恩施水文站“20200717”暴雨洪水分析

黄祖健，杨丹阳，宋发旺

(湖北省恩施土家族苗族自治州水文水资源勘测局，湖北 恩施 445000)

1 概述

2020年入梅以来，恩施州遭受“暴力梅”袭击，7月15日8时～19日8时，恩施市范围内发生第七轮强降雨过程，恩施水文站发生较大洪水过程，“20200717”洪水造成清江恩施城区段水位上涨，城区大面积进水，致使恩施城区“三办一镇”的18个社区和村受灾，城区淹没面积达11 km2；强降雨还诱发了恩施市屯堡乡马者村沙子坝大面积滑坡，大量泥土滑入清江，阻塞河道，形成堰塞湖，对恩施85%的城区饮水造成巨大影响和威胁，给人民群众造成大量的财产损失。为了做好灾后的水文调查，论证水文资料的可靠性，弥补基本水文站网定位观测不足，分析场次暴雨洪水特性，对恩施城区水利规划、工程水文计算、防灾减灾工作具有十分重要的意义，为今后恩施市城区防洪、山洪灾害预警提供重要的技术指标。

2 基本概况

清江是长江宜昌到荆江河段间最大支流，发源于湖北省恩施土家族苗族自治州利川市东北的齐岳山南麓龙洞沟，自西向东流经利川、恩施、宣恩、建始、巴东、长阳、宜都等县市，全长423 km，总落差1430 m，流域面积17000 km2，于枝城市注入长江。清江北面与长江三峡地区相邻，西及西南与乌江流域为界，南与澧水流域相接，地势北高南低，流域内植被良好。其主要支流有带水河、云龙河、车坝河、龙洞河、高桥河等，其中带水河为最大支流，流域面积508 km2。

恩施水文站是清江上游控制站，设立于1939年，属国家基本水文站，资料精度类别为一类，测站以上控制流域面积2928 km2，占清江流域总面积的17.5%。大龙潭枢纽水库位于恩施站上游(大龙潭枢纽水库以上控制流域面积2396 km2，占该站流域面积的81.8%。)与恩施站相距11 km，洪水基本同频。自2006年起，大龙潭枢纽水库正式投入使用，水库的蓄水和发电引起恩施站水位变化频繁，且对洪峰形状有所改变。

3 暴雨分析

3.1 暴雨成因

本次暴雨主要成因是2020年6月8日入梅以来，冷暖空气在长江中下游交汇，致使长江中下游地区入梅偏早和梅雨锋偏强，梅汛期降雨异常偏多。2020年7月15日～18日因西南涡沿700 hPa切变线东移发展，导致清江上游发生短历时暴雨过程。

3.2 暴雨分析

本次选取2020年7月15日8时至19日8时流域内11个典型站的降水过程，对暴雨特性、时空分布等参数进行分析。计算典型降水量站自分析日起，逐时累计降雨量，得降水量累积过程，各个站点降水量累积过程图，其中西流水站累计降水量达到314.5 mm，流域内平均降水量为223.1 mm。绘制典型站点累计降水量过程线见图1。

图1 典型站点累积降水量过程线图

(1)计算场次降水量，统计典型降水量站最大1 h、3 h、6 h、12 h、24 h降水量及开始时间，见表1。

表1 暴雨最大时段雨量统计表

(2)统计发生暴雨降水量站最大1 h、3 h、6 h、12 h、24 h、72 h的降水量，计算不同历时的最大平均降雨强度(单位为mm/h)，填制表2。以最大平均降雨强度为纵坐标，历时为横坐标，绘制降雨强度与历时关系曲线见图2。

表2 暴雨典型降水量站平均雨强计算表 单位：mm·h-1

图2 降雨强度与历时关系曲线

3.3 暴雨时空分布分析

3.3.1 暴雨中心和移动方向

通过暴雨分析，本次调查区域的暴雨中心位于恩施市恩施站地区。从时程分布看，暴雨的走向是从上游汪营站地区向下游团堡、马者站地区移动。

3.3.2 重现期分析

(1)样本选取。选取恩施站上游11个降水量站，按年最大值选取1 h、3 h、6 h、12 h、24 h的历时暴雨系列资料。

(2)统计参数计算。按数理统计方法对各种时段降雨系列进行频率计算。利用P-Ⅲ型曲线，矩法算出参数，取Cs=3.5Cv，充分考虑曲线中上部点距，适线确定参数见表3。

表3 恩施站暴雨最大时段重现期分析成果表 单位：mm

3.3.3 与历史暴雨对比分析

此次暴雨过程中典型降水量恩施站1 h、3 h、6 h降水量在历史资料系列中排位分别为32、32、33，重现期均为2年；12 h降雨量排位为15，重现期为5年；24 h降雨量排位为6，重现期为13年。说明短历时暴雨强度不大，但暴雨时间长，雨量均衡、总量大。

4 洪水计算分析

4.1 洪峰水位分析

7月16日～19日，清江流域普降大到大暴雨，局地特大暴雨。受持续性强降水影响，7月16日始，大龙潭水库坝下站、清江恩施站、支流带水河龙凤坝站水位暴涨，流量逐渐加大，此过程中三站的水位流量变化基本一致，但恩施站受两者叠加，出现了更大水位变幅。7月17日17：40，恩施站出现洪峰水位420.71 m，相应流量3800 m3/s，超过历史最高水位0.07 m(1989年7月11日，最高水位420.64 m)，最大涨率0.044 m/min、最大水位变幅11.37 m，涨水历时38.4 h。

4.2 洪峰流量分析

恩施站“20200717”洪水洪峰过后，立即组织人员在基本水尺断面上下游约2 km范围内标记洪痕，本次洪痕位置是在“20200717”洪水洪峰过后立即标记的，峰后留下洪痕位置非常明显，且当时在河道两岸标记洪痕位置清晰，本次洪痕调查成果可靠。通过对该处河段选取四个断面进行了洪水调查，本次洪峰流量分析依据恩施站基本水尺断面洪峰水位和上下游洪痕高程，采用水面曲线法进行分析计算。

通过伯努利方程试算恩施站洪峰流量为3900 m3/s，洪水调查各个断面洪峰水位与洪水调查测量洪痕高程两者之间差值在合理范围内。恩施站“20200717”洪水的实测最高水位420.71 m，相应洪峰流量为3800 m3/s，演算出的洪峰流量3900 m3/s和该站水位流量关系线查线流量3800 m3/s两者之间相差2.6%，综合考虑确定恩施站“2020717”洪水的洪峰流量为3800 m3/s。

4.3 洪量分析

4.3.1 实测流量计算场次洪水总量

径流系数采用恩施站以上流域内11个降水量站的平均径流深与平均降水量的比值计算，径流量通过实测流量计算，得出本次洪水过程场次径流量为5.32亿m3。

4.3.2 水量平衡方程计算恩施站场次洪水总量

大龙潭水库枢纽和带水河龙凤坝水文站都是位于恩施水文站上游，且中间无支流加入，故采用大龙潭水库枢纽出库水量与龙凤坝水文站场次水量通过水量平衡方程计算恩施站“20200717”洪水场次径流量。通过大龙潭水库枢纽时段的出库流量计算出大龙潭水库枢纽场次径流量为4.62亿m3，带水河龙凤坝水文站场次径流量为0.77亿m3，则推算出恩施水文站此次洪水径流量为5.44亿m3。

4.3.3 分析结论

通过该站实测流量计算出本次洪水过程场次径流量为5.32亿m3，通过水量平衡方程计算该站场次径流量为5.44亿m3，两者误差为2.3%，所以该站“20200717”洪水过程场次径流量为5.32亿m3。

4.4 洪水重现期分析

统计该站最近13年场次洪水过程最大3天洪量资料，为增加资料系列的代表性，补充1969、1989两年大洪水资料，按场次洪水最大3天洪量不连续样本系列进行频率计算。采用P-Ⅲ型曲线适线，计算出恩施水文站最大3天各设计频率洪量，计算结果见表4。

表4 恩施站最大3天设计洪量成果表

恩施站“20200717”洪水过程中最大3天洪量为4.67亿m3，根据恩施站最大3天设计洪量成果表中查算可知，该站本次洪水过程最大3天洪量重现期为近50 a一遇。

5 结论

(1)本次短历时暴雨强度不大，但暴雨时间长，雨量均衡、总量大。

(2)本次洪水过程总历时近4 d，场次洪水径流量为5.32亿m3。

(3)恩施站“20200717”洪水实测最高水位420.71 m，相应洪峰流量3800 m3/s，其中最大3天洪量为4.67亿m3，重现期为近50 a一遇。

通过本次分析成果可为今后恩施市城区的河流规划、城市建设、防洪决策提供极其宝贵可靠的水文资料，并为今后恩施市城区防洪预案编制提供重要的技术参考指标。