历时72 h，降水持续时间之长为历史罕见，也是此次降水过程的明显特征。雨强大多在5～30 mm/h之间，最大点雨强51 mm/h。

2）上游大下游小，支流大干流小。爱河流域上游降雨量在150～300 mm之间，而下游在70～180 mm之间；支流八道河降雨量在170～314 mm之间，支流草河降雨量在140～260 mm之间，而干流上游降雨量在130～210 mm之间，下游在70～150 mm之间。支流比干流、上游比下游相差近1倍。

3）流域全覆盖，雨量大、中心突出。此次为全流域普遍降雨，流域平均降水量175.3 mm。降雨分布较为均匀，暴雨中心在支流八道河上游，中心点雨量为丹东凤城市赛马站314 mm。据统计，流域赛马站最大1 h雨量51 mm，最大3 h雨量119 mm，最大6 h雨量194 mm，最大12 h雨量206 mm，最大24 h雨量269.5 mm，均排在有资料记载以来前位。

3.4 洪水特性

3.4.1 洪峰洪量

梨树沟水文站造峰雨从13日23时到14日14时历时5个时段（每时段3 h），时段平均雨量33 mm，时段最大雨量39 mm。爱河上游石城水文站8月15日11时出现1 170 m3/s的洪峰流量，支流八道河龙湾水文站15日12时出现2 400 m3/s的洪峰流量，支流草河草河水文站15日17时出现2 060 m3/s的洪峰流量，上述3处来水加上区间来水汇聚到梨树沟水文站，在15日18时出现6 440 m3/s的洪峰流量。由于此次降雨量大、历时长、分布均匀，造成梨树沟站洪水峰高量大，洪峰持续时间长达4 h。

3.4.2 洪水组合

应用马斯京干法将支流八道河龙湾水文站、支流草河草河水文站、爱河上游石城水文站洪水过程演算到梨树沟水文站，得到梨树沟站以上河道洪水过程；应用降雨径流模型法计算石、龙、草-梨站区间面积的产汇流过程；两部分洪水过程得到梨树沟站洪水组合过程，见表3。

表3 爱河梨树沟站“2021·07”洪水组合分析表

3.4.3 洪水特点

1）干支流普遍发生洪水，干流洪水等级小，支流洪水等级高。爱河干流发生洪峰重现期小于5年一遇为小洪水；支流八道河发生洪峰重现期大于5年，接近20年一遇为中洪水。

2）洪水持续时间长，涨率快。爱河梨树沟站洪水持续9 d，洪水起涨至出现洪峰时间达34 h，平均涨率为184 m3/s，最大1 h上涨率430 m3/s。

3）上游洪水急剧汇聚，演进速度快。由于爱河上游多为山地，加之流域土壤达饱和，坡面产流迅速，河道汇流快。草河水文站洪峰3～5 h到达梨树沟站。

3.5 预报预警

3.5.1 洪水预报

在抗御“2021·07”暴雨洪水中，共进行洪水预报2站次，预报精度90%以上，为科学调度洪水及防汛科学决策提供了有力的支撑。

3.5.2 洪水预警

爱河干流石城水文站7月15日11时40分，出现最高水位88.76 m，超警戒水位0.96 m。洪峰流量1 170 m3/s，超警戒流量450 m3/s；支流草河草河水文站15日17时，出现最高水位56.63 m，超警戒水位2.63 m。洪峰流量2 060 m3/s，超警戒流量760 m3/s。

3.5.3 水库调度

三湾水库控制运用为当入库流量小于起调流量时，泄流设备按实际情况开启；当入库流量大于起调流量时，泄流设备全部开启。在抗御“2021·07”暴雨洪水调度中，前期蓄水抬高库水位，为水库下游洪水错峰，直至库水位达18.85 m时开始泄洪，最大泄流量5 340 m3/s，削峰率17%。

3.6 暴雨洪水评估

3.6.1 暴雨灾害等级评估

1）暴雨频率分析

以爱河支流八道河为例计算洪水频率，确定龙湾水文站“2021·07”洪峰流量为19年一遇；依据暴雨洪水同频率原则，计算流域内赛马、三家子、龙湾雨量点流域平均值和Cv值,H面=225 mm，Cv=0.50，CS=3.5 Cv；以流域均值除该次各点的暴雨量即得各雨量点的K值，K马=1.40，K三=0.80，K龙=0.81；利用数值逼近方法，反复反算此次暴雨各点的K值重现期，将各点的重现期加权平均直至算至与同次洪水重现期接近或等于的值为止，则流域内暴雨中心点雨量的重现期即为所求。故用龙湾站洪峰流量的重现期估算暴雨中心赛马站站最大暴雨314 mm的重现期为50年一遇，三家子站179 mm的重现期为5年一遇，龙湾站183 mm的重现期为5年一遇。

2）暴雨灾害等级评估

依据DB21/T 1454.1-2006《辽宁省气象灾害评估方法》包含平均降雨量、降雨强度极值和覆盖范围3项指标，通过赋予以上3项指标不同的权重，最终得到暴雨灾害综合评估指标。依据该评估方法，此次暴雨过程的评估结果：爱河评估为二级暴雨灾害，属较严重级别。

3.6.2 洪水等级评估

1）洪水历时排位

八道河龙湾水文站洪水排位为有实测资料以来第3位，草河草河水文站洪水排位为有实测资料以来第10位，爱河石城水文站洪水排位为有实测资料以来第19位，梨树沟水文站洪水排位为有实测资料以来第14位。

2）洪水等级评估

爱河干流梨树沟水文站洪峰流量6 440 m3/s，小于5年一遇设计洪峰流量标准；最大7日洪量8.96亿m3，小于5年一遇设计洪量标准，综合考虑爱河干流为小洪水。支流八道河龙湾水文站洪峰流量2 400 m3/s，大于5年小于20年一遇设计洪峰流量标准；最大7日洪量1.91亿m3，大于5年小于20年一遇设计洪量标准，综合考虑八道河为中洪水。支流草河草河水文站洪峰流量2 060 m3/s，小于5年一遇设计洪峰流量标准；最大7日洪量2.98亿m3，小于5年一遇设计洪量标准，综合考虑草河为小洪水。

4 结语

通过对爱河河道行洪能力、“2021·07”暴雨洪水规律及洪水预报调度进行分析，能进一步了解这场暴雨洪水发生和发展的全过程，对熟悉流域暴雨洪水特性，掌握不同量级洪水形成条件和变化规律，以及对河道危害程度具有科学指导意义，对今后的防洪减灾工作起到借鉴作用。