汾河兰村至义棠河段的洪水特性分析

(山西省水利水电科学研究院，山西 太原 030002)

汾河是山西省境内最大的河流，同时也是黄河的一大支流，在新中国成立前的100多年里，汾河发生洪灾20余次，大致平均5年一次。1949年后，汾河中下游共出现了5次规模比较大的洪水灾害。汾河流域的暴雨成因复杂，影响暴雨的各种天气系统主要为西太平洋副热带高压、切变线及冷锋。当义棠站以上的中游洪水与灵霍山峡的暴雨洪水以及赵城以下区间洪水遭遇叠加后，易形成峰高量大、持续时间长的洪水过程，在下游形成大范围的灾害性洪水。为更详细地了解汾河流域洪水灾害发生的情况，本文选取汾河兰村至义棠河段的洪水进行实例分析，通过分析得出不同量级洪水、不同区间来水及走向所产生的洪水过程，预测出下游洪水的过程及量级。

1 流域概况

根据水文站及资料情况，汾河流域汾河二库以下洪水演进应分段进行演算，将汾河兰村至义棠河段分为两段：兰村—汾河二坝(加入支流芦家庄站)和汾河二坝—义棠。

兰村—汾河二坝段，河段长60km，区间面积6325km2，区间有汾河第二大支流潇河汇入。潇河全长147km，流域面积3894km2，上游有白马河、松塔河两大支流，在寿阳县芦家庄汇合为干流，以下至榆次区北合流村，又有涂河汇入，于源涡村出山口进入平川区。源涡村以下有涧河、朱耕河等支流汇入，其中源涡村以上流域面积3090km2，平均纵坡2.85‰。 该段选用站点46处，其中水文站5处，雨量站38处，气象站3处；选用不同量级洪水22场来分析其洪水特性。

汾河二坝—义棠段，河段长100km，区间面积9915km2。该段有象峪河、乌马河、昌源河、磁窑河及文峪河等支流汇入。乌马河为汾河的一级支流，发源地分东、西两源，全长109.9km，流域面积500km2，平均纵坡18‰，平均糙率0.025。昌源河是汾河一级支流，全长87km，昌源河主要河沟支流有南风沟、东峪沟、左家滩沟、小庄沟、乌马河等。文峪河是汾河最大的支流，发源于交城县西北关帝山，主河道长158.6km，上游河段93.9km，中下游河段64.7km。该段选用站点59处，其中水文站3处，雨量站50处，气象站6处；选用不同量级洪水9场来分析其洪水特性。

2 结果分析

2.1 洪水特征值分析

兰村—汾河二坝对应的洪水有12场，芦家庄—汾河二坝对应的洪水有10场，汾河二坝—义棠段有9场，每段的每场洪水对应的洪峰流量和峰现时间见表1～表3。从中可以看出，31场洪水中，5月有3场，6月有2场，7月有12场，8月有12场，9月有2场，说明洪水主要发生在7—8月，占全年洪水次数的77.4%；从选取的不同场次各个洪水站点的洪峰流量来看，上游站点的洪峰流量大于下游站点的洪峰流量。

表1 汾河干流兰村—汾河二坝段洪水特征值统计

表2 汾河支流芦家庄—汾河二坝段洪水特征值统计

表3 汾河干流汾河二坝—义棠段洪水特征值统计

2.2 上下游洪峰流量关系分析

运用各个河段不同场次的洪水洪峰流量数据对其进行拟合，得到了各个河段上下游的洪水流量关系曲线，见图1～图3。从图中可以看出：上游的洪峰流量与下游的洪峰流量呈正相关，兰村至汾河二坝河段出现的洪峰流量最大，向下游逐渐减小。由图1、图2可以看出：上下游洪峰流量关系点据比较散乱，曲线与实际数据相关性较差，反映了二坝洪水除受兰村或芦家庄洪水的影响外，可能还受兰村、芦家庄两站洪水以及其他区间暴雨洪水的共同影响。

图1 兰村—汾河二坝洪峰流量相关关系

图2 芦家庄—汾河二坝洪峰流量相关关系

图3 汾河二坝—义棠洪峰流量相关关系

对上游二坝与下游义棠的洪峰流量数据进行拟合，得其关系曲线表达式为Q义棠=-0.0000007Q二坝+0.00099Q二坝+0.42755Q二坝-21.539，其相关系数为0.9412。由此可见，二坝—义棠的洪峰流量相关性好，反映了义棠洪水主要来源于上游二坝，区间面积虽然较大，但由于主要支流均有水库控制，两者不易相遇。

2.3 洪峰流量与传播时间相关关系分析

图4 兰村洪峰流量和传播时间相关关系

图5 芦家庄洪峰流量和传播时间相关关系

图6 汾河二坝洪峰流量和传播时间相关关系

根据所选的31场洪水，分别统计各个洪峰流量从上游站点到下游站点的传播时间，从而分析上游各个站点的洪峰流量和传播时间的关系，其相关关系曲线见图4～图6。兰村到汾河二坝的平均传播时间为16.1h，芦家庄到汾河二坝的平均传播时间为17.8h，从图4、图5可以看出两河段上游洪峰与传播时间相关性较好，中下部规律基本一致，即随着上游洪峰的减小，传播时间加大；中上部两河段规律有一定的差异。汾河二坝到义棠的平均传播时间为26.8h，该河段上游洪峰与传播时间相关性较好，随着上游洪峰流量的增大，传播时间逐渐减小。

通过对其进行统计分析可以看出：兰村到汾河二坝河段中，兰村上游洪峰流量在150～400m3/s之间，其传播时间范围为14～32h；上游洪峰流量在400～1500m3/s之间，其传播时间范围为11～14h。芦家庄到汾河二坝的河段中，芦家庄的上游洪峰流量在100～300m3/s之间，其传播时间范围为17.5～20h；上游洪峰流量在300～500m3/s之间，其传播时间范围为16.5～17.5h；上游洪峰流量在500～700m3/s之间，其传播时间范围为16.5～22h。汾河二坝到义棠的河段中，汾河二坝的上游洪峰流量在200～400m3/s之间，其传播时间范围为24～45h；上游洪峰流量在400～1200m3/s之间，其传播时间范围为13～24h。

3 结 论

选取汾河兰村—义棠河段的洪水进行实例分析，通过分析得出不同量级洪水、不同区间来水及走向所产生的洪水过程，分析其洪水特性，可以得出以下结论：

a.兰村—义棠河段所选的31场洪水中，主要发生在7—8月，占到了77.4%；从选取的不同场次各个洪水站点的洪峰流量来看，上游站点的洪峰流量大于下游站点的洪峰流量。

b.研究区域上游的洪峰流量与下游的洪峰流量呈正相关，其中兰村—汾河二坝及芦家庄—汾河二坝河段中，其上下游洪峰流量关系曲线说明二坝洪水除受兰村或芦家庄洪水的影响外，可能还受兰村、芦家庄两站洪水以及其他区间暴雨洪水的共同影响；汾河二坝—义棠河段中，义棠洪水主要来源于上游二坝。

c.研究区域上游洪峰与传播时间相关性较好，前两个河段随着上游洪峰的减小，传播时间加大；中上部两河段规律有一定的差异。汾河二坝—义棠河段随着上游洪峰流量的增大，传播时间逐渐减小。