南洛河洛南县“2021·7·23”暴雨洪水分析

2022-04-11贺成民

陕西水利 2022年3期

师奎，贺成民

（陕西省水文水资源勘测中心,陕西西安 710068）

1 概况

南洛河系黄河右岸支流伊洛河水系,地处秦岭东部山地,发源于秦岭南麓洛南县桃坪涧和蓝田县木岔沟,由西向东流经洛南县,于王岭兰草河口出陕入豫,后与伊河汇合称为伊洛河,省境内流域面积3064 km3,河长129.8 km,平均比降7.04‰,该区域属暴雨洪水多发易发区。2021 年7 月22 日受副高外围暖湿气流影响,08 时700 hPa高空图上商洛受西南风控制,没有明显的切线；850 hPa高空图上商洛受偏东风影响,暖湿气流强盛、水汽输送条件好,地面受暖低压控制。20 时的探空图上对流有效位能CAPE值高达1666,超2020 年8 月6 日CAPE值1157。傍晚强对流天气爆发,在地形辐合抬升和阻挡作用共同影响下,使对流云系维持,造成洛南县出现了短历时突发性特大暴雨。

2 雨洪实况

2.1 暴雨情况

（1）降雨起讫时间：统计降雨过程50 mm以上范围内的各雨量站数据,绘制各站累积雨量过程线（见图1）,由累积雨量过程得出,降雨主要从22日18时开始,23日8时基本结束,其中石门峪、石坡河流域主雨段历时主要集中在22日22时~23日2 时,南洛河保安镇以上流域主雨段历时主要集中在23日5 时~7时。

图1 场次降雨累积降雨量曲线

（2）降雨范围及强度：降雨过程为全流域降雨,降雨强度变化大,局地性强,但降雨历时短、强度特别大。由绘制的次降雨量等值线（见图2）看出,暴雨分布在洛南县城西部和北部山区。次降雨过程累积量50 mm以上的笼罩面积为1065 km3, 100 mm以上笼罩面积约720 km3,200 mm以上笼罩面积约135 km3,约占南洛河省境内流域面积比分别为34.8%、23.5%、4.41%。暴雨中心点最大降雨量太白岔沟尖角站329.0 mm,其中最大1 h、3 h、6 h、12 h时段雨量分别为84.0 mm、189.2 mm、246.8 mm、300.4 mm ,长麻地站最大1 h降雨量达99.8 mm。

图2 场次降雨量等值线

（3）暴雨中心移动情况：整个次降雨过程暴雨中心位于洛南县城西部、北部山区,即南洛河保安镇以上及北岸支流石坡河、石门河一带,根据暴雨时程分布,暴雨中心在22日22时~23日2时主要位于石坡河、石门河上游一带,随后暴雨中心由东向西略偏南移动,在23日5时~7时暴雨中心主要为洛南县保安、洛源一带。

（4）暴雨中心降雨量重现期确定：依据《商洛地区实用水文手册》,查算暴雨中心区域6 h、12 h均值分别为50 mm、62 mm,CV值分别为0.60、0.59,通过频率计算,最终确定暴雨中心相应量级的暴雨重现期。通过分析,暴雨中心200 mm笼罩范围的6 h降雨量为超300 年一遇暴雨。

2.2 洪水过程

受强降雨过程影响,南洛河支流石坡河石坡水文站、石门河石门峪水文站以及干流灵口水文站相继发生洪水过程（见图3）。支流石坡河石坡水文站22 日21 时起涨,起涨流量39.3 m3/s,23 日2 时出现洪峰流量640 m3/s,洪峰持续时间约1 小时后回落,23日6时回落至490 m3/s,随后继续回落,至25日8时流量落到32.1 m3/s；石门河石门峪水文站23 日0时18分起涨,起涨流量10.5 m3/s,2 时12 分出现洪峰流量656 m3/s,是该站1956 年建站以来最大洪水,到达洪峰后,流量开始快速回落,至23日2时57分流量落到376 m3/s,随后开始缓慢回落,至25日8时流量落到13.1 m3/s。干流灵口水文站出现复式洪峰,23日2 时起涨,起涨流量为59.8 m3/s,23日5时50分出现超警戒洪峰流量1420 m3/s（警戒流量1000 m3/s）,8 时28 分开始复涨,11 时15 分出现超保证洪峰流量3220 m3/s（保证流量2000 m3/s）,是该站1959 年建站以来实测最大洪水,随后开始回落,至23 日17 时回落至警戒量级以下940 m3/s,至25日8时流量落到67.4 m3/s。

图3 水文站洪水过程线

张坪水库7月23日1时库水位起涨,3时35分,库水位1116.0 m,达到汛限水位；23日6时24分,达到最高水位1121.75 m,超汛限水位5.75 m,超校核洪水位0.11 m,泄洪底洞与溢洪道均泄洪,最大泄洪流量980 m3/s,溢洪道溢洪最大水深4.75 m。

2.3 暴雨洪水特点

（1）暴雨集中,突发性强。降雨主要集中在22日22时~23日2时,大于150 mm暴雨中心主要在南洛河上游洛源、张坪、保安、麻家砭,麻坪河上游斜岭、长麻地、尖角,石门河上游陈涧村、黄龙铺,石坡河上游巡检、黑山村一带；位于暴雨中心的尖角、长麻地雨量站最大3 h降雨量分别为189.2 mm、117 mm,最大24 h降雨量分别为329.0 mm、215.4 mm,主雨时段集中、突发性强。

（2）暴雨强度大,极值多。整个降雨过程从开始到基本结束大约2 h~6 h之内,而最大暴雨过程发生在22日22时~次日2时；暴雨中心长麻地、尖角、陈涧、黑山雨量站最大小时雨强分别为99.8 mm/h、84 mm/h、64.6 mm/h、50.2 mm/h,均创建站以来最大值。其中尖角站最大3 h雨量达189.2 mm、最大6 h雨量达246.8 mm,是南洛河流域内雨量站时段雨量历史极值。

（3）特大暴雨笼罩面积大。降雨过程南洛河全流域降雨,大于50 mm笼罩面积约1065 km3,约占省境内流域面积34.8%,其中大于100 mm笼罩面积约720 km3,约占省境内流域面积23.5%,大于200mm笼罩面积约135 km3,约占省境内流域面积4.41%。经与南洛河“2003.8”、“2020.8” 特大暴雨对比分析,降雨过程暴雨（大于50 mm）和大暴雨（大于100 mm）笼罩面积较“2003.8”暴雨的笼罩面积小,比“2020.8”暴雨的笼罩面积要大,居南洛河历史第二位。但特大暴雨（大于200 mm）的笼罩面积比“2003.8”暴雨还要大,居南洛河历史第一位。

（4）洪水陡涨陡落,洪峰量级大。洛南县城干流尖角水位站水位从7月23 日5 时32 分起涨,到7 时15 分洪峰出现,涨峰历时1.7 h；灵口水文站从7月23日2时起涨,到5时45分第一个洪峰出现,涨峰历时3.8 h；8时28分开始复涨,到11时15分第二个洪峰出现,涨峰历时2.8 h,最大洪峰流量3220 m3/s,为建站以来实测最大值。支流石门峪水文站洪峰流量656 m3/s,是该站1956年建站以来最大洪水,石坡水文站洪峰流量640 m3/s,涨峰历时分别为1.9 h、5.0 h。

（5）洪水致灾性强,危害程度大。由于暴雨历时短、强度大,洪水演进速度快,形成洪水量级大,给沿河两岸堤防、道路、桥梁、村庄等基础设施造成严重水毁,损失巨大。

3 洪峰流量和重现期分析

本次对南洛河干流县城以上河段及石门河、石坡河等23段河段、45 处断面开展调查分析（调查河段位置见图4）。采用设计洪水计算方法确定不同重现期对应洪水量级,根据调查洪水成果利用水力学方法计算洪水流量,综合确定洪水频率。

图4 南洛河“2021·7·23”暴雨洪水调查位置

3.1 设计洪水计算

设计洪水计算思路是在收集已经建成工程设计资料的基础上,根据南洛河干支流分布及洪水遭遇情况选用适合的方法进行计算（成果见表1）。对上下游调查断面洪峰流量进行合理性检查、相互验证；对上下游和区间洪峰流量模数合理性检查,符合上游大、下游小的基本规律,符合支流洪水洪峰流量模数一般大于干流的规律。因此各河段调查的洪峰流量合理可靠。

表1 设计洪水计算成果表

3.2 洪水频率分析计算

该场次暴雨洪水使灵口站、石门峪站发生建站以来最大洪水,张坪水库坝前水位达到设计的校核洪水位。为此,对灵口站、石门峪站洪峰流量频率做进一步分析计算（见图5、表2）,对暴雨洪水在南洛河干流及相关支流洪水频率进行初步认定。

图5 水文站洪峰流量频率

表2 洪峰流量频率计算成果表

经分析确定各河段洪水频率成果（见表3）,可知：（1）干流石门峪站洪峰流量为656 m3/s相当于100 年一遇洪水,灵口站洪峰流量3220 m3/s为接近50 年一遇洪水,张坪村断面调查洪峰流量为888 m3/s为500年一遇洪水,张坪水库入库洪峰流量为1020 m3/s为500年一遇洪水,南洛河保安镇洪峰流量884 m3/s为300年~200年一遇洪水,黄龙寺庙底村、鱼龙村、县城尖角断面洪峰流量分别为1400 m3/s、2000 m3/s、2270 m3/s均为200 年~100 年一遇洪水。（2）支流玉龙河、蒿坪河、文峪河洪峰流量相当于50年~30年一遇洪水；石门河干流石门峪段洪水重现期为100年一遇洪水、入南洛河浩湾段为50年~30年一遇洪水,其支流太白岔沟为100一遇洪水、留题沟为200一遇洪水、麻坪河为50年~100年一遇洪水；石坡河干流巡检街道、石坡街道、张湾段为20年~10年一遇洪水。

表3 洪峰流量频率计算成果表

续表3

4 次洪量估算与分析

经对各断面洪量估算（成果见表4）,可知：张坪水库入库次洪量为7.45×106m3,保安镇断面次洪量为7.91×106m3；干流尖角水位站次洪量为58.56×106m3,石门河浩湾断面次洪量为19.62×106m3,石坡河张湾断面次洪量为18.77×106m3,三者之和为96.95×106m3,灵口站次洪量为113.0×106m3。三者之和次洪量占灵口站次洪量的85.8%,灵口站洪水主要来源于干流尖角水位站和支流石门河、石坡河。南洛河右岸支流县河涨水较小,其他支流基本没有涨水,通过洪量分析,上下游基本吻合、成果合理可信。