临洮县小流域暴雨洪水调查分析

苟 斌，张 燕

（甘肃省临洮水文站,甘肃 临洮 730500）

1 自然概况

临洮县位于洮河下游,地处黄土高原与青藏高原的交汇地带,黄河上游最大的支流洮河穿城而过,陇西盆地西缘,青藏高原东边,属黄土丘陵沟壑区第四副区。南北狭长,地势由东南向西北倾斜,海拔在1730 m～3670 m之间,境内以黄土地貌为主,洮河谷地二、三级阶地地势平坦、地貌完整[1]。

临洮县属温带大陆性气候,四季分明,夏无酷暑,冬无严寒,年平均气温7℃,年平均降雨量317 mm～760 mm之间,70%以上的降水集中在7月、8月、9月三个月[1],蒸发量在1400 mm以上。

2 河流水系

洮河是黄河上游最大的支流,洮河从海巅峡入临洮,于茅笼峡出境流入刘家峡水库,纵贯9个乡镇115 km,流域面积2649 km2,多年平均流量138 m3/s[1],河道比降2.8‰。谷宽滩多,两岸为黄土丘陵,植被较差,水土流失较重,水量增加少,而含沙量增加较快,洪水量大,河床不太稳定[2]。临洮县境内的河流均属于黄河流域洮河水系,主要河流有洮河一级支流冶木河、漫坝河、东峪沟、三岔河、广通河、大碧河、中铺沟等。

3 暴雨调查分析计算

3.1 暴雨成因

2022年6月25 日下午,由于连续的高温炎热天气,导致临洮县上营乡、中铺镇、辛店镇、新添镇等地区上空大气中的层结处于不稳定状态,空气中不断向上攀升的暖空气与上方的冷空气相互碰撞,使得暖空气进入大气层而形成对流现象,从而形成强烈的对流,进而产生雷暴现象。在极端天气的影响下,25日13时～22时,临洮县普降大到暴雨。由于大碧河、中铺沟流域面积小,河床坡降大,沟道植被差,汇流时间短,从而形成洪涝灾害。此次调查共收集到106站点的降雨资料,通过对106个站点的代表性和资料可靠性分析,最终采用99个站点的降水数据,据此绘制了此次降水量等值线图。降水量等值线图见图1。

图1 临洮县“20220625”暴雨等值线图

3.2 暴雨强度时空分布

从收集到的站点降水资料来看,此次降水于6月25日13时开始,至26日8时结束,历时19个小时。降水主要集中在25日13∶00～16∶00之间,3 h最大降水量63.1 mm,累计最大降水量为73.7 mm,出现在上营站。3小时次大降水量55 mm,累计次大降水量为62.4 mm,出现在中铺沟康家沟站。其余降水集中在25日17∶00～20∶00之间。上营乡上营村站累计降水量73.7 mm、康家沟站累计降水量62.4 mm、上营站（瓦窑滩村）累计降水量58.6 mm,达到暴雨级别。有21个站点降水在25 mm～50 mm之间,达到大雨级别,有33个站点降水量在10 mm～25 mm之间,为中雨级别。暴雨中心监测站点降水量累积曲线见图2。

图2 监测站点降水量累积曲线

从暴雨等值线图分析,6月25日降雨主要集中在小沟上游上营乡上营村附近和中铺镇中铺沟上游康家沟附近,笼罩面积不是太大,且山区居民住户稀少。根据等值线法计算出上营村和康家沟平均暴雨量和点面系数等特征值。

式中：a1,a2….an为各相邻等雨量线间的面积,hm2或km2；p1,p2....pn为各相邻等雨量间的雨深平均值,mm；A为暴雨笼罩面积,hm2或km2；P为流域平均降水量,mm。

通过量算分析,得出上营暴雨中心和康家沟暴雨中心点面系数。暴雨面～深关系见图3。

3.3 暴雨稀遇程度分析

通过调查走访从村民的描述得知,本次降雨历时短,来势快,强度大。由于暴雨中心地处山岭沟壑的地方,该地区地表裸露,植被差,因而产流快。通过查阅《甘肃省暴雨洪水图集》（1988年）及水文部门雨量站相关资料进行重现期分析,两个暴雨中心与东峪沟临洮雨量站在同一区域,流域气候特征相近,周边环境和下垫面条件基本相同,也出现过同级别的降雨,且临洮雨量站有1966年～2021年,56年长系列降水实测资料。因此,暴雨中心各站点24 h暴雨重现期采用临洮雨量站最大24 h点雨量进行频率计算,通过频率计算,绘制P-Ⅲ型曲线,进行适线[3],其24 h平均降水量Pa为50.2 mm,Cv值为0.52,Cs/Cv值为3.5,分析方法是在Cs=3.5 Cv的P-Ⅲ型曲线Kp值表查读最大24 h点雨量。并结合经验频率法和现场暴雨调查走访,最后确定此次两个降水中心的重现期都为5年一遇。临洮雨量站24 h降水量频率表和历年24 h最大降水量频率曲线图4。

图4 临洮雨量站24 h降水量频率曲线图

4 洪水调查分析计算

4.1 调查河段基本情况

调查组通过实地调查,选取了本次受灾较重洪水较大的中铺沟、大碧河2条沟道进行洪水调查,通过现场实地勘查,选取距离沟道较近、河段较为顺直、洪水较为集中的中铺沟大石头村河段、大碧河三十墩河段、大碧河党家墩村河段、小沟田家河河段分别进行洪水调查。洪水调查断面位置见图5、图6。

图5 大碧河洪水调查断面位置图

图6 中铺沟洪水调查断面位置图

4.2 洪峰流量计算

调查组按照《水文调查规范》（SL 196-2015）技术要求,暴雨洪水调查河段洪峰流量采用比降面积法[4],对临洮县大碧河三十墩、中铺沟大石头村2个河段分别进行洪水调查,根据调查组现场走访调查及断面测量结果,再依据调查河段断面形状及河床组成等,参照《甘肃省天然河道糙率表》,大碧河三十墩河段和中铺沟大石头村河段选取0.035的糙率,计算通过调查河段的洪峰流量。计算采用曼宁公式：

式中：Q为洪峰流量,m3/s；n为糙率（取值参考天然河流河道糙率表及流域特征）；A为河道过水面积,m2；R为河道水力半径,m；S为河道水面比降。

经分析计算大碧河三十墩河段最大洪峰流量为19.8 m3/s,中铺沟大石头村河段最大洪峰流量为59.0 m3/s。洪峰流量计算表见表1。

表1 洪峰流量计算表

表2 大碧河三十墩河段洪水过程线计算表

4.3 洪水总量计算

根据调查访问情况,对各调查断面洪水过程进行分析统计,大碧河三十墩洪水历时为3 h,中铺沟康家沟洪水历史为2.5 h。根据《甘肃省暴雨洪水图集》,用推理公式法推求地表洪水过程,根据典型洪峰流量过程线百分数分配表,确定洪水历时、洪峰流量典型过程线坐标百分比。洪水过程线计算表见2和表3。

表3 中铺沟康家沟河段洪水过程线计算表

根据暴雨等值线图,采用等值线法计算洪水调查河段的暴雨覆盖面积,根据洪峰流量与暴雨覆盖面积之比计算各断面的洪峰流量模数,根据洪水过程计算总洪水,径流深度根据总洪水与暴雨覆盖面积之比计算,根据暴雨等值线,采用面积加权法计算平均暴雨。临洮县“20220625”调查河段暴雨洪水特征值统计见表4。

表4 临洮县“20220625”暴雨洪水特征值

4.4 洪水重现期分析

调查组对大碧河三十墩断面和中铺沟大石头村断面洪峰流量采用P-Ⅲ曲线进行频率计算,通过多方验证,经过分析论证并结合实地调查情况,最终确定各断面洪水重现期。大碧河三十墩调查断面有1987年～2021年35年的长系列定点洪水调查资料,以及1920年、1938年、1967年、1970年的大洪水实测资料。中铺沟大石头村断面下游800 m为巴下桥定点洪水调查断面,两断面距离很近,集水面积基本相同,可采用巴下桥定点洪水调查断面资料,该断面有1987年～2021年35年的长系列资料和1967年大洪水实测资料。根据这些洪水调查资料进行频率分析计算,绘制P-Ⅲ频率曲线,最后确定大碧河三十墩河段推算的洪峰流量重现期为3年一遇,中铺沟大石头村河段推算的洪峰流量重现期为5年一遇。

5 结论

5.1 暴雨成果分析

通过对所收集的资料进行降雨等值线绘制,从面上对收集的各站点资料进行分析对比,通过调查走访,对出现的奇异值并进行分析研判,去伪存真。调查组通过现场勘查、走访、计算,并通过水务、气象等部门,对所调查的成果进行分析验证,一直认为本次调查成果真实可靠,分析结论符合实际情况。

5.2 洪水成果分析

通过现场查勘,调查组分析判断,洪痕代表性比较好；所选定的调查河段顺直,断面较平整,河床稳定,受人类活动的影响比较小,可以使用比降面积法。所确定的洪水水面线和调查河段河底坡降线基本平行,符合一般河流的变化规律,经分析比降合理。依据《水文调查规范》（SL 196-2015）对洪水痕迹可靠程度的要求,最后确定所指认的洪痕为可靠。调查人员根据断面河床组成、顺直、规整程度,和外界影响因素等,依照《甘肃省天然河道糙率表》对调查河段分别选取了糙率,利用比降面积法推算流量,最后评定洪峰流量结果计算可靠。通过对每个调查断面利用比降面积法计算的洪峰流量从上至下,逢沟插入,面上分析得知,此次洪水调查成果合理可靠,符合洪水演变规律。调查人员通过走访、勘查、计算,一致认定此次调查结果从调查断面选定、洪痕指认、不同河段糙率选用、洪峰流量量级计算,均通过认真分析,最终确定调查成果,成果评定为可靠。