辽河流域养息牧河暴雨洪水规律分析.pdf

赵源媛（辽宁省沈阳水文局，辽宁 沈阳 110000）摘 要本文在分析养息牧河2022年暴雨洪水过程及特征的基础上，以小荒地水文站为代表，采用线性趋势法、Mann-Kendall检验法、小波分析法等方法，全面分析养息牧河19542022年洪水变化规律，表明：养息牧河洪峰流量整体呈衰减趋势，突变性显著；养息牧河洪峰流量呈现出多个周期性特征。该成果可为沈阳地区防洪减灾决策提供支撑，也可为具有相似水文特性的其他流域洪水规律分析提供参考。关键词养息牧河；暴雨洪水；演变规律；辽河流域中图分类号 TV122.1文献标识码B文章编号 10020624（2023）08005103辽河流域养息牧河暴雨洪水规律分析沈阳市是辽宁省的政治、文化、经济、交通中心，境内有辽河、浑河等多条河流水系，50 km2以上河流85条，其中，大型河流3条、中型河流6条；大型水库 1 座、中型水库 12 座1。受自然条件影响，沈阳市洪水灾害频发，近70余年来发生了不同量级洪水 20 余次，洪灾损失严重，仅 2005 年洪灾直接经济损失高达7亿元。防洪安全对全市经济发展及社会稳定具有重大战略意义2-4。下文以沈阳市辽河流域一级支流养息牧河为研究对象，在分析养息牧河2022年暴雨洪水过程的基础上，从趋势性、周期性系统识别养息牧河洪水规律，为沈阳市防洪减灾决策提供依据。1 流域概况养息牧河是辽河流域主要支流之一，发源于彰武县章古台镇的邰家村，流经彰武县、新民市，于新民市东城街道北山村汇入辽河，河流长123.0 km，流域面积1 981 km2，平均比降0.093%。养息牧河沈阳段河长43.0 km，流域面积451 km2，堤防总长32.0 km，堤段防洪标准为 10 年一遇，相应流量600 m3/s。养息牧河具有明显的季节性河流特点，枯水期河道基本断流，河床比降较大，主汛期流量较大，水量下泄快5。小荒地水文站位于养息牧河下游，是养息牧河唯一的控制站，地理位置为新民市公主屯镇东旧门村，集水面积 1 783 km2，水文站以上河长96.0 km，距河口8.6 km。该地区大部分属于丘陵地区，土质较差，多为砂质，流域的植被覆盖率很低，遇有暴雨河床冲刷淤积也较严重，水量损失很大。2 2022年“728”暴雨分析2.1 水文背景2022年17月，沈阳市全市平均降水量548.4mm，比正常年平均降水量358.4 mm多53%。入汛至7月，沈阳市全市平均降水量476.6 mm，比正常年同期253.7 mm多88%。尤其是进入主汛7月下旬，沈阳市全市平均降水量100.4 mm，比2021年同期平均降水量71.2 mm多41%，比正常年同期68.9 mm多46%。2.2 暴雨特征2022年7月28日8时至31日8时，受高空槽和副热带高压共同影响，沈阳地区普降大雨，局部暴雨，全市平均降水量82.9 mm。此次暴雨中，养息牧河流域面平均降水量117.6 mm，最大点降水量为2023年第8期防汛抗旱东北水利水电 51彰武县后新秋站 135.5 mm。降水集中在 28 日 13时至 29 日 14 时，最大 1，3，6 h 面降水量分别为9.3，23.5，39.4 mm，降水持续时间长、降水量大。2.3 洪水特征受强降雨影响，养息牧河7月28日至8月1日发生较大洪水过程。小荒地水文站洪峰流量1 020 m3/s，为近70余年第2位，重现期达50年。洪水过程如图1所示。图1 小荒地水文站2022年“728”暴雨洪水过程小荒地水文站自28日18时开始涨水，至29日21时达到峰顶，涨洪历时27 h。进一步分析可知：此次洪水径流总量1.14亿m3，折合径流深64.0 mm，径流系数0.54；峰高量大，涨洪历时长。3 养息牧河暴雨洪水变化特征以小荒地水文站为代表，分析养息牧河洪水变化特征。在数据资料方面，以辽宁省水文基础数据库（水文年鉴 电子版）为依托，按照年最大选样方法，选取19542022年小荒地水文站年最大洪峰流量系列。小荒地水文站近 70 余年前 10位洪水如表1所示。表1 小荒地水文站近70余年前10位洪水3.1 趋势性特征采用线性趋势分析方法，分析小荒地水文站年最大洪峰流量系列变化过程，如图2所示。由图2可知，小荒地水文站最大洪峰流量为最小值的228倍，洪水年际差异显著；从洪峰流量变化过程线性趋势性来看，小荒地年最大洪峰流量整体呈下降趋势，幅度为1.99 m3/（sa)。图2 小荒地水文站历年最大洪峰流量趋势性分析在趋势分析基础上，采用在气象、水文领域应用较多的Mann-Kendall检验法6，7，识别小荒地水文站年最大洪峰流量系列的突变性特征，结果如图 3 所示。结果表明：小荒地最大洪峰系列在1983年之前相对稳定，之后陆续出现多个显著突变点；特别是 2005 年后，洪峰系列与之前差异较大，呈现出明显突变性特征。图3 小荒地水文站最大洪峰流量突变性分析3.2 周期性特征以小荒地水文站为代表，依据 19542022 年最大洪峰流量系列，采用小波分析方法识别养息牧河洪水周期性特征。其中，小波方差图及小波系数实部图如图4、图5所示。图4 小波方差图0.350.300.0570060403010时间尺度/a小波方差0.100.150.200.252050430-22024-4200419841964年份统计量21-1-3UB统计量UF统计量0.05显著水平1 4001 200400203002010199019701950年份洪峰流量/（m3s-1）1 0008006002001 200800400007-2808：00流量/（m3s-1）2006001 00025201510530354045500降水量/mm07-2908：0007-3008：0007-3108：0008-0108：0008-0208：0008-0308：00降雨过程流量过程时间历史洪水排位（实测流量）第1位第2位第3位第4位第5位第6位第7位第8位第9位第10位年份1969202219751991196419771959199419891985峰现时间09-03T20：0007-29T21：0007-31T22：0007-30T01：0008-14T19：1607-27T20：3008-02T17：0008-07T06：0007-24T12：0008-21T00：00洪峰流量/（m3s-1）1 2901 020962720658653598467386361东北水利水电防汛抗旱2023年第8期 52收稿日期 2023-02-13图5 小波系数实部图由图4分析可知，小荒地水文站洪水呈现出多个周期，其中最显著周期为2830年，其次在67 年和 1719 年时间尺度亦存在小周期，但相对不明显。从图5分析可知，在2830年主周期上，小荒地水文站洪峰系列呈现显著的丰、枯变化特征。最近一个周期中，20032016年处于枯水期，2016年后逐渐进入丰水期，这与经验规律相符合，也与2022年小荒地水文站出现历史第2位洪峰的观测情况一致。4 结 语系统分析养息牧河2022年暴雨洪水过程，以小荒地水文站为代表站，分析19542022年最大洪峰的趋势性、周期性、突变性规律，全面揭示养息牧河洪水特征。该成果为沈阳地区防洪减灾工作提供支撑，也可为其他水文特性相似地区的洪水规律分析提供参考。在周期性分析中，依据资料为19542022共计69年资料，2830年周期特性有待进一步检验。参 考 文 献1辽宁省水利厅.辽宁省水利基础信息集 M.北京：中国水利水电出版社，2013.2王殿武，王才，付洪涛，等.辽河流域“200508”暴雨洪水分析 J.水文，2001（4）：26-28.3黄福军，胡环.辽浑太流域“200508”暴雨洪水分析 J.东北水利水电，2006，24（5）：36-38.4孙宝杰，赵凤伟.2010年辽宁省汛期暴雨洪水特征分析J.东北水利水电，2011，29（4）：48-49.5周明.辽宁省养息牧河新民段防洪规划方案研究 J.中国防汛抗旱，2019，29（2）：32-35.6金鑫，叶天舒，王凌河，等.辽宁省场次暴雨时空分布特征研究 J.水电能源科学，2019，37（3）：1-4.7靳明.基于M-K检验方法的沈阳地区典型水文站近53年洪水要素演变分析 J.地下水，2019，41（2）：119-120.偏枯年份收稿日期 2022-08-22（上接第9页）5.2 混凝土侧墙及底板加固施工工艺溢洪道边墙顶部凿除混凝土高度为50 cm，出露钢筋经过除锈处理后与加高挡墙钢筋焊接。边墙内侧凿毛，植筋；控制段、收缩段上游底板混凝土凿除厚度为20 cm；收缩段下游及泄槽段、消力池段底板直接凿毛后植筋。植筋间距为 20 cm20 cm，钢筋总长40 cm，外露20 cm，末端5 cm弯折并与加厚钢筋网焊接。植筋工艺流程：准备定位钻孔清孔配筋注胶种植钢筋固化养护。老混凝土表面涂刷混凝土界面剂后进行钢筋绑扎，然后进行混凝土浇筑。5.3 交通桥加固原桥为现浇钢筋混凝土板梁结构，拆除后再利用可能存在安全隐患，故新建交通桥。6 结 语针对大坝坝顶高程不满足要求及溢洪道泄流能力不足的问题，结合工程实际，此次除险加固设计对大坝坝顶进行加高设计，对溢洪道边墙也进行了加高处理，增加了溢洪道的泄流能力，使三洞水库防洪能力满足规范要求，提高了病险水库的防灾减灾能力。参 考 文 献1水利部水利水电规划设计总院.溢洪道设计规范：SL2532018 S.北京：中国水利水电出版社，2018.2水利部水利水电规划设计总院.小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范：SL 1892013 S.北京：中国水利水电出版社，2014.3水利部水利水电规划设计总院.碾压式土石坝设计规范：SL 2742020 S.北京：中国水利水电出版社，2020.605040302010时间尺度/a1956196619761986199620062016年份2023年第8期防汛抗旱东北水利水电偏丰年份 53