北洛河中游洪水频率分析

师　奎

【摘 要】 本文分析了北洛河中游河段的洪水特性和洪量组成,确定交口河站历史大洪水经验频率,计算交口河站洪水频率。

【关键词】 北洛河;洪水;特性;频率

一、流域概况

北洛河是渭河的第二大支流,发源于定边县白于山南麓,自西北向东南流经陕、甘两省18个县市,干流经我省的吴起、志丹、甘泉、富县、白水、蒲城,于大荔县东南注入渭河。流域面积26905km²,干流全长680km,河道平均比降1.53‰。北洛河两岸支流众多,水系呈羽状分布。集水面积大于1000km²的支流有周河、葫芦河、沮河三条。干流从河源至甘泉县道佐埠为上游,长297km;道佐埠至白水河口为中游,长229km;白水河口以下为下游,长154km。

北洛河上游为黄土丘陵沟壑区,中游两侧分水岭为子午岭林区和黄龙山林区,中部为黄土塬区,下游进入关中地区,为黄土阶地与冲积平原区。

二、洪水特性

北洛河流域的洪水均系暴雨所致,暴雨多为雷暴雨。由于流域上游属黄土丘陵沟壑区,植被稀疏,山大、沟深、坡陡,河床比降大,洪水常携带大量泥沙,具有来势迅猛、历时短、暴涨暴落,峰高量小,峰型尖瘦的特点。

根据北洛河上游的吴旗、刘家河及交口河三个水文站的洪水资料分析,吴旗到刘家河站的洪水特点是自上而下洪峰流量呈递增型,刘家河至交口河站的洪峰流量呈递减型。根据刘家河站和交口河站1959～2005年47年实测洪水资料分析,上游刘家河站洪峰大于下游交口河站有43年,占91%。刘家河站洪峰流量演进至交口河站,其20～30年一遇洪水的洪峰流量衰减量在37%左右,如1966年7月洪水,刘家河站洪峰流量为6180m³/s,到交口河站时衰减到3880m³/s,减少37.2%,1992年8月洪水刘家河站洪峰流量5530m³/s,交口河站为3500m³/s,减少36.7%。当北洛河上游发生大于50年一遇洪水,由刘家河洪峰演进到交口河,洪峰流量减少一般在10～20%,如1994年9月洪水,刘家河站洪峰流量为8030m³/s,交口河站为6630m³/s,洪峰衰减量为17.4%。可见交口河站的洪水主要来源于刘家河以上,区间来水较少。

三、洪水的地区组成及遭遇分析

1、洪水的地区组成

经对交口河站实测洪峰流量大于1500m³/s的8场洪水统计分析,三日洪量均值为12100万m³,一日洪量均值为7750万m³,占三日洪量的64%。分析的8场实测洪水中,最大一场洪水的三日洪量为21064万m³(1994年8月),最小一场为6904万m³(1969年7月)。

把交口河站洪水来源分为刘家河站以上、葫芦河张村驿站以上及刘、张、交区间三部分,从分析结果可看出,8场洪水均主要来源于刘家河站以上,刘家河站平均三日洪量占交口河站的95.4%,远大于刘家河站流域面积与交口河站流域面积的比值42.6%,受河道槽蓄及地下渗流等影响,部分洪水刘家河站三日洪量大于下游交口河站(1959、1994、1999等年份);张村驿站平均3日洪量占交口河站的6.5%,远小于该站流域面积与交口河站流域面积的比值27.4%,这是因为葫芦河流域主要为黄土林区,产洪很小的原因所致;刘家河、张村驿、交口河站区间流域面积5140km²,占交口河站流域面积的30%,该区域主要为黄土丘陵区,产洪较小。见表1。

2、干支流洪水遭遇

根据交口河站的洪水组成可知,该站洪水主要来自北洛河干流,其上游支流葫芦河洪水所占比例很小。张村驿站控制流域面积4715km²,占葫芦河流域总面积的86.5%,因此分析交口河和张村驿站的洪水资料,基本可得出北洛河干流与葫芦河的洪水遭遇情况。

经对交口河站和张村驿站1958～2005年48年的年最大洪水统计分析,当交口河站发生年最大洪水时,张村驿站有7年也同次发生年最大洪水,占总年数的21.2%,有19年该站基本不发生洪水(洪峰流量小于20m³/s),占总年数的57.6%,另外7年张村驿站虽有洪水发生,但为年次大或一般洪水。当葫芦河发生年最大洪水时,交口河站除7年发生同次洪水外,有7年该站基本无洪水发生(洪峰流量小于100m³/s),占总年次的21.2%,另外19年发生次大或一般洪水。

从实测洪水的量级来看,交口河站实测最大洪峰流量6630m³/s,该场洪水相当于50年一遇洪水,张村驿站此时基本没有洪水发生;张村驿站实测最大洪峰流量为1210m³/s,该场洪水应为葫芦河70年一遇洪水,交口河站同次洪水洪峰流量为1290m³/s,相当于该站5年一遇洪水。

从以上分析结果知,北洛河干流与支流葫芦河洪水存在遭遇的可能,但支流葫芦河的洪水量级较小,即使发生洪水遭遇,葫芦河的洪水对干流洪水也不会造成太大的影响。

四、交口河站洪水频率分析

1、洪水系列的可靠性分析

交口河站1952～2005年洪水资料均为水文年鉴整编成果,该站测验河段顺直,断面冲淤变化大,中低水采用流速仪测流,高水采用均匀浮标或中泓浮标法测流。54年的年最大流量系列资料连续,数据准确可靠。

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,人类活动对交口河站的洪水影响较小,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

通过点绘交口河站年最大洪峰流量历时过程线图,从历时过程线图来看,在54年系列包含有大、中、小水年份,系列代表性较好。同时计算洪水系列的均值、Cv值,并点绘其过程线,从均值和Cv值的变化曲线可以看出:随着系列的增长均值和Cv均趋于稳定,当系列的长度增加到36年(1995年)左右时均值、Cv值已趋于相对稳定。通过以上分析,其洪水系列代表性较好。

4、调查历史洪水

北洛河中上游自1957年以来,先后有黄委会设计院、交口河中心水文站、陕西省水文总站、黄委会生产组等有关单位进行过大量洪水调查工作。1982～1984年,黄委会设计院、陕西省水利厅在进行洪水调查资料整编、汇编工作时,对原调查成果又进行了复核,故本次以《陕西省洪水调查资料》中的汇编成果为依据。北洛河中游调查洪水见表2。

在交口河上游的吴旗、刘家河及下游的南城里、状头等地均调查到咸丰五年(1855年)的大洪水,但在甘泉到交口河段没有反映。为了确定交口河站1855年大洪水的量值,从以下两个方面分析确定:

(1)用1994年8月大洪水递减率估算。

交口河站1994年9月1日最大洪峰流量是6630m³/s,占刘家河最大洪峰流量8030m³/s的82.6%。按此递减率计算1855年调查洪水在交口河站应为8210m³/s。

(2)建立刘家河洪峰流量～交口河洪峰流量相关关系。

在1959～2005年47年的洪水要素摘录资料中,选择交口河站洪峰流量大于1000m³/s与刘家河站相应的洪水共18场,建立相关关系(见图4),相关系数为0.97。由图查得:1855年交口河站的洪峰流量是8300m³/s。

从以上两种方法分析计算的结果可以看出:计算的交口河站1855年洪水的洪峰流量比较接近,综合考虑采用8210m3/s数值比较合理。所以,交口河站1855年洪峰流量为1821年(道光元年)至今的最大洪水。

5、交口河站洪水频率计算

交口河站采用1952～2005年年最大流量,将1855年、1821年和1994年洪水作为特大值处理,按不连续系列进行频率计算。1932、1933年调查值与1966年实测接近,又较1994年洪水量值小,不再作特大值处理。1855年洪水重现期为150～185年,从偏安全考虑重现期采用150年;1821年和1994年洪水重现期为75年,其经验频率见表3。

按不连续系列,采用皮尔逊Ⅲ型曲线,以矩法计算统计参数的初始值,用离差平方和准则进行参数优化,再经目估适线进行调整,交口河站不同频率洪水成果见表4。

6、成果合理性分析

关于交口河站的洪水频率分析,在1994年大洪水之后有关单位曾经做过很多工作,将本次计算结果与其对照检查,除系列均值偏小外,Cv值与其它成果接近。均值偏小是北洛河自1994年大洪水之后十多年来没有发生量级较大洪水的原因,其计算的参数和洪峰流量符合北洛河中游河段大洪水演进和变化规律。

五、结束语

通过对北洛河中游河段洪水特性和遭遇分析,推算出交口河断面1855年调查历史大洪水,明确了该河段历史洪水排位,从而计算出交口河站洪水频率,其成果对该河段涉河工程的设

计具有参考作用。

【参考文献】

[1] 陕西省洪水调查资料(第一册 黄河流域)1984.12.

[2] 《水利水电工程设计洪水计算规范》SL44-2006.

【作者简介】

师奎(1965-),工程师,主要从事水文情报预报、水文勘测、水文分析计算、评价等研究.