惠濟(jì)河洪水成因變化及重現(xiàn)期計(jì)算研究

周星宇，朱學(xué)涵，尚鐘睿

（1.河南省豫東水利保障中心，河南 開封 475000；2.河南省開封水文水資源測報(bào)分中心，河南 開封 475000）

1 概述

惠濟(jì)河是豫東平原的一條主要骨干河道，發(fā)源于開封市城區(qū)，流經(jīng)開封市祥符區(qū)、杞縣，商丘市睢縣、柘城縣，周口市鹿邑縣，在安徽省兩河口匯入渦河，全長181.8 km，流域面積4 130 km2。其主要承擔(dān)沿河地市度汛排澇任務(wù)，同時(shí)擔(dān)負(fù)市、縣區(qū)工業(yè)、生活退水，以及柳園口、黑崗口引黃灌區(qū)退水功能。全河段設(shè)有大王廟水文站和磚橋水文站。

2 惠濟(jì)河汛期洪水變化原因分析

2.1 引黃灌區(qū)退水

流域內(nèi)引黃灌溉和放淤改土造成地下水位抬升，提高了降雨產(chǎn)流率。20世紀(jì)70年代，流域內(nèi)新建趙口、柳園口兩個(gè)引黃灌區(qū)，引黃灌溉工作在60年代后期暫停后開始恢復(fù)，地下水補(bǔ)給充分，地下水位始終維持在較高水平，降雨產(chǎn)生徑流的時(shí)間縮短，徑流量也得到了大幅提升。

20 世紀(jì)80 年代，河南省沿黃地市普遍開展引黃放淤改土工作，利用引黃工程大量引用汛期高含沙黃河水改良土壤，取得了非常大的成效。同時(shí)，惠濟(jì)河上游引黃灌區(qū)管理粗放，大水漫灌、晝灌夜排現(xiàn)象比較嚴(yán)重，放淤改土后的退水排入河道加大了河流流量。根據(jù)大王廟水文年鑒記載，1984 年惠濟(jì)河全年徑流量為2.79億m3，上游引黃退水為3.70億m3，降雨徑流和引黃退水疊加造成了1984年8月13日的最大洪峰。

1992 年8 月12 日惠濟(jì)河洪水的成因與1984 年類似，只是當(dāng)年退入河道內(nèi)的黃河水不是放淤改土退水，而是上游引黃灌區(qū)承擔(dān)汛期黃河分洪任務(wù)的退水。

引黃退水排入惠濟(jì)河的越來越少，在0.50 億m3以下。降雨徑流和引黃退水疊加形成大洪水不會再發(fā)生。

2.2 降水因素

惠濟(jì)河為雨源型平原河道，降雨是洪水產(chǎn)生的必要條件。多年實(shí)測資料表明，流域內(nèi)發(fā)生日平均降雨50 mm，或月累計(jì)降雨200 mm，惠濟(jì)河就會出現(xiàn)50 m3/s以上的流量，全年70%的降雨和80%以上的洪水都發(fā)生在6-9月份汛期。

惠濟(jì)河流域多年平均降雨量662.70 mm，根據(jù)1964年以來大王廟雨量站實(shí)測資料，惠濟(jì)河流域歷年降雨量雖然變幅較大，但整體并沒有變大或變小的趨勢。就惠濟(jì)河洪水組成而言，年降雨量變化不是造成惠濟(jì)河歷年洪水逐漸變小的原因。

2000年以來，共發(fā)生兩次流量超過100 m3/s的洪水。一次發(fā)生在2004 年8 月17 日，實(shí)測洪峰流量為122 m3/s，另一次發(fā)生在2021年7月23日，實(shí)測洪峰流量為113 m3/s。

2021年7月19日至21日，連續(xù)3日累計(jì)降雨量達(dá)328 mm，降雨強(qiáng)度為歷史罕見，洪水徑流以超滲產(chǎn)流為主。2004年7月16日至8月16日陰雨連綿，降雨持續(xù)時(shí)間長，累計(jì)降雨量達(dá)405 mm，洪水徑流主要為蓄滿產(chǎn)流。這兩次降雨產(chǎn)生的洪水，是兩種不同產(chǎn)流方式的典型事例，雖然降雨量很大，甚至為歷史罕見，但最大洪峰流量都不超過150 m3/s。因此基本可以斷定，隨著經(jīng)濟(jì)社會不斷發(fā)展，生產(chǎn)生活用水需求不斷加大，在現(xiàn)有水利基礎(chǔ)設(shè)施保持完整運(yùn)行通暢的情況下，除非發(fā)生更大降雨，否則惠濟(jì)河很難再出現(xiàn)超過150 m3/s的洪水。

2.3 社會發(fā)展與水利工程原因

1977 年之前，惠濟(jì)河從上至下170 多公里基本上沒有進(jìn)行過系統(tǒng)治理，水利工程毀損不健全。河道淤塞，泄水不暢，上下游你扒我堵的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。田野積澇嚴(yán)重，降雨徑流極易形成積聚洪水，如遇較大降雨，就會在河道內(nèi)形成較大積水。河道高水位，寬水面，大水體，下游一旦暢通或潰決（注：20 世紀(jì)80 年代之前惠濟(jì)河經(jīng)常發(fā)生堤防潰決），就會形成特大洪峰。

1977 年和1978 年，河南省組織豫東有關(guān)地市對惠濟(jì)河進(jìn)行了大規(guī)模統(tǒng)一疏浚治理，河道行洪能力得到大幅提升，防洪流量達(dá)550 m3/s。之后，國家逐步加大水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入，各級各類水利工程不斷改造完善，流域內(nèi)降雨徑流排泄通暢，近20 年來沒再發(fā)生過大面積積澇和骨干河道堵塞的情況。

惠濟(jì)河流域年降雨總量沒有明顯變化，隨著社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城鄉(xiāng)生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水不斷增大，加之引黃灌區(qū)退水逐漸減少，導(dǎo)致惠濟(jì)河年徑流量及汛期洪水不斷減少。

3 洪水重現(xiàn)期分析

3.1 洪水頻率分析

根據(jù)大王廟站1964-2021 年年最大流量系列劃分的1～5個(gè)演變年代系列，分別計(jì)算各個(gè)演變年代分系列年最大流量的均值Q、均方差S、變差系數(shù)Cv、偏態(tài)系數(shù)Cs，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 大王廟站年最大流量頻率計(jì)算表

從大王廟站1-5個(gè)演變年代分系列的變化可知：A均值Q的變化趨勢為不斷減小，且除1系列與2系列的差值偏大以外，其余減小量均相近，說明1系列年最大流量相對其他系列偏大。B變差系數(shù)Cv的變化趨勢為逐漸增大，與均值Q的變化相反。C偏態(tài)系數(shù)1系列較小，接近正態(tài)分配，說明該系列內(nèi)大流量與小流量均存在且出現(xiàn)頻率相近。5系列偏態(tài)系數(shù)最大，表示年最大流量數(shù)據(jù)嚴(yán)重右偏。

3.2 洪水演變分析

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，并結(jié)合該地區(qū)實(shí)際情況可知，20世紀(jì)80年代，惠濟(jì)河河道情況已發(fā)生了大的變化，流量大幅度減小，原有流量數(shù)據(jù)以及所計(jì)算的洪水重現(xiàn)期已不適合新的河道。

4 洪水重現(xiàn)期基本判斷

4.1 洪水重現(xiàn)期計(jì)算

計(jì)算1964-2021全序列年最大流量頻率重現(xiàn)期，計(jì)算結(jié)果見表2，劃分的三個(gè)序列洪水重現(xiàn)期計(jì)算結(jié)果見表3。

表2 大王廟站年最大流量頻率重現(xiàn)期計(jì)算表

表3 大王廟站年最大流量重現(xiàn)期演變統(tǒng)計(jì)表

4.2 年最大流量演變分析

3個(gè)系列的年數(shù)分別為18年，20年，20年，年最大流量變差系數(shù)Cv 從0.456 減小到0.376，流量頻率重現(xiàn)期50 年一遇流量從456 m3/s 到130 m3/s、100 年一遇流量從521 m3/s 到133 m3/s，年最大流量演變趨勢為大幅減小。

4.3 洪水重現(xiàn)期的規(guī)律

從表3 大王廟站年最大流量重現(xiàn)期演變統(tǒng)計(jì)表可知，從1964-1981 年到1982-2001 年，50 年一遇的年最大流量的變量為239 m3/s；從1982-2001 年到2002-2021 年，50 年一遇為87 m3/s。從1964-1981年到1982-2001年，100年一遇的年最大流量的變量為275 m3/s；從1982-2001 年到2002-2021 年，100 年一遇為113 m3/s。

①洪水重現(xiàn)期隨年代前進(jìn)而發(fā)生演變，年代越早，則年最大流量的變量大；反之，年代越晚，則年最大流量的變量小。②洪水重現(xiàn)期隨頻率變化而發(fā)生演變，頻率小，則年最大流量的變量大；反之，重現(xiàn)期頻率大，則年最大流量的變量小。

5 結(jié)語

惠濟(jì)河洪水逐漸變小的趨勢仍會繼續(xù)。鑒于2021年7月流域內(nèi)普降歷史罕見暴雨，造成惠濟(jì)河最大洪峰流量為112 m3/s?？梢灶A(yù)測，惠濟(jì)河不會再發(fā)生超過150 m3/s的洪水。