寧夏干旱地區(qū)暴雨洪水重現(xiàn)期的特點(diǎn)分析

張萬寶

（寧夏水文水資源勘測局，銀川 750001）

寧夏局地暴雨洪水頻繁，如賀蘭山地區(qū)1998年5月20日和2006年7月14日的暴雨洪水等。作為寧夏計(jì)算設(shè)計(jì)洪水主要工具，《寧夏暴雨洪水圖集》中的計(jì)算方法、計(jì)算參數(shù)的取值合理性及暴雨資料系列延長后的變化情況等因素，流域下墊面條件的變化對暴雨洪水關(guān)系的影響，是目前水利工程建設(shè)采用設(shè)計(jì)洪水計(jì)算所考慮的主要影響因素。設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果是工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和依據(jù)，計(jì)算成果的準(zhǔn)確合理性，直接影響到工程投資規(guī)模和工程安全。近年來水利部加大了對中小型水庫除險(xiǎn)加固改造、中小河流治理等建設(shè)項(xiàng)目的投資和實(shí)施力度，設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果的重要性更加突出。因此，對目前使用的《寧夏暴雨洪水圖集》中對設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算成果進(jìn)行分析研究十分必要。

1 重現(xiàn)期概念

洪水重現(xiàn)期是指某地區(qū)發(fā)生的洪水為多少年一遇的洪水，意思是發(fā)生這樣大?。考墸┑暮樗诤荛L時期內(nèi)平均多少年出現(xiàn)一次。通常所說的某洪峰流量是多少年一遇，所說的多少年是該量級洪水流量的重現(xiàn)期。例如，百年一遇的洪水，是指在很長的一段時間內(nèi)，平均一百年才出現(xiàn)一次這樣大小的洪水，但不能認(rèn)為恰好每隔一百年就會出現(xiàn)一次，從頻率的概念理解，這樣大小的洪水也可能百年內(nèi)出現(xiàn)不止一次，也許百年中一次也沒出現(xiàn)。

2 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

2.1 無資料地區(qū)采用《寧夏暴雨洪水圖集》計(jì)算

由設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水，認(rèn)為某一頻率的設(shè)計(jì)暴雨將產(chǎn)生同一頻率的設(shè)計(jì)洪水。設(shè)計(jì)點(diǎn)雨量和面雨量的計(jì)算、設(shè)計(jì)面雨量的時程分配及產(chǎn)匯流計(jì)算的相關(guān)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式及方法采用 《寧夏暴雨洪水圖集》，暴雨參數(shù)的取值采用新修訂的暴雨等值線圖，資料系列為1956～2000年。

2.2 計(jì)算設(shè)計(jì)暴雨

寧夏面雨量分配依據(jù)各分區(qū)暴雨特點(diǎn)和不同工程對設(shè)計(jì)洪水的需求，有同頻內(nèi)包、概化、典型3種設(shè)計(jì)雨型分配型式。

（1）同頻內(nèi)包雨型的特點(diǎn)是各時段降雨均達(dá)到設(shè)計(jì)頻率的雨量標(biāo)準(zhǔn)，其中1h雨量最為集中，達(dá)到46.5%，降雨過程呈寶塔型，暴雨特別集中，反映出干旱地區(qū)的暴雨特性，是小面積形成較大洪峰的雨型。

（2）概化雨型是將多次大暴雨的主雨峰對齊，以6h為一個分配單元計(jì)算出的本地區(qū)的綜合概化雨型的分配比例，概化雨型是多次暴雨的平均分配情況，除6，12h的雨量達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)外，其他時段降雨均未達(dá)到設(shè)計(jì)頻率的降雨量標(biāo)準(zhǔn)，同當(dāng)?shù)亟涤陼r間稍長的降雨過程接近，能使造峰歷時長的較大流域產(chǎn)生較大洪水。

（3）典型雨型是選用當(dāng)?shù)亟邓看?，歷時長（寧夏最大歷時一般不超過24h），產(chǎn)生較大洪水的典型雨型作為設(shè)計(jì)面雨量的過程進(jìn)行分配。

2.3 產(chǎn)流計(jì)算方法

根據(jù)面雨量分配過程用扣損法計(jì)算產(chǎn)流過程，產(chǎn)流公式：

式中 Ri為產(chǎn)流期某時段凈雨（mm）；Hi為產(chǎn)流期某時段面雨量（mm）；fi為產(chǎn)流期某時段損失水量（mm）。

根據(jù)《寧夏暴雨洪水圖集》中的產(chǎn)流分區(qū)，選用產(chǎn)流公式中的相關(guān)參數(shù)公式：

式中 fi為產(chǎn)流期某時段損失水量（mm）；fm為產(chǎn)流期平均入滲率最大值（mm/h）；K為指數(shù)；Ptc為產(chǎn)流歷時內(nèi)的降雨量（mm）。

2.4 匯流計(jì)算

寧夏采用納希瞬時單位線法推求。按納希瞬時單位線原理，就是凈雨歷時趨于零的極小時段內(nèi)產(chǎn)生的一個單位凈雨（1mm凈雨深）在出口處所形成的流量過程線。根據(jù)《寧夏暴雨洪水圖集》中匯流分區(qū)及流域面積、概化河長等要素計(jì)算匯流參數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出設(shè)計(jì)洪水過程線。

2.5 設(shè)計(jì)洪水成果

設(shè)計(jì)條件下的時段降雨量1，6h降雨認(rèn)為是同頻率的，即設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)100年一遇，則1～6h的各降雨量均為100年一遇。設(shè)計(jì)條件下認(rèn)為是同頻率的暴雨產(chǎn)生同頻率的洪水，即1～6h的各降雨量均為100年一遇，則流域出口斷面的洪水（洪峰、洪量）也為100年一遇。

3 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算與實(shí)測洪水的差別

3.1 實(shí)測典型暴雨分析

1998年5月20日，賀蘭山出現(xiàn)較大范圍的暴雨，其中蘇峪口站實(shí)測6h降雨量達(dá)到167.8mm，達(dá)100年一遇，而1h降雨量僅為30年一遇，如表1。

表1 暴雨重現(xiàn)期 單位：mm

2002年6月7日，寧夏大范圍降雨，暴雨特點(diǎn)是籠罩范圍大，大于50mm的雨區(qū)面積占全區(qū)總面積的64%。暴雨重現(xiàn)期：賀蘭山3處暴雨中心雨量12，24h降雨達(dá)到20年一遇，6h暴雨僅小口子為20年一遇，其他兩站為5年一遇。1h暴雨僅小口子略大于多年平均值，黃草灘、正宜關(guān)站多年均值分別為22.5，18mm，本次暴雨1h雨量小于年均值，如表2。

表2 代表站暴雨重現(xiàn)期 單位：mm

2013年6月7日西吉縣等地出現(xiàn)較大暴雨，根據(jù)實(shí)測暴雨資料分析，1，6h降雨量發(fā)生的頻率不同頻，6h降雨重現(xiàn)期遠(yuǎn)高于1h降雨重現(xiàn)期，如表3。

表3 代表站暴雨重現(xiàn)期 單位：mm

綜合分析，1，6h降雨量與設(shè)計(jì)洪水計(jì)算的1，6h設(shè)計(jì)暴雨差異，即典型暴雨中1，6h降雨量重現(xiàn)期不同頻，且1h降雨量占6h降雨量的比例大部分比設(shè)計(jì)洪水計(jì)算中采用同頻內(nèi)包雨型計(jì)算的設(shè)計(jì)暴雨明顯偏小。設(shè)計(jì)暴雨是在假定1，6h降雨量同頻率出現(xiàn)條件下暴雨產(chǎn)生的洪水，而實(shí)際發(fā)生的暴雨和洪水往往與設(shè)計(jì)值有一定的差異。

3.2 實(shí)測典型洪水分析

3.2.1 汝箕溝水文站

設(shè)站以來2009年發(fā)生了最大洪水，洪峰流量674m3/s；次大洪水發(fā)生于1979年，洪峰流量592m3/s。根據(jù)《寧夏洪水調(diào)查資料匯編》中賀蘭山地區(qū)洪水調(diào)查及考證，自1902年以來，賀蘭山多處發(fā)生大洪水，但沒有汝箕溝的記載，因此，參考考證期的洪水情況，在2009年最大洪水未出現(xiàn)前。實(shí)測資料系列（1966～2008）中，1979年洪峰流量的重現(xiàn)期為100年一遇洪水， 當(dāng)2009年洪水出現(xiàn)后 （1966～2010），則2009年洪水為100年一遇洪水，1979年洪水為50年一遇洪水，但兩次洪水發(fā)生的年份僅相隔30年。

3.2.2 清水河韓府灣水文站

1959年設(shè)站來，1995、1996年相繼出現(xiàn)較大洪峰， 洪峰流量分別為：1500，1110m3/s，1995年洪水是設(shè)站以來最大。從頻率分析，1995年洪水相當(dāng)于50年一遇，1996年洪水相當(dāng)于30年一遇，但實(shí)際上兩次洪水是連續(xù)出現(xiàn)。

3.3 實(shí)測洪峰與洪量的關(guān)系

根據(jù)涇河源、鳴沙、汝箕溝水文站實(shí)測資料，統(tǒng)計(jì)較大場次洪水的洪峰流量與洪水總量，建立其洪峰流量與洪水總量的相關(guān)關(guān)系，大部分場次洪水的洪峰流量與洪水總量具有洪峰大、洪量相應(yīng)也大的關(guān)系，但其相關(guān)性較差，相關(guān)系數(shù)分別0.21，0.4，0.48，有部分場次洪水出現(xiàn)不規(guī)律的情況。如涇河源站1981年8月21日與1984年7月10日的兩次洪水，洪峰相差不大，但洪量相差40%左右；2006年實(shí)測最大洪峰流量347m3/s，不足20年一遇，而洪量650m3/s，相當(dāng)于100年一遇；2009年實(shí)測最大洪峰流量674m3/s，相當(dāng)于100年一遇，但洪量379m3/s，相當(dāng)于30年一遇。洪水過程差異加大是洪峰與洪量頻率不對應(yīng)的主要原因。

綜上所述：①洪峰與洪量有一定的相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性較差；②洪峰與洪量不同頻的現(xiàn)象較多。

4 結(jié)語

（1）寧夏局地暴雨較多，具有暴雨強(qiáng)度大、歷時短的特點(diǎn)，暴雨時程分布、空間分布變化較大，且大多情況下1，6h暴雨不同頻率出現(xiàn)，常造成暴雨與洪水不同頻率出現(xiàn)。

（2）寧夏暴雨的局地性與突發(fā)性特點(diǎn)，造成洪水的洪峰流量與洪水總量的相關(guān)性較差，即最大洪峰流量與之所對應(yīng)的洪水總量不同頻率。

（3）洪峰與洪量有一定的相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性較差。洪峰與洪量不同頻的現(xiàn)象較多，與設(shè)計(jì)條件下認(rèn)為是同頻率的暴雨產(chǎn)生同頻率的洪水有一定的差異。

［1］寧夏水文水資源勘測局.寧夏暴雨洪水圖集［R］.1986.

［2］寧夏水文水資源勘測局.寧夏干旱半干旱區(qū)小流域暴雨洪湖隨泥沙研究［Z］.2000.

［3］寧夏水文水資源勘測局.寧夏典型暴雨洪水分析成果匯編［R］.2014.

［4］寧夏水旱災(zāi)害編寫組.寧夏水旱災(zāi)害［Z］.1995.

［5］陳家琦.小流域暴雨洪水計(jì)算［M］.北京：中國水利水電出版社，2004.