甘南州夏河县“20230907”暴雨洪水调查分析

张燕　苟斌

摘要：为提高洪水防御水平，针对夏河县观音沟流域2023年9月7日（“20230907”）暴雨洪水展开了调查，分析了该场暴雨洪水的特性，确定洪水的洪峰流量、洪水总量及洪水重现期。利用曼宁公式、铁一院公式、推理公式等方法分析了该次洪水的特征值。结果表明：该场洪水是由观音沟流域上游局部暴雨导致，由于流域面积小、坡降大，从而形成产汇流历时短、流速快、峰量大的洪峰。该次洪水的洪峰流量为370 m3/s，洪水重現期超100 a。

关键词：暴雨洪水； 洪水重现期； 推理公式； 观音沟流域； 甘南藏族自治州

中图法分类号：TV122 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.04.004

文章编号：1006-0081（2024）04-0027-04

0 引 言

由于缺乏资料，小流域的暴雨洪水研究存在不足。本文以甘南藏族自治州（简称“甘南州”）夏河县观音沟流域为研究对象，针对2023年9月7日（“20230907”）的暴雨洪水事件展开调查分析。该场洪水开始于9月6日22∶30，至9月7日00∶02以后洪水基本落平，历时约4 h。本文采用曼宁公式、铁一院公式、推理公式［1-4］，并依据《甘肃省甘南州夏河县山洪灾害分析评价报告》分析确定了甘南州夏河县 “20230907”暴雨洪水的洪峰流量、洪水总量及洪水重现期，旨在为甘南州水旱灾害防御工作提供参考。

1 研究区域概况

观音沟是大夏河的一级支流，位于夏河县麻当镇大夏河中段左岸，于沟口102°46′14″E，35°18′22″N处汇入大夏河，见图1。观音沟流域面积79 km2，主沟道长17.6 km，流域最高处海拔3 900 m，沟道比降57‰～72‰，流域形态呈椭圆形，形状系数为0.392。该流域以主沟道为轴，呈左右不对称状，右岸支沟较多，流域面积较大。流域上游9 km处有较大支流恰当沟汇入，该沟道总长6.5 km，面积10.5 km2。

观音沟流域属寒带湿润气候，高原大陆性气候特点比较明显。流域降水季节性明显，总体来说降雨偏少。流域上游除林地外，分布有零星草场，中下游为林地，多乔木和灌木，植被覆盖率较高。沟道两侧山体多以石质山原为主，部分区域岩石裸露。

2 暴雨分析

2.1 暴雨成因

夏河县“20230907”暴雨洪水事件中，受副热带高压边缘型暴雨和西太平洋副热带高压西伸的影响，甘南州整体处于副热带高压西侧边缘西南暖湿气流中。青藏高原被长波槽控制，处于西风带冷空气影响区，冷空气东移与从副高边缘沿西南方向来的暖湿气流相遇形成降水过程，这也是甘南州最常见的一种降水类型。此外，由于甘南州地形复杂，在高空形势形成的时候，受局地地形强迫抬升影响较大，从而对降水点的落区也造成较大影响。该次暴雨数据从多部门收集，利用收集的降雨资料绘制3 h降雨等值线图，见图1。

2.2 暴雨时空分析

对收集到的降水资料进行分析，发现2023年9月6日22∶00部分雨量站已有降雨数据，22∶00～24∶00大部分雨量站开始有降雨数据，油口村雨量站降雨已达到90 mm 以上，直到次日02∶00大部分雨量站数据显示已停止降雨，早上08∶00基本全部停止降雨。通过调查走访发现，降雨主要发生在9月6日21∶30至9月7日01∶30，历时4 h。从降雨级别来看，有1个站点达到大暴雨级别，占比1%，有4个站点达到暴雨级别，占比3%，有45个站点达到大雨级别，占比37%，有46个站点达到中雨级别，占比38%。

根据等雨量图，等雨量线法计算公式如下：

式中：P为平均面雨量；f1，f2，…，fn为相邻等雨量线间的面积；P1，P2，…，Pn为相邻等雨量线间雨深平均值；F为流域总面积。

利用等雨量线法测算得到观音沟流域3 h平均面雨量55.4 mm，达到暴雨量级。该次降雨历时短、强度大，产汇流快、洪峰流量大，是灾害的诱发因素。从暴雨等值线图分析，再根据等值线法计算出该次暴雨中心平均暴雨量和点面系数等特征值，见表1。

2.3 暴雨重现期分析

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，对暴雨进行重现期分析［2］，该次暴雨中心与夏河站直线距离15 km，流域气候特征相近，周边环境和下垫面条件基本相同。夏河站拥有1981年以来连续的降水资料，因此采用夏河站雨量数据进行3 h降雨频率计算，绘制P-Ⅲ型曲线，进行适线，其3 h平均降雨量为23.7 mm，变差系数Cv值为0.7，Cs/Cv为4.0（Cs为变异系数），在Cs=4.0Cv的P-Ⅲ型曲线Kp值表查读最大3 h点雨量，与油口雨量站3 h降雨量97.2 mm对比，最后确定此次降水中心的重现期超过100 a。

3 洪水分析

观音沟为此次受灾最严重的地区，其中受灾最严重的加吉村南面为恰当沟汇入口。因此，分别对4个河段进行调查分析，分别为观音沟怕浪村河段，距河口3 km处，控制面积占流域面积的87%；观音沟完格尔村河段，距河口6 km处，控制面积占流域面积的58%；观音沟加吉村河段，距河口10 km处，控制面积占流域面积的25%；恰当沟加吉村河段为观音沟支流，距恰当沟沟口0.5 km，距观音沟沟口10 km处，控制面积占流域面积的13%，占恰当沟流域面积的95%。所选河段较为顺直、洪水相对集中，符合SL 196-2015《水文调查规范》要求。

3.1 洪峰流量

按照SL 196-2015《水文调查规范》，洪水调查河段洪峰流量采用比降面积法进行计算，根据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，依照《甘肃省天然河道糙率表》选用断面平均糙率为0.040，0.050，0.055，对冲淤严重的断面还原到原始断面，再采用曼宁公式计算通过调查河段的洪峰流量。

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。

通过对选取的4个调查断面进行洪痕确定、断面测量、断面还原等分析，最终计算确定观音沟加吉村河段洪峰流量为120 m3/s，恰当沟加吉村河段洪峰流量为230 m3/s，观音沟完格尔村河段洪峰流量为310 m3/s，观音沟怕浪村河段洪峰流量为370 m3/s，通过上下游关系对比分析，所测洪峰流量符合实际洪峰量。各断面洪水调查统计数据见表2。

3.2 重现期

由于观音沟流域内缺少水文资料，无法采用P-Ⅲ型频率曲线计算分析断面洪峰流量重现期［3］。因此，根据《甘肃省暴雨洪水调查》图集相关参数，对集水面积大于100 km2的流域断面采用瞬时单位线法和推理公式法推算不同频率下的洪峰流量；集水面积小于100 km2的流域断面采用推理公式法和铁一院法推算不同频率下的洪峰流量［1-2］。观音沟流域面积为79 km2，因而采用铁一院法和推理公式推算不同频率下的洪水流量，来确定该次洪水重现期，其计算表达式为

式中：k1为产流因子，k1=0.278SF，S为设计暴雨参数，F为流域面积；k2为损失因子，k2=RS（r-11），R为损失系数，r1为损失指数；x为山坡和主河槽综合汇流因子，由山坡汇流因子K2和主河槽汇流因子k1而定，x=k1+0.95k2；P为形成洪峰流量时的汇流面积系数；P1为形成洪峰流量时的汇水时间系数；n′为随暴雨衰减指数而变的指数；y为流域汇流特征指数。

推理公式法计算表达式为

式中：ap为频率p的暴雨强度；F为流域面积；α为比例系数，又称洪峰流量系数；0.278为流量与雨强单位统一时带来的乘子（1 000/60/60≈0.278）。

通过铁一院公式和推理公式对观音沟怕浪村河段的洪水流量进行试算，得出该调查断面洪峰流量频率（表3），分析对比实测洪峰流量值与试算值，最终确定该河段洪水重现期为超100 a。

3.3 洪水总量

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，在《甘肃省暴雨洪水图集》上分布查得流域重心处最大1 h、6 h、24 h点雨量和变差系数，选取黄河干支流主雨峰为3 h的综合雨型，确定洪水历时，计算洪峰流量典型过程线坐标百分比。通过五点法概化计算该次洪水过程线，计算得出观音沟该次洪水总量为27.65万m3。

4 结 论

本文针对夏河县观音沟流域2023年9月7日（“20230907”）暴雨洪水展开了调查，选取了4个调查河段，分别为恰当沟加吉村河段、观音沟加吉村河段、观音沟完格尔村河段、观音沟怕浪村河段。利用比降面积法对4个河段洪水进行调查计算，恰当沟加吉村河段调查最大洪峰流量230 m3/s，观音沟加吉村河段调查最大洪峰流量120 m3/s，观音沟完格尔村河段调查最大洪峰流量310 m3/s，观音沟怕浪村河段调查最大洪峰流量370 m3/s。分析了该场暴雨洪水的特性，确定该次洪水的洪峰流量、洪水总量及洪水重现期。

由于观音溝流域面积小于100 km2，因此采用铁一院和推理公式对洪水进行重现期演算，同时利用《夏河县山洪灾害分析评价报告》对观音沟重现期进行复核，最终确定“20230907”洪水为超100 a一遇。

参考文献：

［1］铁道部第一设计院，中国科学院地理研究所，铁道部科学研究院西南所.小流域暴雨洪峰流量计算（上）［J］.铁道建筑，1976（4）：7-12，45.

［2］苟斌，张燕.白银市靖远县2018年一次暴雨洪水调研分析［J］.黑龙江科学，2023，14（10）：68-72.

［3］贾杰，姜丽红.拱坝河流域“20200817”暴雨洪水调查分析［J］.甘肃水利水电技术，2021，57（9）：17-21.

［4］王汉卿，张春林.基于曼宁公式影响因子相关分析的洪水流量计算——以洮河流域为例［J］.水利水电快报，2023，44（2）：29-34，47.

（编辑：江 文）

Investigation and analysis of "20230907" torrential rain and flood in Xiahe County，Gannan Prefecture

ZHANG Yan，GOU Bin

（Lintao Hydrometric Station in Gansu Province，Lintao 730500，China）

Abstract： In order to improve the flood defense level of Gannan Tibetan Autonomous Prefecture，a survey was carried out on the rainstorm flood in the Guanyingou Basin of Xiahe County on September 7，2023 （20230907）.The characteristics of the rainstorm flood were analyzed，and the peak flow，total flood volume and flood return period of the flood were determined.Manning formula，Tieyiyuan formula and inference formula were used to analyze the eigenvalues of the flood.The results showed that the flood was caused by local heavy rain in the upper reaches of Guanyingou Basin.Due to the small basin area and large slope，the flood peak with short duration，fast flow rate and large peak volume was formed.The peak flow of this flood was 370 m3/s，and the flood return period was over 100 years.

Key words： torrential rain and flood； flood return period； derived formula； Guanyingou Basin； Gannan Tibetan Autonomous Prefecture

收稿日期：2023-10-11

基金项目：甘肃省水利科学试验研究及技术推广项目（2020046047）

作者简介：张 燕，女，工程师，主要从事水文测验、分析计算等方面的工作。E-mail：1391939012@qq.com

通信作者：苟 斌，男，工程师，主要从事水文测验、分析计算等方面的工作。E-mail：997037565@qq.com