辽宁省小流域洪水特征分析

2021-01-21许海东

水利技术监督 2021年1期

许海东

(辽宁省营口水文局，辽宁营口 115003)

1 辽宁洪水特点

1.1 河流径流量时空分布极不均匀

辽宁省河流洪峰主要集中在6—9月，年内分配不均匀，主汛期为7—8月，主汛期洪涝灾害频繁易发[1]。河流涨水过程一般为复峰型，汛期划分为春汛和夏汛，3月份进入春汛，春汛结束后进入夏汛，流量峰值一般出现在8月份[2]。夏汛的洪峰流量明显高于春汛。冬季河流易出现结冰现象，冰期一般持续4个月，辽宁河流冬季水温较低易出现封冻现象[3]。河流水量在不同年代际变化特征较为明显，丰枯交替显著，最大洪峰径流量为最小洪峰径流量的7～70倍，部分河流在干旱年份会出现断流现象，各主要河流径流总量呈递减的变化趋势[4]。河流径流空间分布不均匀，东部湿润地区河流水量多，洪水发生较为频繁，峰高量大特征明显[5]。西部属于干旱半干旱区域，河道径流量明显少于东部。北部半湿润区河道也时常出现断流现象[6]。

1.2 河流多暴雨、洪水

辽宁省河流暴雨洪水在历史上发生致灾损失较多，在1949—2017年期间，1951年的辽河、1953的辽绕浑、1959年渤海西岸、1960年辽东、1962年辽西、1963年辽西北、1981年辽南、1985年辽河以东、1994辽西、辽北、1995年辽浑太、2005、2010、2013年暴雨均由于降雨强度大、持续时长以及范围分布广的特点，使得区域产生洪水灾害[7]。辽宁地区洪水主要受到暴雨以及流域下垫面的综合影响，80%～90%的洪峰集中在7—8月份，尤其是7月下旬和8月中上旬洪水出现的次数较多。此外由于暴雨历时较短，雨量强度较大，部分山区河流汇流速率较大，使得洪水呈现源短流急的特点[8]。辽西地区洪水一般时长为3—5天，辽东地区因为植被覆盖度较高，洪水涨落较为缓慢，一般场次洪水的历时在5—7天，主要洪水过程集中在1—3天内，由于暴雨条件和下垫面特征的综合影响，不同地区洪水特点存在明显差异[9]。当前，小流域洪水由于陡涨陡落的特点，已成为防汛工作的重点和难点，而由于不同地区洪水特点的差异性，亟需对不同区域小流域洪水特性进行分析，从而为区域防汛决策提供重要的参考。

2 基础数据

2.1 辽宁省水文分区

根据产汇流关系区域相似性，结合水文、地理特征，在六大一级水文区的基础上，进行二级区的划分，作为水文分区。首先在各水文区内选择代表性水文站，然后根据各水文站已有的水文数据以及预报等资料，对各代表水文站的产汇流特性进行分析，最后将产汇流特性较相似的代表水文站产划分为一个区域。将辽宁省划分为18个水文分区，如图1所示。

图1 辽宁省水文分区图

2.2 选用的站点数据

由于小流域面积在300km2以下站点较少，为分析小流域洪水特性，选取辽宁省集水面积在500km2的水文站用于洪水特性分析，按照峰高、洪量较大的原则对水文站洪水进行选样挑选，每个水文站挑选的洪水场次数见表1。

3 分析方法

3.1 洪水历时时空分布特性规律分析

洪水特性分析的主要因素之一为洪水历时，本文分别对辽宁省18个二级水文分区的5个洪水历时时段进行特征统计，各统计时段如下，T1：降水初始到洪水开始上涨阶段的时段；T2：洪水上涨点到洪水洪峰出现时间的统计时段；T3：洪水洪峰到地面径流结束点统计时段；T4：地面径流结束点到场次洪水退水结束点的统计时段。对选取的小流域水文站点按照各站点所在的二级水文分区进行不同洪水历时时段的统计，并按东、中、西三个区域统计洪水历时的空间分布特性。

3.2 洪量时空分布特性分析

对各二级水文分区水文站采用滑动平均方法分析各场次洪水不同时段(24h、48h、72h、5d)径流深。对流域面积600km2小流域进行不同时段的洪水总量分析。再依据辽宁省二级水文分区对不同时段的洪水总量进行统计，并在不同时段洪水总量统计分析的基础上，对不同时段各场次洪水总量百分比进行分析，用于分析各二级水文分区的时段洪水总量分布特征，在二级水文分区各时段洪水总量分析的基础上，按照东、中、西三个区域统计洪水总量的空间分布特性。

4 分析成果

4.1 小流域洪水涨落历时特征

对不同二级水文分区内小流域水文站点的洪水涨落历时变化特征进行统计分析，结果见表2。

表1 辽宁省小流域洪水特性分析选用水文站点

表2 各二级水文分区内小流域(600km2)不同时段洪水涨落历时统计结果单位：h

从分析结果可看出，在不同二级水文分区中，洪水起涨阶段到洪峰出现的最大时段出现在I3区，洪水起涨时段历时为43.6h，主要因为I3区位于平原地带，洪水起涨缓慢。VI3区主要为山丘地形，洪水起涨时段下，涨洪历时最短为2.6h。III2区洪峰出现到地表径流结束之间的历时较长，其洪水消退较缓慢，该场次洪水落水的历时也最大，为78.3h。从各二级水文分区的洪水涨落总体变化结果可看出，小流域各分区洪水涨水的历时基本在48h之内，洪水消退历时可在55h内。除平原I3区，辽宁省各二级水文分区洪水起涨到结束的历时平均值基本在78h以内。

4.2 小流域洪水涨落历时空间分布特征

在各二级水文分区水文站点洪水涨落历时统计的基础上，按照东、中、西三个区域对小流域洪水涨落历时的空间分布进行分析，结果见表3。

从分析结果可看出，西部山丘区小流域洪水起涨时段在各区域中最短，平均为5.1h。中部平原区由于地形平坦，洪水涨水历时最长，平均需35.8h才开始出现洪峰。东部小流域需17.2h到达洪峰。中部平原区小流域洪水落水历时最长，平均需55.4h才能完成退水过程。西部山丘区小流域洪水陡涨陡落，平均需8.8h就能完成一次退水过程。对于整个场次洪水过程而言，中部平原区洪水涨落历时最长，平均值为108.4h，西部历时最短，平均值为14.0h。

4.3 小流域不同时段洪量统计结果

对辽宁地区各二级水文分区面积小于600km2的小流域不同时段洪水总量进行统计分析，结果见表4。

从分析结果可看出，除Ⅳ区、VI区、V区、III7区外，其他分区65%—75%的洪量分布在48h以内，其他时段洪量占总洪量的比例低于35%。III7区在48h以内洪量可占总洪量的60%，其他时段可占40%。Ⅳ区在48h内的洪量占总洪水总量的比例为85%，其他时段分别的洪量比例为15%。V区和VI区在48h以内的洪量占总洪量的比例也高达85%。

表3 不同区域小流域洪水涨落历时统计结果单位：h

表4 各水文二级分区内小流域(600km2)不同时段洪水总量统计结果单位：%

表5 不同区域小流域洪量统计结果单位：%

4.4 小流域洪量空间分布特征

为对辽宁省小流域洪量空间分布特征进行分析，按照东部、中部、西部分别进行各时段洪量的统计，分析不同区域各时段洪量的占比，结果见表5。

从表5可看出，辽宁东部小流域85%的洪量分布在72h内；而中部平原地区，由于地形平坦，85%的洪量分布在120h以内；西部地区85%的洪量分布在24h以内。从降水开始到洪峰时段为峰前量，洪量从中部到西部再到东部逐步减少；从洪峰到洪水结束时段，洪量从东部到西部再到中部逐步减少。不同区域峰前和峰后洪量的比例较为相似。