皇甫川流域“8.18”暴雨洪水特性浅析

张 萍，张 旭

（1.黄河水文水资源科学研究院，河南 郑州 450004；2.黄河水利委员会花园口水文站，河南 郑州 450045）

皇甫川流域“8.18”暴雨洪水特性浅析

张 萍1，张 旭2

（1.黄河水文水资源科学研究院，河南 郑州 450004；2.黄河水利委员会花园口水文站，河南 郑州 450045）

结合皇甫川流域基本情况以及该流域2016年“8.18”暴雨洪水水情，采用与历史洪水对比分析的方法，通过对流域次洪洪量和次洪沙量等特征值的对比分析，发现在相同降雨条件下，本次降雨的产洪产沙量明显偏小，并对其原因进行分析。结果表明：暴雨中心位置距离下游控制站皇甫站较远，流域良好的植被覆盖度和骨干坝的削洪拦沙作用等是本次洪水产洪产沙量剧减的主要原因。

皇甫川；暴雨洪水；产洪产沙；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，黄河流域中游山陕区间降雨量与多年同期均值相比偏多25.2%，本文以皇甫川流域作为典型支流，分析“8.18”暴雨洪水的雨情、水沙情势和特点，并与历史洪水进行对比分析。

1 研究区概况

皇甫川流域位于黄河中游河口镇至龙门区间的右岸上段，是黄河流域主要的多沙粗沙区[1]。皇甫川流域水系主要由干流纳林川和支流十里长川组成，干流沙圪堵以上（纳林川）河道长70 km，河道平均比将4.3‰，流域面积3246 km2，皇甫川流域按照侵蚀程度和地表土层覆盖的差异，大致可分为砒砂岩丘陵沟壑区、黄土丘陵沟壑区和沙化黄土丘陵沟壑区三个水土流失类型区[2]。

2“8.18”洪水水文情势

2.1 雨情

2016年8月17日至18日凌晨，山陕区间北部再降大到暴雨，其中，皇甫川流域降雨过程自8月17日4时左右开始，期间时断时续，至18日8时基本结束，总历时为28小时，此次降雨范围基本笼罩全流域，暴雨主要集中在上游十里长川一带。据统计，窟野河流域面平均雨量为80.8 mm（见图1），暴雨中心位于海子塔，单站最大降雨量为130.8 mm，其中最大2小时39.6 mm，最大4小时55.8 mm，最大6小时72 mm。单站次大降雨量为古城113.2 mm，其中18日2时至3时最大1小时雨量39.4 mm，最大2小时48 mm，最大3小时降雨量75.4 mm，最大6小时79 mm。古城站最大2小时、4小时和6小时降雨均大于海子塔站，说明本次降雨古城站降雨强度大于海子塔站。

暴雨特点为：（1）降雨时断时续，总降雨量大，面平均雨量多达80.8 mm，且主雨时段比较分散；（2）除了暴雨中心海子塔站外，流域其它雨量站如古城、刘家塔雨强也相对较大；（3）暴雨中心海子塔站本次降雨量高达130.8 mm，为历史罕见；（4）雨区分布范围广，暴雨中心区笼罩面积大，大于50 mm和100 mm降雨笼罩面积占流域总面积的83.3%和9.9%。

图1 皇甫川及其邻近地区2016年“8.18”暴雨等值线（mm）

2.2 水情沙情

受暴雨影响，皇甫川流域皇甫站2016年8月17日14:12时洪水起涨，流量10 m3/s，水位864.4 m。由于降雨强度比较大，洪水上涨迅速，于8月18日6时45分达到峰顶，洪峰流量2220 m3/s，水位867.32 m，实测最大含沙量510 kg/m3（见图2）。次洪洪量为3147万m3，次洪输沙量952万t。

图2 皇甫川皇甫站2016年“8.18”洪水过程线

3 与历史雨洪对比分析

3.1 与历史大洪水对比

选取1967年以来皇甫站洪峰流量排名前列的25场历史场次洪水，统计暴雨洪水特征值，并分别点绘次洪洪量和次洪沙量与面平均雨量以及暴雨中心雨量的关系图（图3～图 6）[3]。

从图中可以看出，整体上本次洪水的点据位于点群右下方。在面平均雨量相似的情况下，历史洪水次洪洪量一般在13000万m3左右、次洪沙量大体在6500万～9300万t之间；在暴雨中心雨量相似的情况下，历史洪水次洪洪量一般在6000万～13000万m3之间、次洪沙量在5500万～9300万t之间，本次洪水次洪洪量仅有3147万m3，次洪沙量仅有952万t；反映出在相似降雨条件下，本次洪水的洪量、输沙量均远小于历史洪水的相应值。

图3 皇甫站次洪洪量与面平均雨量关系

图4 皇甫站次洪沙量与面平均雨量关系

图5 皇甫站次洪洪量与暴雨中心雨量关系

图6 皇甫站次洪沙量与暴雨中心雨量关系

3.2 与历史上降雨相似洪水对比分析

本次暴雨的流域面平均雨量和暴雨中心雨量与历史洪水相比都相对较大，从20世纪70～90年代选取与本场暴雨最为相似的三场历史典型雨洪和本次暴雨对比分析。

皇甫站与本次洪水面平均雨量和暴雨中心雨量相似的历史洪水有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场洪水，暴雨洪水特征值见表1。与三场相似历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况下，本次洪水的洪峰流量偏小了66.9%，次洪洪量偏小了73.5%，输沙量偏小88.3%，而大于50 mm的暴雨笼罩面积比历史均值偏大了28.7%，大于100 mm的暴雨笼罩面积比历史均值偏大了13.2%，暴雨中心最大2 h和最大4 h雨量分别偏大8.8%和42.9%。

与历史相似面平均雨量的暴雨洪水对比分析可见，同为特大暴雨，且本次暴雨的雨量、雨强和暴雨中心笼罩面积均更大，但洪峰、洪量和输沙量却较历史大幅减少[4]。同时看出，洪峰的减少程度小于洪量的减少程度，洪量的减少程度小于输沙量的减少程度。

表1 皇甫川皇甫站典型雨洪特征值对比分析

4 水沙偏少的原因

2016年皇甫川流域“8.18”暴雨洪水与历史洪水相比，明显呈现雨量雨强大，次洪洪量和次洪沙量小的特点，分析本次暴雨水沙偏少原因可能有以下几点：

（1）本次暴雨中心主要集中在支流十里长川的上游一带，离下游控制站皇甫站距离较远[5]，洪水传播时间长，且河道受人类活动干扰严重，一定程度上改变了降雨和次洪洪量、次洪沙量的关系。

（2）流域良好的植被覆盖度是减洪减沙的重要原因。草本植被能够削减降雨动能、减少溅蚀量，延迟径流的产生以及产流后的汇流过程。同时密集的植被根系可以加固疏松的土壤，保护深层的土壤，加上草根对土壤水分的吸收，从而提高了土壤的抗、抗蚀性[6]。另外，草地坡面相对于裸地糙率增加，使得水流流速明显减小，从而使侵蚀产沙量减小。

皇甫川流域在1983年正式列为全国8片重点治理区之一[7]，2000年皇甫川流域主要所在地准格尔旗又被国家确定为全国174个退耕还林试点示范县之一，同时随着经济发展大批农民工进城，很多地区“自然”退耕。国家一系列治理措施的应用和地区经济腾飞后社会结构的变化等多种因素作用下，当地林草植被变化巨大。2012年8月遥感影像显示，皇甫川流域纳林川和十里长川的草灌林地面积占全流域面积的比例达到70%左右。

（3）近年来，皇甫川流域修建了大量的淤地坝和小水库，在洪水期间或过后，淤地坝会拦蓄洪水和泥沙，即使不拦蓄洪水也会对洪水输移产生阻力。截至2015年，皇甫川流域1990年之后修建的骨干坝总库容约1.8亿m3，这些坝库工程的建设在滞洪拦沙、削减洪峰方面发挥了重要作用[8]。

[1]慕星，张晓明.皇甫川流域水沙变化及驱动因素分析[J],干旱区研究.2013，30（5）：933-939.

[2]冉大川，高健翎，赵安成，王愿昌.皇甫川流域水沙特性分析及其治理对策[J].水利学报，2003，34（2）：122-128.

[3]金双彦，林灿尧，张展，陈艳.下垫面变化对皇甫川“7.21”洪水特性的影响[J].人民黄河，2013，35（4）：19-21.

[4]芮孝芳.水文学原理[M].北京：中国水利水电出版社，2004.

[5]陈志凌，李晓宇，陈卫.黄河中游窟野河“7.21”暴雨洪水特性简析[J].人民黄河，2013，35（6）：21-22.

[6]金双彦，蒋昕晖，张春岚.2013年7月延河流域连续性洪水特性分析[J].水文，2016，36（4）：93-96.

[7]王小军，蔡焕杰，张鑫，王健，翟俊峰.皇甫川流域水沙变化特点及其趋势分析[J].水土保持研究，2009，16（1）：222-226

[8]金双彦，朱世同，张志恒等.皇甫川流域次洪水沙特征值变化特点[J].人民黄河，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

张萍（1982-），女，河南郑州人，工程师，主要从事水文水资源工作。