合阳县山洪灾害暴雨洪水特性探析

侯秀明

（陕西省合阳县水务局，陕西 合阳 715300）

1 概况

合阳县总面积1341.6 km2，辖16个镇（办事处），总人口46万人。境内有徐水沟、金水沟、太枣沟、大浴河河流4条，大小支毛沟共1086条。属暖温带半干旱型大陆性季风气候，具有光热资源丰富，降水偏少，气候多变，灾害频繁等特征。多年平均降雨量553.2mm，降水量年内分配极不均匀，七、八、九三个月的降水量占到全年降水量的53%，而十二月、一月、二月份的降水量仅占到全年降水量的0.3%。据调查统计，高强度暴雨是合阳县发生山洪灾害的直接原因，影响最大的是洪水、滑坡、泥石流。近30年来共发生山洪灾害4次，直接经济损失9230万余元。

从整体发生、发展的物理过程分析可知，发生山洪灾害的主要原因还是持续的降雨和短时强降雨而引发的。为了提高合阳县山洪灾害防御能力，需对小流域暴雨量、汇流时间和洪水过程情况进行分析。

2 暴雨量分析

根据《山洪灾害分析评价技术要求》，合阳县山洪灾害设计暴雨量采用常规标准历时暴雨计算法，分别对设计暴雨参数确定、设计暴雨雨量进行计算。

2.1 设计暴雨参数确定

设计暴雨参数涉及到不同时段、不同频率暴雨量及变差系数Cv、偏态系数Cs与变差系数Cv比值（Cs/Cv）、点面折减系数、时段雨量折减系数n1、n2的确定。根据《山洪灾害分析评价技术要求》，暴雨频率选择了5年、10年、20年、50年、100年一遇5种频率。根据分析对象小流域的面积查《陕西省可能最大暴雨图集》中的“渭南市短历时暴雨时面深ɑ~Ht~F关系图”，可得各小流域1、6、24小时点面雨量转换系数ɑ，乘以设计点雨量得到设计面雨量。其他时段的设计面雨量可乘以相应的暴雨递减指数获得。暴雨时程分配根据暴雨图集中的24小时典型雨序进行分析，如图1所示。其他时段的时程分配采用同频率相包的形式，根据汇流时间内的雨序与典型雨序相同的原则进行降雨分配计算。

图1 渭南市24小时典型暴雨雨型图

基于以上方法，现以路井镇岱堡、百良镇三河村、新池镇北沟村小流域为典型，经计算，各小流域中典型沿河村落集水区设计暴雨参数成果见表1。

2.2 设计暴雨计算

第一步，根据沿河村落集水区（小流域）的位置查《陕西省可能最大暴雨图集》中的“渭南市年最大24小时点雨量均值等值线图”、“渭南市年最大24小时点雨量Cv等值线图”，得到各个小流域的24小时的H24点和Cv；并据Cv值和相应频率，查《陕西省可能最大暴雨图集》的“皮尔逊III型曲线模比系数Kp值表”，可得各计算单元不同设计暴雨频率相应的Kp值，乘以暴雨均值可得不同设计暴雨频率的设计点雨量，即 H24点=H24点×Kp；

表1 各沿河村落暴雨参数表

第二步，同第一步类似的方法，可得到6小时、1小时的设计点雨量：H6点=H24点×Kp，H1点＝H1点×Kp；

第三步，根据分析对象小流域的面积查手册中的“陕西省短历时暴雨时面深ɑ~Ht~F关系图”，可得各小流域1、6、24小时点面雨量转换系数ɑ，乘以设计点雨量得到1，6，24小时的设计面雨量；

第四步，根据面暴雨递减指数n的求解公式，求得n2，n3两种时段的面暴雨递减指数。

第五步，根据第三步求得的1、6、24小时的设计面雨量，按以下公式就可以求得不同历时的设计面雨量：

依据以上步骤，可以计算得路井镇岱堡、百良镇三河村、新池镇北沟村小流域暴雨成果，如表2所示。

表2 防灾对象设计暴雨成果表 单位：mm

由表2可以看出，三个典型村的暴雨随着时间的增加，暴雨量会增大，五年一遇1小时降雨量基本在16 mm左右，10年一遇1小时降雨在24mm左右，20年一遇1小时降雨在31mm左右，50年一遇1小时降雨在41mm左右，100年一遇1小时降雨在47mm左右。随着暴雨频率的增加，暴雨值会越来越大，汇流时间也越来越长。用同样的办法，可计算得到合阳县36个山洪灾害分析评价对象的5年一遇、10年一遇、20年一遇、50年一遇的设计暴雨成果。

3 洪水分析

洪水量可以用洪水过程线来反映，现以同倍比放大法和五点概化法两种方法进行典型洪水过程线的推求。

3.1 同倍比放大法

由于设计流域没有测到一个完整的洪峰过程，所以选择参证站定国水库站的暴雨洪水过程作为典型洪水过程进行放大。对定国水库站实测58年的各次暴雨洪水过程结合该流域降雨概况进行分析，认为定国站1999年7月13日2：00～23日0：00的洪水过程能够反映该流域暴雨洪水的特性。选用一次洪水过程线作为典型洪水过程线，采用同倍比放大法推求出设计洪水过程线，放大倍比采用5式推求，不同频率设计洪水过程线见图2~4。

图2 路井镇岱堡设计洪水过程线图（暴雨洪水）

图3 新池镇北沟村设计洪水过程线图（暴雨洪水）

图4 百良镇三河村设计洪水过程线图（暴雨洪水）

式中：KQ为洪峰放大倍比；Qm.p为设计洪峰流量（m3/s）；Qm.D为典型洪水过程线的洪峰流量（m3/s）。

3.2 五点概化法

五点概化过程线法是水文水利计算中推求设计洪量及设计洪水过程及设计洪水过程的一种方法。其原理是利用确定的设计暴雨的时程分配和时段径流量，来绘制洪水过程，其五点情况为坐标a起涨点，流量时间为0，b起涨转折点流量 0.1Qm’、时间 0.1T，c 洪峰流量 Qm’、时间 0.25T，d 退水段转折点流量 0.2Qm’、时间 0.5T，e终止点流量为 0、时间 T。其中，T为设计洪水总历时，把汇流时间作为峰现时间，即,τ=0.25T，T=4τ。Qm’为洪峰流量，由洪峰流量模比系数地区综合频率曲线法和地区综合经验公式法确定设计频率下的设计洪峰流量Qmp。W为洪水总量，在设计洪水过程计算中，忽略地下径流量，洪水总量可由洪水流量过程线和洪水历时求得，W=ΣQ×t。依据五点概化法，可分别求得汇制出三个典型村洪水过程线图。见图5~图7。

图5 路井镇岱堡设计洪水过程线图（暴雨洪水）

图6 新池镇北沟村设计洪水过程线图（暴雨洪水）

图7 百良镇三河村设计洪水过程线图（暴雨洪水）

从以上图可以看出，同倍比放大法计算洪水过程线，是用大流域的实测洪水过程作为典型进行放大，其洪水历时太长，洪水过程与中小流域典型洪水过程不符。而小流域暴雨洪水具有暴涨暴落，历时短，来的快去的也快的特点，相比之下，五点概化洪水过程线的方法更适用于中小流域设计洪水过程线的计算，对比两种方法的利弊，建议用五点概化洪水过程线的成果作为合阳县的设计洪水过程线计算成果。

从五点概化洪水过程线图可以看出，岱堡汇流时间需要2小时、三河村需要3小时、北沟村需要8小时左右。根据洪水汇流的不同时间，可以从1小时到8小时建立不同时段的洪水预警机制。同理，可以用此种方法，汇制出合阳县36个分析评价对象的洪水过程线图。

4 结语

合阳县地貌以黄土台塬为主，地表结构疏松，渗透性强，蓄水能力差，在浸水和土壤饱和的状态下，体积膨胀，并迅速崩塌，容易形成具有较大冲击力的地表径流，极易导致山洪暴发，而暴雨洪水则是诱发导因。为了提高山洪灾害防御能力，以岱堡、三河村、北沟村3个不同典型小流域5年一遇、10年一遇、20年一遇、50年一遇暴雨进行设计暴雨计算分析。经对比分析，采用五点概化法汇制洪水过程线。经过对暴雨洪水分析发现，三个典型村的暴雨随着时间的增加，暴雨量会增大。随着暴雨频率的增加，暴雨量越来越大，历时会越来越长。洪水会在1个小时就出现，从洪水出现到洪峰需要将近8个小时。针对暴雨洪水的特性和规律，建议预警时间采用降雨后的1小时、2小时、3小时、6小时、8小时分别建立不同时段的洪水预警机制，以切实提高全县山洪灾害防御预警措施。