黑河流域无资料地区动点洪水调查分析

黄芳兰，高秉俊，周轶成，李 慧，冯治天

(1.甘肃省张掖水文站，甘肃 张掖 734000；2.甘肃省武威水文站，甘肃 武威 733000)

西北地区上空受蒙古高压影响，随着暖气团势力的不断增强，河西走廊中西部低层快速增温，易形成对流天气。在受东移冷空气与北山西南气流共同作用的影响，2022年8月13日凌晨3时高台县普降大雨，在罗城乡天城村境内多条沟道发生山洪，以合黎山西部为暴雨中心，形成局地暴雨洪水。距离暴雨中心最近的河道控制站正义峡水文站多年平均降水量为70.4mm。此次实测0.5h最大降水量为24.0mm，1h最大降水量28.8mm，3h最大降水量49.6mm，均为建站以来最大值。2022年降水总量为90.6mm，24h最大降水量50.0mm占年降水量的55.2%。此次暴雨发生在合黎山前山区，常年降水量稀少，区域内河道流域面积小，河长短，山区植被差，极易形成超渗产流，产汇流时间短，灾害性强。根据高台县政府灾后评估，此次暴雨洪水造成直接经济损失约10204.9万元。

1 概况

1.1 地理概况

杰沟发源于海拔1600m高台县北部合黎山区，区域内主要以低山丘陵地貌为主，山体表层为高度风化的砂砾质，覆盖层较薄，山体岩石裸露，植被对雨水截留和土壤入渗非常小，如遇强降水极易形成山洪。杰沟为小流域，面积44km2，主河道长9km，平均坡降为3‰，出山后汇入黑河，下游500m处设有正义峡水文站。

1.2 气候概况

高台县属冷温带大陆性干旱气候。受海拔高度和地形影响，气温地域分布由北向南递减，川区高于山区。年平均气温最高出现在罗城一带为10.0℃；最低点在红崖子为4.0℃。东西相差不大，南北相差大。区域内气候干燥、光照丰富，昼夜温差大。夏季炎热，冬季寒冷。降水稀少，蒸发量大，年际化大，时空分布不均。年平均降水量112.3mm，最大年降水量出现在2007年为188.6mm，一日最大降水量33.3mm(2010年9月20日)。川区年平均蒸发量为1923mm，山区为1829mm。年降水量地域分布由南向北递减，南部新坝年降水量大于218mm，北部罗城大部、黑泉部分区域年降水量小于78.7mm。

2 暴雨调查分析计算

2.1 暴雨成因

本次降水过程受地面低压和东移冷空气与高原西南暖湿气流的共同作用形成的对流雨，使调查区域内发生强降雨过程。收集了包括正义峡水文站、张掖市气象局所属雨量站马尾湖、天城等共20个站点降雨量资料，累计降水量结果如图1所示。

图1 区域内雨量站边累计降水量图

2.2 暴雨时空分布

根据各站点降雨量分布，结合卫星云图，推算出此次罗城乡降水面积范围大致为430km2，此次降雨过程历时短，强度大，形成超标准洪水，受洪水灾害影响严重的天城村位于暴雨中心区域内。区域内雨量站分布及暴雨中心示意图如图2—3所示。

图2 高台县雨量站地理位置分布图

图3 暴雨中心位置图

2.3 暴雨强度分析

2.3.1设计暴雨

杰沟河流域面积较小，流域内无有调查到降水资料，根据《甘肃省暴雨洪水图集》瞬时单位线法计算杰沟设计暴雨量，基本参数见表1，设计点、面暴雨量见表2。

表1 瞬时单位线基本参数

表2 杰沟设计点、面暴雨量

2.3.2雨强分析

杰沟出山口距离下游正义峡水文站约500m，正义峡水文站位于暴雨中心区域内，建站以来多年平均降水总量为69.6mm。正义峡水文站实测时段最大降水量0.5h为24.0mm，1h为28.8mm，3h为49.6mm，均为建站以来历史最大值，24h最大降水量为50.0mm。采用PⅢ型分布曲线分析正义峡水文站各时段不同频率降水量，分析结果见表3。

表3 正义峡水文站各时段不同频率降水量表

分析结果显示，杰沟瞬时单位线法设计降水量与正义峡水文站降水量PⅢ型曲线分析值非常接近。结合邻近水文站正义峡实测降水量，综合分析确定杰沟此次暴雨0.5h、1h、3h最大时段降水量超百年一遇，24h最大降水量为百年一遇，降水量频率曲线图如图4所示。

图4 正义峡最大24h降雨频率曲线图

3 洪水调查

3.1 洪峰流量的确定

2022年8月13日凌晨发生暴雨，杰沟发生泥石流，下游正义峡水文站在凌晨4时左右水位明显上涨，含沙量增大，14日8时含沙量达到峰值24.1kg/m3。通过现场走访、查勘大面积农田受灾严重，选择杰沟出山口河段较顺直，断面控制良好，相对稳定，洪痕明显的河段测验分析，断面距离下游入黑河口100m处，流量测验断面图如图5所示经现场勘查分析，选择顺直河段。根据河床组成以及外界水利等影响因素，参考《甘肃省天然河道糙率表》选取符合调查河段特性的糙率值为0.045。测定洪痕水面线及测验断面面积、河底比降，测得水面线与河段河底线近似平行，符合天然沟道的变化规律，根据实测比降面积资料，采用曼宁公式推求过水断面洪峰流量。经分析计算杰沟调查河段洪峰流量为82.4m3/s，成果见表4。

图5 洪水调查断面图

表4 杰沟调查河段洪峰流量计算成果表

3.2 洪水重现期分析

3.2.1《甘肃省水文图集》经验公式法

杰沟流域面积利用五万分之一地形图进行勾绘，杰沟调查断面以上控制流域面积小于300km2。采用《甘肃省水文图集》(甘肃省水利局水文总站，1978)中经验公式进行分析计算洪峰流量。计算公式如下。

QP=qF

式中，QP—流量，m3/s；q—洪峰流量模数m3/s/km2；F—流域面积，km2。

不同频率洪水参数计算公式见表5。通过分析成果显示，经验公式法计算百年一遇洪峰流量为53.0m3/s比调查值82.4m3/s偏小，此次调查杰沟洪峰流量重现期超100年一遇，洪峰流量成果见表6。

表5 不同频率洪水参数计算公式

3.2.2瞬时单位线法

调查流域面积小，降水强度大、持续时间短的特点，属短时强降水，降水以罗城乡北部合黎山区为中心逐渐展开。依据瞬时单位线适用要求，当流域面积F<100km2时选用主雨峰为1小时的雨型分配，杰沟流域面积为44km2，符合《甘肃省暴雨洪水图集》瞬时单位线法选用条件。因此，选用主雨峰为1小时的雨型分配，计算得净雨过程，再分别以各历时的相同频率设计面雨量方法进行放大，计算杰沟不同频率洪峰流量，见表7。

表7 杰沟不同频率暴雨洪峰成果

由表7得，瞬时单位线法计算杰沟百年一遇洪峰流量为91.1m3/s，85年一遇洪峰流量为84.6m3/s，80年一遇洪峰流量为80.3m3/s。80年一遇洪峰流量相比此次调查值82.4m3/s略微偏小，通过调查和实地走访，在正义峡水文站1943年建站以来杰沟2022年8月13日洪水为历史最大。通过以上不同方法计算，结合邻近站正义峡水文站建站以来历史资料，综合分析确定杰沟2022年8月13日的洪水重现期为80年一遇。设计洪峰过程如图6所示。

图6 杰沟80年一遇设计洪峰过程

4 结语

通过瞬时单位线法计算得杰沟此次降水量暴雨0.5、1、3h最大时段降水量超百年一遇，24h最大降水量为百年一遇。调查流域杰沟位于河西走廊合黎山区北部，综合考虑杰沟流域内海拔低，常年干旱(Pa=0)，山体表层为高度风化的砂砾质，地质条件脆弱、覆盖层较薄，山体岩石裸露，常年干旱少雨，无历史降水量观测资料，分析确定此次暴雨过程重现期为百年一遇，为稀遇降水量，形成暴雨洪水洪峰流量重现期为80年一遇。经查阅参考《张掖地区水利志》等文献资料，通过对杰沟流域内地理环境、平均坡降较小、流域内产汇流模式等因素考证，确定此场强降水产生的洪水重现期时应小于此场降水的重现期为宜。

通过调查分析，杰沟发生“20220813”暴雨过程历时短、强度大，引发山洪破坏性强，受灾程度大。根据高台县政府灾后评估，此次暴雨洪水造成直接经济损失约10204.9万元。此次暴雨洪水过程也为河西走廊北部山区在一定程度上填补了水文资料的空白，为今后开展《甘肃省暴雨频率图》《甘肃省中小流域洪水频率图》等两图的制作提供降雨、洪水资料补充。

5 建议

(1)根据现场勘查，杰沟暴雨洪水灾害主要受地形地貌因素影响较大。造成此次暴雨洪水的原因主要是合黎山浅山区，植被覆盖率极差，山体裸露，沟道出山口段不畅通等情况。因此，相关部门应该加强防洪宣传力度，新建防洪坝、河堤，疏浚沟道等。

(2)杰沟及其附近沟道区域内多年干旱少雨，属于水文资料空白区。附近村庄天城村人口相对集中，天城村遭受洪水、泥石流危害的可能性日益增大，危害程度也会更严重。因此，此次暴雨洪水的调查分析可为天城村今后的规划建设提供技术依据。