遼寧中東部中小流域洪水過(guò)程全要素特征規(guī)律分析研究

秦曉磊

(遼寧省沈陽(yáng)水文局，遼寧 沈陽(yáng) 110043)

流域洪水要素的規(guī)律對(duì)于區(qū)域防洪規(guī)劃十分重要，是防洪規(guī)劃設(shè)計(jì)的重要依據(jù)也是防汛決策的關(guān)鍵支撐數(shù)據(jù)。當(dāng)前對(duì)于區(qū)域洪水要素規(guī)律的分析成果較多[1-9]，但都是基于對(duì)大江大河流域的洪水要素進(jìn)行分析的研究，而針對(duì)中小流域洪水的研究還較少，近些年來(lái)中小河流已逐步成為防洪規(guī)劃的重點(diǎn)區(qū)域，也急需對(duì)中小河流的洪水要素的規(guī)律進(jìn)行分析。為此本文以遼寧中東部為研究區(qū)域，結(jié)合區(qū)域內(nèi)35個(gè)水文站近409場(chǎng)洪水?dāng)?shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析了遼寧中東部中小流域洪水過(guò)程全要素的變化規(guī)律。研究成果對(duì)于遼寧中東部的防洪規(guī)劃具有十分重要的參考價(jià)值。

1 分析方法及資料選取

1.1 分析方法

1.1.1 洪水歷時(shí)時(shí)空分布特性分析

洪水歷時(shí)是分析洪水特性的主要要素之一，分別統(tǒng)計(jì)遼寧中東部水文站3個(gè)特征時(shí)段的時(shí)空分布特性，如圖1所示。3個(gè)時(shí)段分別為T(mén)1：降水開(kāi)始到場(chǎng)次洪水起漲點(diǎn)時(shí)間，T2：起漲點(diǎn)到洪峰點(diǎn)時(shí)間，T3：洪峰到地表徑流結(jié)束點(diǎn)時(shí)間。對(duì)選定的各場(chǎng)洪水按照中等流域(300～1000km2)以及小流域(東部300km2以下，中部600km2以下)進(jìn)行了以上3個(gè)時(shí)段的分析。然后按照各水文站所在二級(jí)分區(qū)，統(tǒng)計(jì)各二級(jí)不同洪水歷時(shí)，并在此基礎(chǔ)上，按東部、中部2個(gè)區(qū)域統(tǒng)計(jì)分析區(qū)域不同時(shí)段空間分布特性。

1.1.2 洪量時(shí)空分布特性分析

采用滑動(dòng)平均的方法，對(duì)各二級(jí)分區(qū)水文站不同場(chǎng)次洪水最大24h、48h、72h、5d以及場(chǎng)次徑流深進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，選定的各場(chǎng)洪水按照中等流域(300～1000km2)以及小流域(東部300km2以下，中部600km2以下)進(jìn)行了不同時(shí)段洪量的分析。然后按照各水文站所在二級(jí)分區(qū)，統(tǒng)計(jì)各二級(jí)不同時(shí)段洪量，并在此基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)分析各分區(qū)最大24h、48h、72h、5d洪量在場(chǎng)次洪量的百分比，用于分析各二級(jí)區(qū)不同時(shí)段洪量的分布特性。在二級(jí)區(qū)不同時(shí)段洪量分析的基礎(chǔ)上，按東部、中部2個(gè)區(qū)域統(tǒng)計(jì)分析區(qū)域不同時(shí)段洪量的時(shí)空分布特性。

1.2 資料選取

為分析中等流域洪水特性，選取遼寧省集水面積在300～1000km2的水文站用于洪水特性分析，按照峰高、洪量較大的原則對(duì)水文站洪水進(jìn)行選樣挑選，每個(gè)水文站挑選的洪水場(chǎng)次數(shù)見(jiàn)表1，其中在水文II區(qū)中由于缺少流域面積在300～1000km2的水文站，選用流域面積大于1000km2的小荒地、公主屯以及彭家堡分析II區(qū)洪水特性。

圖1 各時(shí)段統(tǒng)計(jì)點(diǎn)說(shuō)明

表1 水文站選用數(shù)據(jù)情況

2 分析成果

2.1 洪水歷時(shí)分析成果

2.1.1 中等流域

按照各水文分區(qū)選取站點(diǎn)漲洪歷時(shí)、落水歷時(shí)、漲落歷時(shí)以及洪水總歷時(shí)值，統(tǒng)計(jì)各分區(qū)不同特征時(shí)段的均值，結(jié)果見(jiàn)表2，并對(duì)遼寧省不同時(shí)段洪水歷時(shí)進(jìn)行總結(jié)，按照東部(III1、III2、III3、III4、III5、III6、Ⅳ區(qū))、中部(I2、I3、II、III7區(qū))不同時(shí)段的洪水歷時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 各水文分區(qū)不同時(shí)段洪水歷時(shí)統(tǒng)計(jì)(300～1000km2)

表3 中等流域(300～1000km2)各區(qū)域不同時(shí)段洪水歷時(shí)統(tǒng)計(jì)

從表2中可以看出，在I3區(qū)的洪水歷時(shí)特點(diǎn)表現(xiàn)為漲洪歷時(shí)平均為51.6h，落水歷時(shí)平均為75.3h，整個(gè)洪水漲落歷時(shí)均值達(dá)到126.9h，基本在5d內(nèi)完成洪水的漲落過(guò)程;I2區(qū)洪水歷時(shí)的特點(diǎn)表現(xiàn)為漲洪歷時(shí)為31.6h，落水歷時(shí)平均為42.2h，漲水和落水歷時(shí)都要短于I3區(qū);III1區(qū)洪水歷時(shí)的特點(diǎn)表現(xiàn)為漲洪歷時(shí)的均值達(dá)到26.9h，落水歷時(shí)的均值達(dá)到32.9h，整個(gè)漲落水歷時(shí)均值達(dá)到59.8h。III3、III5、III6 3個(gè)分區(qū)漲落歷時(shí)較為接近，漲水水歷時(shí)均值19h左右，而落水歷時(shí)在30h左右，整個(gè)漲落歷時(shí)均在49h左右，這些分區(qū)漲落基本在2d內(nèi)完成。III7洪水起漲歷時(shí)都要高于III分區(qū)的其他二級(jí)分區(qū)，III7區(qū)起漲歷均值達(dá)到42.6h，而落水歷時(shí)平均值達(dá)到57.7h，整個(gè)洪水漲落歷時(shí)均值達(dá)到100.3h，洪水漲落歷時(shí)大于3d。IV區(qū)漲洪歷時(shí)為11.7h，而落水歷時(shí)達(dá)到13.3h，IV區(qū)洪水漲落均值基本在25h內(nèi)完成。從表3中可以看出，東部和中部洪水歷時(shí)差異性較大，東部從起漲點(diǎn)到峰值點(diǎn)歷時(shí)為18.1h，從起漲點(diǎn)到地表徑流結(jié)束點(diǎn)歷時(shí)均值44.1h，中部漲水歷時(shí)均值為39.9h，從起漲點(diǎn)到地表徑流結(jié)束點(diǎn)歷時(shí)均值為93.9h。

2.1.2 小流域

按照各水文分區(qū)選取站點(diǎn)漲洪歷時(shí)、落水歷時(shí)、漲落歷時(shí)以及洪水總歷時(shí)值，統(tǒng)計(jì)各分區(qū)不同特征時(shí)段的均值，結(jié)果見(jiàn)表4，并對(duì)遼寧省小流域不同時(shí)段洪水歷時(shí)進(jìn)行總結(jié)，按照東部(III1、III2、III4、III5、IV)、中部(I2、I3區(qū)、III7區(qū))的不同時(shí)段的洪水歷時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 小流域(300km2以下)各區(qū)域不同時(shí)段洪水歷時(shí)統(tǒng)計(jì)

從表4中可以看出，在各水文分區(qū)中，從洪水起漲點(diǎn)到峰值均值最大為I3區(qū)，漲洪歷時(shí)為39.0h，V1區(qū)漲水歷時(shí)最短，為2.1h。I3區(qū)從峰值到地表徑流結(jié)束點(diǎn)的落水歷時(shí)在各分區(qū)也是最長(zhǎng)的，為67.8h，V2區(qū)落水歷時(shí)最短，為3.7h。I3區(qū)由于漲水平均時(shí)間較長(zhǎng)，使得區(qū)洪水漲落歷時(shí)在各分區(qū)最長(zhǎng)，為106.8h，總體來(lái)看，各分區(qū)漲水歷時(shí)均基本小于48h。除I2、I3區(qū)外，落水歷時(shí)均值均小于55h。從表5中可以看出，中部平均需要39.3h才能從起漲點(diǎn)到峰值點(diǎn)，東部漲水歷時(shí)的均值為11.0h；中部區(qū)域平均需43.8h洪水地表徑流結(jié)束。從各區(qū)域洪水漲落歷時(shí)來(lái)看，中部區(qū)域平均需要73.6h完成一次洪水漲落過(guò)程，東部小流域平均需要28.8h完成一次洪水漲落過(guò)程。

2.2 洪量組成分布分析結(jié)果

為分析洪水洪量特性，分別對(duì)選取的水文站不同場(chǎng)次洪水最大24、48、72以及120h的時(shí)段徑流深，此外還統(tǒng)計(jì)不同場(chǎng)次洪水從起漲點(diǎn)到峰值點(diǎn)歷時(shí)內(nèi)徑流深(峰前量)以及峰值點(diǎn)到地表徑流結(jié)束點(diǎn)歷時(shí)內(nèi)徑流深(峰后量)。在各時(shí)段洪量統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，按照分區(qū)統(tǒng)計(jì)不同時(shí)段洪量占場(chǎng)次洪水洪量的百分比，結(jié)果見(jiàn)表6，并對(duì)遼寧省不同時(shí)段洪水歷時(shí)進(jìn)行總結(jié)，按照東部(III1、III2、III3、III4、III5、III6)、中部(I2、I3區(qū)、Ⅲ7、II區(qū))不同時(shí)段的洪量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表7。

表6 各水文分區(qū)不同時(shí)段洪量統(tǒng)計(jì)(300～1000km2) %

表7 各區(qū)域不同時(shí)段洪量歷時(shí)統(tǒng)計(jì)(300～1000km2) %

2.2.1 中等流域

從表6中可以看出，I、II、III1、III2、III3、III4、III5、III6區(qū)65%～75%的洪量發(fā)生在48h內(nèi)，在48～120h內(nèi)產(chǎn)生的洪量占總洪量的25%～35%之間，III7區(qū)60%的洪量分布在48h，48～120h產(chǎn)生的洪量所占的比例為40%，Ⅳ區(qū)85%的水量發(fā)生在48h內(nèi)，平均15%的水量發(fā)生在48～120h內(nèi)。V區(qū)、VI1區(qū)、VI2區(qū)、VI3區(qū)平均85%的洪量發(fā)生在48h以內(nèi)完成。從表7中可以看出，東部80%的水量發(fā)生在最大72h內(nèi)。中部峰前量為29.3%，東部峰前量為22.1%；東部峰后量為77.9%，中部峰后量為70.7%。

2.2.2 小流域

統(tǒng)計(jì)了300km2以下，中部600km2以下不同分區(qū)水文站時(shí)段洪量統(tǒng)計(jì)結(jié)果，結(jié)果見(jiàn)表8，并對(duì)遼寧省不同時(shí)段洪水歷時(shí)進(jìn)行總結(jié)，按照東部(III1、III2、III4、III5)、中部(I3區(qū)、III7區(qū))的不同時(shí)段的洪量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)了各區(qū)域不同時(shí)段洪水占場(chǎng)次洪量的比例，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表9。

表8 小流域各水文分區(qū)不同時(shí)段洪量統(tǒng)計(jì) %

表9 小流域各區(qū)域不同時(shí)段洪量歷時(shí)統(tǒng)計(jì) %

從表8、9可以看出東部區(qū)域80%的水量在72h內(nèi)完成，中部區(qū)域80%的水量發(fā)生在120h內(nèi)。

3 主要結(jié)論

遼寧中東部中等流域一次洪水過(guò)程基本在3d內(nèi)結(jié)束，防汛關(guān)鍵期在降水開(kāi)始后30～50h以內(nèi)，峰后量(從峰值到洪水結(jié)束段)從東部-中部逐漸遞減的規(guī)律，區(qū)域峰前和峰后量所占比例較為接近；遼寧中東部小流域一次洪水過(guò)程基本在2d內(nèi)結(jié)束，防汛關(guān)鍵期在降水開(kāi)始后20～40h以內(nèi)，洪量主要集中在前24h內(nèi)；本文未對(duì)主峰雨時(shí)間進(jìn)行分析，而主峰雨也是防汛決策的關(guān)鍵信息，在以后的研究中需要進(jìn)一步深入研究主峰雨的時(shí)間。