汾河蘭村至義棠河段的洪水特性分析

(山西省水利水電科學研究院，山西 太原 030002)

汾河是山西省境內最大的河流，同時也是黃河的一大支流，在新中國成立前的100多年里，汾河發生洪災20余次，大致平均5年一次。1949年后，汾河中下游共出現了5次規模比較大的洪水災害。汾河流域的暴雨成因復雜，影響暴雨的各種天氣系統主要為西太平洋副熱帶高壓、切變線及冷鋒。當義棠站以上的中游洪水與靈霍山峽的暴雨洪水以及趙城以下區間洪水遭遇疊加后，易形成峰高量大、持續時間長的洪水過程，在下游形成大范圍的災害性洪水。為更詳細地了解汾河流域洪水災害發生的情況，本文選取汾河蘭村至義棠河段的洪水進行實例分析，通過分析得出不同量級洪水、不同區間來水及走向所產生的洪水過程，預測出下游洪水的過程及量級。

1 流域概況

根據水文站及資料情況，汾河流域汾河二庫以下洪水演進應分段進行演算，將汾河蘭村至義棠河段分為兩段：蘭村—汾河二壩(加入支流蘆家莊站)和汾河二壩—義棠。

蘭村—汾河二壩段，河段長60km，區間面積6325km2，區間有汾河第二大支流瀟河匯入。瀟河全長147km，流域面積3894km2，上游有白馬河、松塔河兩大支流，在壽陽縣蘆家莊匯合為干流，以下至榆次區北合流村，又有涂河匯入，于源渦村出山口進入平川區。源渦村以下有澗河、朱耕河等支流匯入，其中源渦村以上流域面積3090km2，平均縱坡2.85‰。 該段選用站點46處，其中水文站5處，雨量站38處，氣象站3處；選用不同量級洪水22場來分析其洪水特性。

汾河二壩—義棠段，河段長100km，區間面積9915km2。該段有象峪河、烏馬河、昌源河、磁窯河及文峪河等支流匯入。烏馬河為汾河的一級支流，發源地分東、西兩源，全長109.9km，流域面積500km2，平均縱坡18‰，平均糙率0.025。昌源河是汾河一級支流，全長87km，昌源河主要河溝支流有南風溝、東峪溝、左家灘溝、小莊溝、烏馬河等。文峪河是汾河最大的支流，發源于交城縣西北關帝山，主河道長158.6km，上游河段93.9km，中下游河段64.7km。該段選用站點59處，其中水文站3處，雨量站50處，氣象站6處；選用不同量級洪水9場來分析其洪水特性。

2 結果分析

2.1 洪水特征值分析

蘭村—汾河二壩對應的洪水有12場，蘆家莊—汾河二壩對應的洪水有10場，汾河二壩—義棠段有9場，每段的每場洪水對應的洪峰流量和峰現時間見表1～表3。從中可以看出，31場洪水中，5月有3場，6月有2場，7月有12場，8月有12場，9月有2場，說明洪水主要發生在7—8月，占全年洪水次數的77.4%；從選取的不同場次各個洪水站點的洪峰流量來看，上游站點的洪峰流量大于下游站點的洪峰流量。

表1 汾河干流蘭村—汾河二壩段洪水特征值統計

表2 汾河支流蘆家莊—汾河二壩段洪水特征值統計

表3 汾河干流汾河二壩—義棠段洪水特征值統計

2.2 上下游洪峰流量關系分析

運用各個河段不同場次的洪水洪峰流量數據對其進行擬合，得到了各個河段上下游的洪水流量關系曲線，見圖1～圖3。從圖中可以看出：上游的洪峰流量與下游的洪峰流量呈正相關，蘭村至汾河二壩河段出現的洪峰流量最大，向下游逐漸減小。由圖1、圖2可以看出：上下游洪峰流量關系點據比較散亂，曲線與實際數據相關性較差，反映了二壩洪水除受蘭村或蘆家莊洪水的影響外，可能還受蘭村、蘆家莊兩站洪水以及其他區間暴雨洪水的共同影響。

圖1 蘭村—汾河二壩洪峰流量相關關系

圖2 蘆家莊—汾河二壩洪峰流量相關關系

圖3 汾河二壩—義棠洪峰流量相關關系

對上游二壩與下游義棠的洪峰流量數據進行擬合，得其關系曲線表達式為Q義棠=-0.0000007Q二壩+0.00099Q二壩+0.42755Q二壩-21.539，其相關系數為0.9412。由此可見，二壩—義棠的洪峰流量相關性好，反映了義棠洪水主要來源于上游二壩，區間面積雖然較大，但由于主要支流均有水庫控制，兩者不易相遇。

2.3 洪峰流量與傳播時間相關關系分析

圖4 蘭村洪峰流量和傳播時間相關關系

圖5 蘆家莊洪峰流量和傳播時間相關關系

圖6 汾河二壩洪峰流量和傳播時間相關關系

根據所選的31場洪水，分別統計各個洪峰流量從上游站點到下游站點的傳播時間，從而分析上游各個站點的洪峰流量和傳播時間的關系，其相關關系曲線見圖4～圖6。蘭村到汾河二壩的平均傳播時間為16.1h，蘆家莊到汾河二壩的平均傳播時間為17.8h，從圖4、圖5可以看出兩河段上游洪峰與傳播時間相關性較好，中下部規律基本一致，即隨著上游洪峰的減小，傳播時間加大；中上部兩河段規律有一定的差異。汾河二壩到義棠的平均傳播時間為26.8h，該河段上游洪峰與傳播時間相關性較好，隨著上游洪峰流量的增大，傳播時間逐漸減小。

通過對其進行統計分析可以看出：蘭村到汾河二壩河段中，蘭村上游洪峰流量在150～400m3/s之間，其傳播時間范圍為14～32h；上游洪峰流量在400～1500m3/s之間，其傳播時間范圍為11～14h。蘆家莊到汾河二壩的河段中，蘆家莊的上游洪峰流量在100～300m3/s之間，其傳播時間范圍為17.5～20h；上游洪峰流量在300～500m3/s之間，其傳播時間范圍為16.5～17.5h；上游洪峰流量在500～700m3/s之間，其傳播時間范圍為16.5～22h。汾河二壩到義棠的河段中，汾河二壩的上游洪峰流量在200～400m3/s之間，其傳播時間范圍為24～45h；上游洪峰流量在400～1200m3/s之間，其傳播時間范圍為13～24h。

3 結 論

選取汾河蘭村—義棠河段的洪水進行實例分析，通過分析得出不同量級洪水、不同區間來水及走向所產生的洪水過程，分析其洪水特性，可以得出以下結論：

a.蘭村—義棠河段所選的31場洪水中，主要發生在7—8月，占到了77.4%；從選取的不同場次各個洪水站點的洪峰流量來看，上游站點的洪峰流量大于下游站點的洪峰流量。

b.研究區域上游的洪峰流量與下游的洪峰流量呈正相關，其中蘭村—汾河二壩及蘆家莊—汾河二壩河段中，其上下游洪峰流量關系曲線說明二壩洪水除受蘭村或蘆家莊洪水的影響外，可能還受蘭村、蘆家莊兩站洪水以及其他區間暴雨洪水的共同影響；汾河二壩—義棠河段中，義棠洪水主要來源于上游二壩。

c.研究區域上游洪峰與傳播時間相關性較好，前兩個河段隨著上游洪峰的減小，傳播時間加大；中上部兩河段規律有一定的差異。汾河二壩—義棠河段隨著上游洪峰流量的增大，傳播時間逐漸減小。