小清河石村水文站“10·4”特大洪水特性研究

陈 勇

（东营市水文中心,山东 东营 257000）

1 资料及方法

1.1 流域概况

小清河流域位于鲁北平原南部,干流全长229 km,自西向东流经济南市、滨州市、淄博市、东营市、潍坊市等5 个市12 个县（市、区）,于寿光市羊口镇注入莱州湾,流域面积10336 km2, 河道平均比降为0.15/1000。流域南部为低山丘陵, 北部为平原, 主要支流由右岸注入, 流域河网密度0.27 km/km2。

1.2 测站水文特性

石村水文站为小清河流域下游控制站,位于东营市广饶县石村镇,于1954 年7 月设站,属国家重要水文站,控制集水面积6717 km2,警戒水位5.45 m,警戒流量450 m3/s,多年平均最高水位4.14 m,平均最大流量194 m3/s。该站较大洪水一般是全流域普遍发生大暴雨所致[1],洪水涨水迅速,退水过程缓慢,退水通常持续10 日～20 日,洪水过程经常发生连续涨落的复式洪峰,受下游海潮顶托影响,水位流量关系点据散乱,无稳定的相关关系,全年采用连实测流量过程线法推流；降水受季风影响,最大暴雨内分布主要集中在主汛期,全年降水量集中在7 月～9 月,占全年降水量的60%～70%,年际变化较小；含沙量受降水强度影响显著[2],枯水期含沙量很小。

1.3 研究方法

在收集整理小清河流域典型雨量站场次降水资料及石村水文站历史流量资料的基础上,综合利用水文学、数理统计学等理论和方法,研究石村水文站2022 年“10·4”洪水特性。采用P-Ⅲ型适线法分析计算小清河石村水文站最大洪峰流量的特征值频率及不同频率的设计洪水,并绘制典型站点降水量累计过程线、洪水频率曲线、流量过程线。

2 暴雨特性

2.1 暴雨成因

受副热带高压和冷空气共同影响,2022 年10 月1 日8 时至10 月4 日20 时,小清河流域普降大到暴雨,局地大暴雨。本次降水由暖湿气流主导,对流性降水占比较高,降水范围广、强度大,流域平均降水量超过10 月降水量历史极值,小清河干流发生特大洪水。

2.2 暴雨时空分布

选取2022 年10 月1 日8 时至10 月3 日20 时小清河流域内10 处典型雨量站的降水过程资料,站点基础信息见表1,计算流域内平均降水量为186 mm；按降水量时段分布分析,主要降水过程分为2 个阶段,第一阶段10 月1 日6 时至2 日12 时,流域平均降水量128 mm,第二阶段3 日4 时至20 时,流域平均降水量为58 mm；流域最大24 h 降水量126 mm,量级达到大暴雨级别；按降水量空间分布计算,流域上游段（黄台桥-魏桥）降水量166 mm,中游段（九户-索镇）198 mm,下游段（白兔丘-石村）171 mm；计算典型降水量自分析日起,逐时累计降水量,得站点累计降水量,绘制典型站点累计降水量过程线见图1。

图1 典型雨量站累计降水量过程线图

表1 典型雨量站基础信息表

2.3 暴雨特征

本场次降水暴雨区的范围大,降水总量大,雨强大。小清河流域上、中、下游段均出现强降水,降水基本覆盖全流域,各站点场次降水量均超过140 mm（10 月1 日8 时～10 月3 日20 时）,站点降水量最大为博兴232.5 mm,最小为索镇143.5 mm；4 处典型雨量站点最大2 小时降水量超过50 mm,10 月1 日20 时至22 时博兴66.5 mm,10 月2 日22 时～24 时芽庄湖65.5 mm、岔河60.0 mm、九户50.0 mm。

3 洪水特性

3.1 洪水过程分析

“10·4”洪水过程中（以最大洪峰出现的月日编号）,石村水文站共施测流量41 次,均为走航式ADCP 测流,其中,涨水24 次,退水17 次,即起涨、涨腰、峰顶、退腰、退底均布有测点[3],代表性良好。洪水过程受流域降水及区间产流、汇流的影响,石村水文站10 月1 日22 时水位开始起涨,起涨水位2.16 m,10 月3 日10 时31 分实测流量505 m3/s,相应水位4.77 m,3 日4 时,流域第二阶段降水开始,虽然降水量明显小于第一阶段,但是由于流域内前期影响雨量增大,土壤含水量饱和,达到了小清河流域蓄满产流的最大初损值[4],3 日20 时50 分,流量开始上涨,河道内出现复式洪峰,涨洪历时17 h,10 月4 日13 时47 分实测洪峰流量642 m3/s,峰顶水位5.65 m,整个洪水过程水位最大涨幅3.49 m,平均涨幅率0.06 m/h,根据石村水文站实测流量资料,绘制“10·4”洪水流量过程线见图2。

图2 石村水文站“10·4”洪水流量过程示意图

3.2 洪水频率分析

10 月4 日13 时47 分,石村站实测洪峰流量642 m3/s,相应水位5.65 m,加入到本站有实测流量资料以来的样本系列（1964 年～2022 年）,为历史实测洪水第一位,进行频率计算,根据经验频率点的分布,并考虑参数在地区上的协调,选用Q平均=208 m3/s,Cv=0.58,Cs/Cv=2.5 进行试线,经计算,石村站“10·4”洪水实测洪峰流量的重现期超100 年一遇,属于小清河流域内的特大洪水。洪水频率曲线见图3,不同频率的洪峰流量计算结果见表2。

图3 石村水文站年最大洪峰流量频率曲线图

表2 石村水文站不同频率的洪峰流量计算成果表

3.3 与典型洪水比较

选取代表性较好的2019 年台风“利奇马”暴雨洪水,石村水文站水位自2019 年8 月10 日17 时1.70 m 开始上涨,8 月13 日14 时实测洪峰流量521 m3/s,相应水位5.85 m,重现期接近50 年一遇,为实测历史第二大洪水,至8 月14 日15 时达到最高水位5.92 m,涨幅4.22 m。小清河水位在保持5.91 m25 h 后,于15 日5 时开始平稳回落,回落过程缓慢。2022 年“10·4”特大洪水洪峰流量较2019 年“利奇马”暴雨洪水高121 m3/s （占比23%）,而相应水位低0.2 m,见表3。

表3 石村水文站2019 年“利奇马”与2022 年“10·4”洪水要素比较

2022 年“10·4”特大洪水出现大流量低水位,经分析,主要因2020 年实施完成的小清河防洪综合治理工程,干流扩挖、提防加固、路改桥和子槽扩挖,分洪道及子槽全线贯通,分洪道流量由900 m3/s 提高到1300 m3/s,有效改善了以前干流中下游段水位高、流量小的局面[5]。

4 结论与建议

（1）流域降水量及其时空分布是影响洪水过程的关键因素。本次暴雨覆盖小清河全流域,雨量均衡,总量大,流域上、中、下游段最大24 h 降水量均超过100 mm,是该流域发生2022 年“10·4”特大洪水的主要因素。

（2）小清河2022 年“10·4”特大洪水,是自1964 年有实测记录以来的最大洪水,石村水文站洪峰流量642 m3/s,重现期超100 年一遇,洪水过程总历时16 日,场次洪水径流量372 万m3。

（3）小清河流域水量调蓄功能显著增强。小清河经过全流域的综合治理,干流过水能力大幅度提升,洪峰流量增大相应水位却降低,尤其在应对2022 年“10·4”特大洪水过程中充分发挥了防洪效益,是河道治理成效的有力验证。

（4）进一步加强小清河流域暴雨洪水的水文监测工作,研究产汇流规律,强化洪水预报、预警方案,开展洪水遭遇风险分析,更好的进行小清河防汛调度,最大限度减少人员伤亡和财产损失,为经济社会持续健康发展提供坚强保证。