河口村水库“21·7”暴雨和入库洪水分析

王秀明，徐明立，申方凡，宋一鸣

（河南省济源水文水资源勘测局，河南 济源 454000）

1 水库概况

河口村水库位于济源市河口村附近的沁河干流上，是黄河小浪底至花园口区间的重要控制水利枢纽，对黄河防洪发挥着重要作用。大坝坝址位于沁河出山口处的济源市克井镇河口村，坝址以上控制流域面积9 223 km2，水库工程规模为大（2）型，2011 年11 月截流兴建，2017 年10 月通过竣工验收。最大坝高122.50 m，总库容3.17 亿m3，工程设有大坝、溢洪道、泄洪洞、引水发电洞、电站厂房等建筑物。水库的建成减轻了黄河防洪压力，同时将南水北调总干渠穿沁河工程达到100年一遇设计防洪标准，使沁河防洪标准由原来的不足25 年一遇提高到100年一遇。

2 “21·7”暴雨分析

2.1 暴雨成因

2021 年7 月中旬，太平洋副热带高压加强北挺，暖湿气流沿副高边缘向北移动，7 月10 日到达黄河以北地区，受冷空气和太行山辐合抬升作用影响，河口水库大坝以上流域出现了特大暴雨。见表1所示，降雨主要集中于山西省润城至河口村的区间面积内，山西省阳城县窑头村最大24 h 降水量达366.50 mm，暴雨的特点是强度高、雨量大、位置靠近库区，入库汇流时间极短。

表1 水库大坝以上最大时段雨量表单位：mm

2.2 暴雨时空分布及特点

2.2.1 暴雨过程

降雨起止时间：7月10日17时至11日14时，其中10日17时起开始降中到大雨，局部暴雨，至11 日7 时流域平均降水量28.90 mm；11日7-13时转为大暴雨，局部特大暴雨，其中11日7-13时流域平均降水量137.50 mm，位于暴雨中心的窑头雨量站逐时雨量柱状图及累计雨量过程线，见图1所示。

图1 沁河水系龙门沟河窑头雨量站逐时雨量柱状图及累计雨量过程线图

2.2.2 暴雨空间分布

此次降水的最大点在水库末端龙门沟河窑头雨量站，过程雨量为366.50 mm，刷新本流域有记录以来的最大值。其次为龙湾河土河站、冶底河李寨站、西冶河西冶站6 h 最大降水量分别为218.50 mm、211.50 mm、182.00 mm；24 h 最大降水量分别为261.00 mm、239.50 mm、234.00 mm。

2.2.3 暴雨特点

2.2.3.1 空间集中

此次7 月11 日暴雨的中心为山西省阳城县窑头村，位于龙门沟河上，紧靠库区，汇流时间极快，从主降雨到入库洪峰出现仅4-6 h，可见强降雨空间非常集中，暴雨高值区分布靠近水库库区。

2.2.3.2 暴雨强度大

此次降雨时间短、强度大，降雨主要集中在7月10日17时至11日14时的21个小时内，暴雨中心最大1 h降水量115.00 mm，最大3 h 降水量232.50 mm，最大6 h 降水量332.50 mm，最大24 h降水量366.50 mm，均超历史记录。润城水文站至河口村水库大坝区间面积上平均24 h降水量为168.50 mm。

3 入库洪水分析

河口村水库为一狭长窄深式水库，坝址以上地形条件是两岸群山耸立，山高坡陡，源短流急，一旦遭遇强降水，就会造成较强的洪水过程，此次暴雨形成的入库洪峰4 510 m3/s，超过1982 年历史最大洪水（4 240 m3/s）记录。推算入库洪水过程采用△t=0.33 h 的水库蓄水量及出库流量过程根据水量平衡反推得到，对于部分时段锯齿状峰值作以连续性修正（主洪峰不再修正），以尽可能还原反推过程中可能造成的不均匀性，保证洪峰流量过程的连续性。河口村水库20 分钟时段反推入库洪水流量计算表见表2，河口村水库入库洪水流量过程见图2。

图2 润城—河口村区间平均降水量与入库流量关系曲线图

表2 河口村水库20分钟时段反推入库洪水流量计算表

河口村水库入库洪水流量自7月11日13:00时的8.72 m3/s起涨，至11日13:40时的4 510 m3/s达到洪峰，之后随雨势减弱入库洪水回落，于当晚19:00时落至1 000 m3/s以下。受入库洪水影响，河口村水库坝前水位自7 月11 日13:00 时的231.66 m开始起涨，于7 月12 日3:00 时水位涨至最高247.03 m，涨幅达15.37 m，最大涨率为5. 70 m/h。7月11日14：30时水位超过汛限水位238.00 m，为保障水库自身及上下游防洪安全，按照流域防汛调度指令于7月11日下午16：20时开始按300 m3/s的流量控制下泄，实际最大泄量7 月12 日14 时317 m3/s，于7 月14日4：16时关闭泄洪闸，通过电站按17.00 m3/s继续下泄。

4 洪水预报与实际洪水比较

根据河口村水库入库洪水预报方案，此次暴雨洪水各水文要素预报参数和预报值为：K=0.85，Im=135，7 月10 日Pa=60.90 mm，润城水文站无来水，润城至河口村1 972 km2流域平均降水量168.50 mm，P+Pa=229.40 mm，查降雨径流相关图得地面径流深Rs=79.80 mm，则来水总量预报值1.573 7×108m3。根据汇流单位线计算出此次暴雨洪水的汇流过程，预报洪峰出现时间7 月11 日17：00 时，洪峰流量4 960 m3/s。实测各要素为：来水总量1.298 9×108m3，峰现时间7 月11 日14：20，洪峰流量4 510 m3/s。预报值与实际值有一定偏差，其中：来水总量预报值偏大0.274 8×108m3，时间预报值偏后2.60 h，洪峰流量预报值偏大450 m3/s。分析偏差原因：①来水总量实际值偏小是因为此次洪水发生在久旱之后，各种截留较大；②实际洪峰靠前是因为造峰雨靠近库区；③实际洪峰流量偏小跟各种截留等水量损失有关。“21·7”暴雨洪水经水库管理部门适时调度后，水库最大削峰率达93%，大大减轻了水库下游的防洪压力，保证了南水北调穿沁工程的运行安全，为下游人民群众生命财产安全和经济社会可持续发展起到了至关重要的作用。

5 与历史暴雨洪水比较

此次暴雨洪水的特点是：因降雨发生在库区附近，出现在润城至河口村1 972 km2区间面积上，主雨区紧靠库区，润城以上降雨较少，润城水文站基本无来水，洪水主要产生于润城至河口村区间面积上，最大入库洪峰流量4 510 m3/s。1982年为流域普雨，张峰水库和河口村水库等两座大型水库都尚未修建，河口村大坝以上流域面积9 223 km2，此河段（代表站：五龙口水文站）1982年8月2日最大流量4 240 m3/s，润城水文站最大洪峰2 710 m3/s，根据历史资料可以看出1982 年暴雨特点为：过程雨量大、最大3 日暴雨覆盖范围广、但过程平缓。而“21·7”暴雨主要集中分布在水库库区，历时短、强度大，降雨集中于21 h内，至使入库洪峰达到历史最大值。

6 结语

受西太平洋副热带高压和冷空气的共同影响，河口水库大坝以上流域出现了特大暴雨。受强降水影响，河口村水库出现4 510 m3/s的入库洪水流量。暴雨洪水各水文要素均超历史最大，对此次洪水实测值、预报值和本河段历史值进行对比分析，为今后的水库预报和防洪调度提供重要的经验依据。