皇甫川流域“8.18”暴雨洪水特性淺析

張 萍，張 旭

（1.黃河水文水資源科學(xué)研究院，河南 鄭州 450004；2.黃河水利委員會花園口水文站，河南 鄭州 450045）

皇甫川流域“8.18”暴雨洪水特性淺析

張 萍1，張 旭2

（1.黃河水文水資源科學(xué)研究院，河南 鄭州 450004；2.黃河水利委員會花園口水文站，河南 鄭州 450045）

結(jié)合皇甫川流域基本情況以及該流域2016年“8.18”暴雨洪水水情，采用與歷史洪水對比分析的方法，通過對流域次洪洪量和次洪沙量等特征值的對比分析，發(fā)現(xiàn)在相同降雨條件下，本次降雨的產(chǎn)洪產(chǎn)沙量明顯偏小，并對其原因進行分析。結(jié)果表明：暴雨中心位置距離下游控制站皇甫站較遠，流域良好的植被覆蓋度和骨干壩的削洪攔沙作用等是本次洪水產(chǎn)洪產(chǎn)沙量劇減的主要原因。

皇甫川；暴雨洪水；產(chǎn)洪產(chǎn)沙；次洪洪量；次洪沙量

Abstract:Combined with the basic situation of Huangfuchuan basin and the"8.18"storm flood water in 2016,a comparative analysis with historical flood is carried out.Based on the comparative analysis of the characteristic values such as flood and flood volume,Under the conditions of the rainfall production and sediment production was significantly smaller,and its causes were analyzed.The results showthat the location of the rainstorm center is far away from the Huangpu station of the downstreamcontrol station,the good vegetation coverage and the effect of the cutting and damming of the backbone dam are the main reasons for the flood reduction and flood production.

Keywords:Huangfuchuan,stormflood,flood and sediment yield,flood flood and Secondaryflood sediment discharge

2016年8月，黃河流域中游山陜區(qū)間降雨量與多年同期均值相比偏多25.2%，本文以皇甫川流域作為典型支流，分析“8.18”暴雨洪水的雨情、水沙情勢和特點，并與歷史洪水進行對比分析。

1 研究區(qū)概況

皇甫川流域位于黃河中游河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間的右岸上段，是黃河流域主要的多沙粗沙區(qū)[1]?；矢Υ饔蛩抵饕筛闪骷{林川和支流十里長川組成，干流沙圪堵以上（納林川）河道長70 km，河道平均比將4.3‰，流域面積3246 km2，皇甫川流域按照侵蝕程度和地表土層覆蓋的差異，大致可分為砒砂巖丘陵溝壑區(qū)、黃土丘陵溝壑區(qū)和沙化黃土丘陵溝壑區(qū)三個水土流失類型區(qū)[2]。

2“8.18”洪水水文情勢

2.1 雨情

2016年8月17日至18日凌晨，山陜區(qū)間北部再降大到暴雨，其中，皇甫川流域降雨過程自8月17日4時左右開始，期間時斷時續(xù)，至18日8時基本結(jié)束，總歷時為28小時，此次降雨范圍基本籠罩全流域，暴雨主要集中在上游十里長川一帶。據(jù)統(tǒng)計，窟野河流域面平均雨量為80.8 mm（見圖1），暴雨中心位于海子塔，單站最大降雨量為130.8 mm，其中最大2小時39.6 mm，最大4小時55.8 mm，最大6小時72 mm。單站次大降雨量為古城113.2 mm，其中18日2時至3時最大1小時雨量39.4 mm，最大2小時48 mm，最大3小時降雨量75.4 mm，最大6小時79 mm。古城站最大2小時、4小時和6小時降雨均大于海子塔站，說明本次降雨古城站降雨強度大于海子塔站。

暴雨特點為：（1）降雨時斷時續(xù)，總降雨量大，面平均雨量多達80.8 mm，且主雨時段比較分散；（2）除了暴雨中心海子塔站外，流域其它雨量站如古城、劉家塔雨強也相對較大；（3）暴雨中心海子塔站本次降雨量高達130.8 mm，為歷史罕見；（4）雨區(qū)分布范圍廣，暴雨中心區(qū)籠罩面積大，大于50 mm和100 mm降雨籠罩面積占流域總面積的83.3%和9.9%。

圖1 皇甫川及其鄰近地區(qū)2016年“8.18”暴雨等值線（mm）

2.2 水情沙情

受暴雨影響，皇甫川流域皇甫站2016年8月17日14:12時洪水起漲，流量10 m3/s，水位864.4 m。由于降雨強度比較大，洪水上漲迅速，于8月18日6時45分達到峰頂，洪峰流量2220 m3/s，水位867.32 m，實測最大含沙量510 kg/m3（見圖2）。次洪洪量為3147萬m3，次洪輸沙量952萬t。

圖2 皇甫川皇甫站2016年“8.18”洪水過程線

3 與歷史雨洪對比分析

3.1 與歷史大洪水對比

選取1967年以來皇甫站洪峰流量排名前列的25場歷史場次洪水，統(tǒng)計暴雨洪水特征值，并分別點繪次洪洪量和次洪沙量與面平均雨量以及暴雨中心雨量的關(guān)系圖（圖3～圖 6）[3]。

從圖中可以看出，整體上本次洪水的點據(jù)位于點群右下方。在面平均雨量相似的情況下，歷史洪水次洪洪量一般在13000萬m3左右、次洪沙量大體在6500萬～9300萬t之間；在暴雨中心雨量相似的情況下，歷史洪水次洪洪量一般在6000萬～13000萬m3之間、次洪沙量在5500萬～9300萬t之間，本次洪水次洪洪量僅有3147萬m3，次洪沙量僅有952萬t；反映出在相似降雨條件下，本次洪水的洪量、輸沙量均遠小于歷史洪水的相應(yīng)值。

圖3 皇甫站次洪洪量與面平均雨量關(guān)系

圖4 皇甫站次洪沙量與面平均雨量關(guān)系

圖5 皇甫站次洪洪量與暴雨中心雨量關(guān)系

圖6 皇甫站次洪沙量與暴雨中心雨量關(guān)系

3.2 與歷史上降雨相似洪水對比分析

本次暴雨的流域面平均雨量和暴雨中心雨量與歷史洪水相比都相對較大，從20世紀70～90年代選取與本場暴雨最為相似的三場歷史典型雨洪和本次暴雨對比分析。

皇甫站與本次洪水面平均雨量和暴雨中心雨量相似的歷史洪水有1972年7月19日洪水（洪峰8400 m3/s）、1979年8月10日洪水（洪峰4960 m3/s）、1988年8月5日洪水（洪峰6790 m3/s）3場洪水，暴雨洪水特征值見表1。與三場相似歷史洪水的平均值相比，在面平均雨量和暴雨中心雨量接近的情況下，本次洪水的洪峰流量偏小了66.9%，次洪洪量偏小了73.5%，輸沙量偏小88.3%，而大于50 mm的暴雨籠罩面積比歷史均值偏大了28.7%，大于100 mm的暴雨籠罩面積比歷史均值偏大了13.2%，暴雨中心最大2 h和最大4 h雨量分別偏大8.8%和42.9%。

與歷史相似面平均雨量的暴雨洪水對比分析可見，同為特大暴雨，且本次暴雨的雨量、雨強和暴雨中心籠罩面積均更大，但洪峰、洪量和輸沙量卻較歷史大幅減少[4]。同時看出，洪峰的減少程度小于洪量的減少程度，洪量的減少程度小于輸沙量的減少程度。

表1 皇甫川皇甫站典型雨洪特征值對比分析

4 水沙偏少的原因

2016年皇甫川流域“8.18”暴雨洪水與歷史洪水相比，明顯呈現(xiàn)雨量雨強大，次洪洪量和次洪沙量小的特點，分析本次暴雨水沙偏少原因可能有以下幾點：

（1）本次暴雨中心主要集中在支流十里長川的上游一帶，離下游控制站皇甫站距離較遠[5]，洪水傳播時間長，且河道受人類活動干擾嚴重，一定程度上改變了降雨和次洪洪量、次洪沙量的關(guān)系。

（2）流域良好的植被覆蓋度是減洪減沙的重要原因。草本植被能夠削減降雨動能、減少濺蝕量，延遲徑流的產(chǎn)生以及產(chǎn)流后的匯流過程。同時密集的植被根系可以加固疏松的土壤，保護深層的土壤，加上草根對土壤水分的吸收，從而提高了土壤的抗、抗蝕性[6]。另外，草地坡面相對于裸地糙率增加，使得水流流速明顯減小，從而使侵蝕產(chǎn)沙量減小。

皇甫川流域在1983年正式列為全國8片重點治理區(qū)之一[7]，2000年皇甫川流域主要所在地準格爾旗又被國家確定為全國174個退耕還林試點示范縣之一，同時隨著經(jīng)濟發(fā)展大批農(nóng)民工進城，很多地區(qū)“自然”退耕。國家一系列治理措施的應(yīng)用和地區(qū)經(jīng)濟騰飛后社會結(jié)構(gòu)的變化等多種因素作用下，當?shù)亓植葜脖蛔兓薮蟆?012年8月遙感影像顯示，皇甫川流域納林川和十里長川的草灌林地面積占全流域面積的比例達到70%左右。

（3）近年來，皇甫川流域修建了大量的淤地壩和小水庫，在洪水期間或過后，淤地壩會攔蓄洪水和泥沙，即使不攔蓄洪水也會對洪水輸移產(chǎn)生阻力。截至2015年，皇甫川流域1990年之后修建的骨干壩總庫容約1.8億m3，這些壩庫工程的建設(shè)在滯洪攔沙、削減洪峰方面發(fā)揮了重要作用[8]。

[1]慕星，張曉明.皇甫川流域水沙變化及驅(qū)動因素分析[J],干旱區(qū)研究.2013，30（5）：933-939.

[2]冉大川，高健翎，趙安成，王愿昌.皇甫川流域水沙特性分析及其治理對策[J].水利學(xué)報，2003，34（2）：122-128.

[3]金雙彥，林燦堯，張展，陳艷.下墊面變化對皇甫川“7.21”洪水特性的影響[J].人民黃河，2013，35（4）：19-21.

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[5]陳志凌，李曉宇，陳衛(wèi).黃河中游窟野河“7.21”暴雨洪水特性簡析[J].人民黃河，2013，35（6）：21-22.

[6]金雙彥，蔣昕暉，張春嵐.2013年7月延河流域連續(xù)性洪水特性分析[J].水文，2016，36（4）：93-96.

[7]王小軍，蔡煥杰，張鑫，王健，翟俊峰.皇甫川流域水沙變化特點及其趨勢分析[J].水土保持研究，2009，16（1）：222-226

[8]金雙彥，朱世同，張志恒等.皇甫川流域次洪水沙特征值變化特點[J].人民黃河，2013，35（5）：88-91.

Elementary Analysis on Characteristics of"8.18"Storm Flood in Huangfuchuan Watershed

Zhang Ping,Zhang Xu

（YellowRiver Hydrologyand Water Resources Research Institute Zhengzhou 450004,Henan Huayuankou hydrological station,YellowRiver Water Resources Commission Zhengzhou 450004,Henan）

P333

A

1673-9000（2017）05-0032-03

2017-05-10

張萍（1982-），女，河南鄭州人，工程師，主要從事水文水資源工作。