2020年大伙房水库流域暴雨洪水特征分析

2021-12-16

水利建设与管理 2021年11期

(辽宁省大伙房水库管理局有限责任公司，辽宁抚顺 113000)

2020年辽宁省气候变化异常，进入汛期以来持续高温少雨，旱情严峻；进入8月份后则受副热带高压北抬和东北冷涡、地面低压等天气系统影响，降雨频繁，旱涝急转明显；特别是8月下旬至9月上旬，仅半个月的时间里，三个台风接连袭击东北，受其影响，大伙房水库流域共发生5场大范围强降雨过程，连续发生洪峰超过1000m3/s的洪水3次。本文依据大伙房水库断面，分析总结大伙房水库流域暴雨洪水特征，为以后水库科学调度提供借鉴。

1 流域概况

大伙房水库位于大辽河的支流浑河中上游，坐落在辽宁省抚顺市境内，是浑河上的大(Ⅰ)型水库。大伙房水库按1000年一遇洪水设计，可能最大洪水校核，库容22.68亿m3，控制流域面积5437km2。大伙房水库作为辽宁省中部防洪与供水的重要水利枢纽工程，在辽宁省的经济社会发展中发挥了举足轻重的作用。

图1 大伙房水库流域及水文自动测报系统测站分布

大伙房水库由浑河、苏子河、社河三条河流汇集而成。坝址以上流域多年平均降水量792mm，降雨主要集中在7—8月，此间降雨约占全年降水的48%。坝址以上流域多年平均径流量15.0亿m3。大伙房水库流域汛期为每年的6月1日—9月20日，汛期通过大伙房水库水文自动测报系统采集降雨数据，系统在大伙房水库上游流域内共设有19个自动遥测雨量站。大伙房水库流域及测站分布见图1。

2 降雨

2.1 降雨过程

2020年汛期，大伙房水库以上流域共降雨676.5mm，比历史同期均值多24.4%，比去年同期值多15.0%。

6月25日—9月8日受副热带高压北抬和东北冷涡、地面低压等天气系统影响，大伙房水库流域共出现大范围的强降雨天气过程11场，其中暴雨过程6场，大雨过程5场。各场次降雨主要特征值见表1。

2.2 降雨特点

2.2.1 降雨范围广

降雨区域笼罩整个流域5437km2，遍及水库上游清原、新宾、抚顺3县，浑河、苏子河、社河均出现强降雨。

2.2.2 主汛期降雨偏少，后汛期暴雨频繁

主汛期内流域降雨相对偏少，后汛期东北地区遭遇台风“三连击”，流域连续出现5次暴雨过程，强降雨过程频次之多、频率之高是近几年少有的；后汛期降雨量占汛期总雨量的65.7%，汛期降雨量分布情况见图2。

图2 大伙房流域2020年汛期流域旬降雨分布情况

2.2.3 降雨历时短，单点降水强度大

汛期多次强降雨具有历时短、单点降水强度大的特点。2020年汛期的11次强降雨中，只有4场降雨历时超过了24h，单点最大雨量均超过50mm，其中3场降雨的最大点雨量超过了100mm，见表1。

“20831”暴雨降雨历时15h，流域平均降水量94.3mm，流域最大点雨量为浑河干流流域大苏河站142mm，最大雨强61mm/3h。

2.3 降雨时空分布

2.3.1 汛期降雨时空分布不均

降雨时程分布态势为6、7月较少，8、9月相对较多，其中6、7月天气干旱、高温、少雨，降雨量仅占汛期总雨量的22.9%； 8月受东北冷涡及台风“巴威”的共同影响，频繁出现大范围的强降雨过程，降雨量占汛期总降雨的55.0%，是流域历史同期均值的2倍；9月上、中旬受9号台风“美莎克”、10号台风“海神”及东北冷涡的共同影响，暴雨连连，降雨量占汛期总雨量的22.1%，是流域历史同期均值的3倍，为建库以来同期首位。

2.3.2 空间分布不均

暴雨中心在不同场次的降雨位置不同，苏子河、社河、浑河流域均有。以本年度最大的三场降雨为例分析如下：

8月3日20时—8月5日6时，流域平均降雨量61.8mm，暴雨中心位于苏子河流域占贝站，次降雨量为98mm，浑河干流流域平均降雨量68.9mm，两大支流苏子河、社河流域平均降雨量分别为56.7mm和43.7mm，整个雨区自西南向东北分布，空间分布不均。

8月31日17时—1日8时，流域平均降雨量94.3mm，暴雨中心位于浑河干流大苏河站，次降雨量为142mm，浑河干流流域平均降雨量101mm，两大支流苏子河、社河流域平均降雨量分别为97.7mm和94mm，整个雨区自西北向东南分布。

9月7日13时—8日20时，流域平均降雨量66.5mm，降雨区暴雨中心位于社河流域傲牛站，次降雨量为139mm，浑河干流流域平均降雨量59.9mm，两大支流苏子河、社河流域平均降雨量分别为62.7mm和110mm，整个雨区自西北向东南分布，空间分布不均。

3 洪水

3.1 洪水特征

3.1.1 洪水过程多

进入8月后辽宁省降雨频繁，旱涝急转明显；特别是8月下旬至9月上旬，大伙房水库流域共发生5场大范围强降雨过程，受其影响，发生5次较大的洪水过程。2020年汛期历次入库洪水特征值见表2。

表2 2020年汛期历次入库洪水特征值

3.1.2 洪水总量大

水库汛期总来水量为16.4亿m3，扣除浑江跨流域引水0.9亿m3，浑河流域来水15.5亿m3，比历史同期均值多47.6%，比去年同期多73.2%，居建库以来历史同期值的第13位。

3.1.3 洪水集中在后汛期

主汛期内流域发生降雨相对偏少，流域平均土壤含水量较低，平均土壤饱和率为30%，发生1次暴雨过程，并未形成较大的入库径流；后汛期由于受台风、东北冷涡、副热带高压等影响，降雨集中，且土壤含水量相对较高，受此影响，由于强降雨产生的入库径流较大，入库洪水量占整个汛期的88.1%，汛期入库洪水在各时期所占比例见图3。后汛期连续发生洪峰超过1000m3/s的洪水3次，入库洪水总量达8.98亿m3；其中“20831”洪水洪峰流量达3610m3/s，洪水重现期为10年，为2013年以来本流域最大的一次洪水。

图3 汛期入库洪水在各时期比例

3.2 洪水组成及频率分析

“20831”洪水是本年度最大的洪水过程，9月1日16时水库入库洪峰流量达3610m3/s，干流入库站苍石站1日10时30分流量为1870m3/s，苏子河入库站占贝站1日14时流量为1360m3/s，社河南章党站1日8时洪峰流量为346m3/s，其余为库周区汇流；次入库洪水总量3.83亿m3。

将“20831”洪水要素特征值加入水库坝址历史洪水系列中，进行频率分析计算：“20831”洪水频率等级为10年一遇洪水标准，洪水等级划分为中洪水。

“20903”洪水，9月4日5时水库入库洪峰流量达1763m3/s，干流入库站苍石站3日22时42分流量为949m3/s，苏子河入库站占贝站4日6时流量为619m3/s，社河南章党站3日20时36分洪峰流量为121m3/s，其余为库周区汇流；次入库洪水总量2.40亿m3。

将“20903”洪水要素特征值加入水库坝址历史洪水系列中，进行频率分析计算：“20903”洪水频率等级为小于5年一遇洪水标准，洪水等级划分为小洪水。

“20907”洪水，9月9日14时水库入库洪峰流量达1029m3/s，干流入库站苍石站9日8时流量为676m3/s，苏子河入库站占贝站9日8时流量为386m3/s，社河南章党站9日8时洪峰流量为113m3/s；次入库洪水总量2.75亿m3。

将“20907”洪水要素特征值加入水库坝址历史洪水系列中，进行频率分析计算：“20907”洪水频率等级为小于5年一遇洪水标准，洪水等级划分为小洪水。

3.3 洪水调度

由于汛前期流域干旱少雨，主汛期来水量较少，水库一直在低水位下运行；后汛期，受台风和冷涡等天气系统影响，暴雨频繁，水库来水量较多，“20831”洪水发生前，水库水位低于汛限水位4.18m；9月1日17时出现洪峰3610m3/s，水库全部拦蓄。为迎战10号台风所带来的新一轮强降水适当预留防洪库容，9月4日10时大伙房水库开始泄洪，水库下泄河道流量217m3/s，4日13时，下泄河道流量增至430m3/s；由于水库水位一直居高不下，超过汛限水位，9月8日17时，水库开始增加泄流设备泄洪，河道下泄流量565m3/s。9月10日17时下泄流量减至346m3/s；至9月12日5时，出现最高库水位131.94m，持续两个时段(共6h)；其后随着库水位降低，入库量逐渐减少，9月16日9时水库关闸停止泄洪，相应水位131.44m，水库累计泄洪水量4.28亿m3。水库分期蓄水情况见表3。

由于后汛期来水量较大，为建库以来的首位，为了更好地利用雨洪资源，在确保水库和下游防洪安全的前提下，水库调度优化制定调度方案，通过调节下泄流量，控制水库水位；水库在9月上旬及中旬虽然出现超汛限水位，但由于大伙房水库作为辽宁省7座城市的供水水源地，供水任务大，水库通过优化调度，实现了洪水资源化，保证了城市生活及工业供水，将水库效益发挥到最大，为辽宁的社会经济发展做出了重要的贡献。汛期水库调度情况见图4。