北洛河中游洪水頻率分析

師　奎

【摘 要】 本文分析了北洛河中游河段的洪水特性和洪量組成,確定交口河站歷史大洪水經(jīng)驗頻率,計算交口河站洪水頻率。

【關(guān)鍵詞】 北洛河;洪水;特性;頻率

一、流域概況

北洛河是渭河的第二大支流,發(fā)源于定邊縣白于山南麓,自西北向東南流經(jīng)陜、甘兩省18個縣市,干流經(jīng)我省的吳起、志丹、甘泉、富縣、白水、蒲城,于大荔縣東南注入渭河。流域面積26905km²,干流全長680km,河道平均比降1.53‰。北洛河兩岸支流眾多,水系呈羽狀分布。集水面積大于1000km²的支流有周河、葫蘆河、沮河三條。干流從河源至甘泉縣道佐埠為上游,長297km;道佐埠至白水河口為中游,長229km;白水河口以下為下游,長154km。

北洛河上游為黃土丘陵溝壑區(qū),中游兩側(cè)分水嶺為子午嶺林區(qū)和黃龍山林區(qū),中部為黃土塬區(qū),下游進入關(guān)中地區(qū),為黃土階地與沖積平原區(qū)。

二、洪水特性

北洛河流域的洪水均系暴雨所致,暴雨多為雷暴雨。由于流域上游屬黃土丘陵溝壑區(qū),植被稀疏,山大、溝深、坡陡,河床比降大,洪水常攜帶大量泥沙,具有來勢迅猛、歷時短、暴漲暴落,峰高量小,峰型尖瘦的特點。

根據(jù)北洛河上游的吳旗、劉家河及交口河三個水文站的洪水資料分析,吳旗到劉家河站的洪水特點是自上而下洪峰流量呈遞增型,劉家河至交口河站的洪峰流量呈遞減型。根據(jù)劉家河站和交口河站1959～2005年47年實測洪水資料分析,上游劉家河站洪峰大于下游交口河站有43年,占91%。劉家河站洪峰流量演進至交口河站,其20～30年一遇洪水的洪峰流量衰減量在37%左右,如1966年7月洪水,劉家河站洪峰流量為6180m³/s,到交口河站時衰減到3880m³/s,減少37.2%,1992年8月洪水劉家河站洪峰流量5530m³/s,交口河站為3500m³/s,減少36.7%。當(dāng)北洛河上游發(fā)生大于50年一遇洪水,由劉家河洪峰演進到交口河,洪峰流量減少一般在10～20%,如1994年9月洪水,劉家河站洪峰流量為8030m³/s,交口河站為6630m³/s,洪峰衰減量為17.4%。可見交口河站的洪水主要來源于劉家河以上,區(qū)間來水較少。

三、洪水的地區(qū)組成及遭遇分析

1、洪水的地區(qū)組成

經(jīng)對交口河站實測洪峰流量大于1500m³/s的8場洪水統(tǒng)計分析,三日洪量均值為12100萬m³,一日洪量均值為7750萬m³,占三日洪量的64%。分析的8場實測洪水中,最大一場洪水的三日洪量為21064萬m³(1994年8月),最小一場為6904萬m³(1969年7月)。

把交口河站洪水來源分為劉家河站以上、葫蘆河張村驛站以上及劉、張、交區(qū)間三部分,從分析結(jié)果可看出,8場洪水均主要來源于劉家河站以上,劉家河站平均三日洪量占交口河站的95.4%,遠(yuǎn)大于劉家河站流域面積與交口河站流域面積的比值42.6%,受河道槽蓄及地下滲流等影響,部分洪水劉家河站三日洪量大于下游交口河站(1959、1994、1999等年份);張村驛站平均3日洪量占交口河站的6.5%,遠(yuǎn)小于該站流域面積與交口河站流域面積的比值27.4%,這是因為葫蘆河流域主要為黃土林區(qū),產(chǎn)洪很小的原因所致;劉家河、張村驛、交口河站區(qū)間流域面積5140km²,占交口河站流域面積的30%,該區(qū)域主要為黃土丘陵區(qū),產(chǎn)洪較小。見表1。

2、干支流洪水遭遇

根據(jù)交口河站的洪水組成可知,該站洪水主要來自北洛河干流,其上游支流葫蘆河洪水所占比例很小。張村驛站控制流域面積4715km²,占葫蘆河流域總面積的86.5%,因此分析交口河和張村驛站的洪水資料,基本可得出北洛河干流與葫蘆河的洪水遭遇情況。

經(jīng)對交口河站和張村驛站1958～2005年48年的年最大洪水統(tǒng)計分析,當(dāng)交口河站發(fā)生年最大洪水時,張村驛站有7年也同次發(fā)生年最大洪水,占總年數(shù)的21.2%,有19年該站基本不發(fā)生洪水(洪峰流量小于20m³/s),占總年數(shù)的57.6%,另外7年張村驛站雖有洪水發(fā)生,但為年次大或一般洪水。當(dāng)葫蘆河發(fā)生年最大洪水時,交口河站除7年發(fā)生同次洪水外,有7年該站基本無洪水發(fā)生(洪峰流量小于100m³/s),占總年次的21.2%,另外19年發(fā)生次大或一般洪水。

從實測洪水的量級來看,交口河站實測最大洪峰流量6630m³/s,該場洪水相當(dāng)于50年一遇洪水,張村驛站此時基本沒有洪水發(fā)生;張村驛站實測最大洪峰流量為1210m³/s,該場洪水應(yīng)為葫蘆河70年一遇洪水,交口河站同次洪水洪峰流量為1290m³/s,相當(dāng)于該站5年一遇洪水。

從以上分析結(jié)果知,北洛河干流與支流葫蘆河洪水存在遭遇的可能,但支流葫蘆河的洪水量級較小,即使發(fā)生洪水遭遇,葫蘆河的洪水對干流洪水也不會造成太大的影響。

四、交口河站洪水頻率分析

1、洪水系列的可靠性分析

交口河站1952～2005年洪水資料均為水文年鑒整編成果,該站測驗河段順直,斷面沖淤變化大,中低水采用流速儀測流,高水采用均勻浮標(biāo)或中泓浮標(biāo)法測流。54年的年最大流量系列資料連續(xù),數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

2、洪水系列一致性分析

目前,北洛河在交口河以上干支流未建大中型水利工程,人類活動對交口河站的洪水影響較小,因此年最大洪峰流量系列一致性好。

3、洪水系列代表性分析

通過點繪交口河站年最大洪峰流量歷時過程線圖,從歷時過程線圖來看,在54年系列包含有大、中、小水年份,系列代表性較好。同時計算洪水系列的均值、Cv值,并點繪其過程線,從均值和Cv值的變化曲線可以看出:隨著系列的增長均值和Cv均趨于穩(wěn)定,當(dāng)系列的長度增加到36年(1995年)左右時均值、Cv值已趨于相對穩(wěn)定。通過以上分析,其洪水系列代表性較好。

4、調(diào)查歷史洪水

北洛河中上游自1957年以來,先后有黃委會設(shè)計院、交口河中心水文站、陜西省水文總站、黃委會生產(chǎn)組等有關(guān)單位進行過大量洪水調(diào)查工作。1982～1984年,黃委會設(shè)計院、陜西省水利廳在進行洪水調(diào)查資料整編、匯編工作時,對原調(diào)查成果又進行了復(fù)核,故本次以《陜西省洪水調(diào)查資料》中的匯編成果為依據(jù)。北洛河中游調(diào)查洪水見表2。

在交口河上游的吳旗、劉家河及下游的南城里、狀頭等地均調(diào)查到咸豐五年(1855年)的大洪水,但在甘泉到交口河段沒有反映。為了確定交口河站1855年大洪水的量值,從以下兩個方面分析確定:

(1)用1994年8月大洪水遞減率估算。

交口河站1994年9月1日最大洪峰流量是6630m³/s,占劉家河最大洪峰流量8030m³/s的82.6%。按此遞減率計算1855年調(diào)查洪水在交口河站應(yīng)為8210m³/s。

(2)建立劉家河洪峰流量～交口河洪峰流量相關(guān)關(guān)系。

在1959～2005年47年的洪水要素摘錄資料中,選擇交口河站洪峰流量大于1000m³/s與劉家河站相應(yīng)的洪水共18場,建立相關(guān)關(guān)系(見圖4),相關(guān)系數(shù)為0.97。由圖查得:1855年交口河站的洪峰流量是8300m³/s。

從以上兩種方法分析計算的結(jié)果可以看出:計算的交口河站1855年洪水的洪峰流量比較接近,綜合考慮采用8210m3/s數(shù)值比較合理。所以,交口河站1855年洪峰流量為1821年(道光元年)至今的最大洪水。

5、交口河站洪水頻率計算

交口河站采用1952～2005年年最大流量,將1855年、1821年和1994年洪水作為特大值處理,按不連續(xù)系列進行頻率計算。1932、1933年調(diào)查值與1966年實測接近,又較1994年洪水量值小,不再作特大值處理。1855年洪水重現(xiàn)期為150～185年,從偏安全考慮重現(xiàn)期采用150年;1821年和1994年洪水重現(xiàn)期為75年,其經(jīng)驗頻率見表3。

按不連續(xù)系列,采用皮爾遜Ⅲ型曲線,以矩法計算統(tǒng)計參數(shù)的初始值,用離差平方和準(zhǔn)則進行參數(shù)優(yōu)化,再經(jīng)目估適線進行調(diào)整,交口河站不同頻率洪水成果見表4。

6、成果合理性分析

關(guān)于交口河站的洪水頻率分析,在1994年大洪水之后有關(guān)單位曾經(jīng)做過很多工作,將本次計算結(jié)果與其對照檢查,除系列均值偏小外,Cv值與其它成果接近。均值偏小是北洛河自1994年大洪水之后十多年來沒有發(fā)生量級較大洪水的原因,其計算的參數(shù)和洪峰流量符合北洛河中游河段大洪水演進和變化規(guī)律。

五、結(jié)束語

通過對北洛河中游河段洪水特性和遭遇分析,推算出交口河斷面1855年調(diào)查歷史大洪水,明確了該河段歷史洪水排位,從而計算出交口河站洪水頻率,其成果對該河段涉河工程的設(shè)

計具有參考作用。

【參考文獻】

[1] 陜西省洪水調(diào)查資料(第一冊 黃河流域)1984.12.

[2] 《水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范》SL44-2006.

【作者簡介】

師奎(1965-),工程師,主要從事水文情報預(yù)報、水文勘測、水文分析計算、評價等研究.