1、DOI:10.12170/20220326001金双彦，霍文博，郭邵萌.沁河 2021 年“711”暴雨洪水重现期分析 J.水利水运工程学报，2023（2）：1-8.（JIN Shuangyan,HUO Wenbo,GUO Shaomeng.Analysis on the return period of the rainstorm in the Qinhe River basin on July 11,2021J.Hydro-Science and Engineering,2023（2）:1-8.（in Chinese）沁河 2021 年“711”暴雨洪水重现期分析金双彦，霍文博，郭邵萌(黄
2、河水利委员会水文局，郑州 河南 450004)摘要:根据沁河流域历年各时段最大降雨量和“711”洪水报汛雨量资料，采用 P-型分布概率密度函数，建立了润城、五龙口、山路平、武陟等 14 个长系列水文站和雨量站的年最大 24、6、1 h 的 3 个代表性时段的降雨量频率曲线，计算了“711”洪水最大 24 h 大于 100 mm、最大 6 h 大于 100 mm、最大 1 h 大于 50 mm 的降雨量重现期；根据历史调查洪水、历年最大洪峰流量，建立了五龙口、山路平和武陟水文站的 P-型频率曲线，计算了“711”洪水洪峰流量的重现期。结果表明：最大 24 h 降雨量排名第一的窑头站 351 mm
3、 重现期约为3 000 年，最大 6 h 降雨量排名第一的窑头站 328.5 mm 重现期约为 1 万年，最大 1 h 排名前三的窑头、李寨和河西站降雨量重现期为 200300 年，五龙口、山路平和武陟站洪峰流量重现期分别相当于 30 年、10 年和1015 年。分析结果可为沁河流域和黄河下游防洪调度提供技术支撑。关键词：重现期；P-型频率曲线；“711”暴雨洪水；沁河流域中图分类号：TV122+.1 文献标志码：A 文章编号：1009-640X(2023)02-0001-08 沁河是黄河三门峡至花园口区间较大的一级支流，发源于山西长治市沁源县的霍山，经沁源、安泽、沁水、阳城与晋城市郊，出山西
4、进入河南，在河南沁阳接纳最大的支流丹河后转向正东，在武陟县南贾村汇入黄河。沁河干流总长 485 km，流域总面积 13 532 km2，入黄武陟水文站集水面积 12 880 km2。2021 年 7 月11 日，沁河流域局部出现强降雨过程，暴雨历时 16 h，累积面雨量达 78.2 mm，共有 104 个雨量站降雨量超过 50 mm，其中最大点雨量窑头站达 351 mm。山里泉水文站出现 3 800 m3/s 的洪峰流量，为 2019 年建站以来的最大流量；支流丹河山路平水文站出现 1 170 m3/s 的洪峰流量，为 1957 年以来最大流量。目前，关于暴雨重现期已有大量研究1-4，也有专家
5、对沁河流域历史洪水进行了分析研究5-6。但是，对沁河暴雨洪水重现期的研究尚未有明晰认识。对于暴雨重现期，如果采用资料系列长短和空间范围不同，会出现不同的结果。通常，最节省时间的办法是，在现有设计暴雨手册中查询本次降雨量对应的频率，从而计算出重现期。这种重现期是流域或区域的概念，而且资料系列截止年份至少在手册出版年份之前。本文的暴雨重现期指单站降雨量的重现期，建立频率曲线采用的数据系列是从建站到 2020 年。山里泉水文站是山西和河南两省的省界水文站、河口村水库入库站，河口村水库是黄河下游防洪工程体系的重要组成部分。沁河入黄武陟水文站近些年的径流量呈现减少趋势，且年内时有断流发生，因此沁河“71
6、1”暴雨洪水引起广泛关注。计算分析其暴雨洪水重现期，可为沁河流域和黄河下游防洪调度提供技术支撑。收稿日期：2022-03-26基金项目：国家重点研发计划资助项目（2021YFC3201101）作者简介：金双彦（1974），女，山西夏县人，正高级工程师，博士，主要从事水文水资源、水文情势变化研究。E-mail： 第 2 期水利水运工程学报No.22023 年 4 月HYDRO-SCIENCE AND ENGINEERINGApr.2023 1 资料与方法 1.11.1数据来源本文收集了暴雨笼罩区 29 个雨量站（图 1）的年最大 24 h、23 个雨量站的年最大 6 h 和 12 个雨量站的年最
7、大 1 h 的降水量资料。选择润城、五龙口、山路平、武陟等 4 个长系列水文站和洞底、柳树底、神坪、李寨、土河、追山、紫陵、柳树口、东下村、西万共 10 个长系列雨量站，从各时段最大降雨量表中摘录最大 24 h、最大 6 h 和最大 1 h 降雨量。以上水文数据均来自中华人民共和国水文年鉴第 4 卷黄河流域水文年鉴7第 6 册。2021 年“711”暴雨数据采用报汛时段降雨量资料。参考中国历史大洪水调查资料汇编8、中华人民共和国黄河流域 黄河干流及主要支流控制河段洪水调查资料9、黄河流域暴雨与洪水10、黄河水文11及部分科技期刊相关文献12-17，收集了沁河武陟、五龙口和山路平水文站的历史调查
8、洪水。相关数据整理如下：(1)武陟站实测资料为 19542020 年，系列长度 n 为 67 年；历史调查洪水为 2 场，分别发生在 1761 年和 1895 年，考虑历史调查洪水后确定资料系列长度 N 为 260 年；在调查考证期 N 年中特大洪水次数 a 为2，其中实测次数 l 为 0。(2)五龙口站实测资料为 19542020 年，系列长度 n 为 67 年；历史调查洪水 3 场，发生在 1895、1932 和 1943 年，考虑调查洪水后确定资料系列长度 N 为 126 年；在 N 年中特大洪水次数a 为 1，其中实测次数 l 为 0。(3)山路平站实测资料为 19542020 年，系
9、列长度 n 为 67 年；历史调查洪水 3 场，发生在 1846、1892 和 1932 年，考虑调查洪水后确定资料系列长度 N 为 175 年；在 N 年中特大洪水次数 a 为 1，其中实测次数 l 为 0。1.21.2研究思路根据沁河流域历年水文年鉴中的“各时段最大降雨量表 1 和各时段最大降雨量表 2”，在 14 个长系列站中，考虑空间分布，选择历史资料较好的润城、东下村、李寨、柳树底、柳树口、追山和紫陵（图 2）共 7 个雨量站作为参证站；收集整理沁河“711”洪水报汛的时段雨量资料，选择年最大 24 h、年最大6 h 和年最大 1 h 为代表性时段；对选择的 14 个长系列站 3 个
10、代表性时段的降雨量进行 P-型频率分析。采用矩法估算参数，离差平方和法自动优化适线，最后目估适线确定频率曲线参数，计算各长系列站“711”洪水降雨量的重现期。对于没有历史雨量资料或历史资料较差的雨量站，使用距离最近的参证站参数计算该站“711”洪水的暴雨重现期。3600 北3530 北3500 北3600 北3530 北3500 北11200 东11230 东11300 东11330 东11200 东11230 东11300 东11330 东图例水库雨量站水系沁河流域界水文站 图 1 研究区的水文站、雨量站和水库分布Fig.1 Distribution of hydrological stat
11、ions,rainfall stationsand reservoirs in the study area 3500 北3530 北3600 北3630 北3700 北3500 北3530 北3600 北3630 北3700 北11145 东11200 东 11230 东11300 东11330 东11145 东11200 东 11230 东11300 东11330 东图例水库雨量站等值线水系沁河流域界水文站 图 2 沁河“711”洪水对应降雨量等值线及参证站位置分布（单位：mm）Fig.2 Isogram of rainfall and location of reference stat
12、ion inthe Qinhe“711”flood(unit:mm)2水 利 水 运 工 程 学 报2023 年 4 月首先，查询历史调查洪水，根据不同调查来源，对洪水可靠、较可靠等进行定性取舍；选取实测系列历年的年最大洪峰流量，判断其中的特大洪水；然后对水利工程影响后的洪水进行还原；最后，基于上述资料，建立 P-型频率曲线，分析武陟、五龙口和山路平水文站的洪水重现期。1.31.3研究方法P-型曲线的概率密度函数为：f(x)=()(xa0)1exp(xa0)(1)()、a0式中：为伽玛函数；分别为 P-型分布的形状、尺度和位置参数，0、0。对式（1）积分，进行标准化变换并简化后，可得给定设计频
13、率的设计值推求公式：xP=x(1+CvP)=x(1+C2vCs/CvGammainv(1 p,)22Cs/Cv)(2)P=TPCs/22/CsTP=Gammainv(1P,)Gammainv（）=4/C2s=1式中：，函数为 Excel 中自带的标准伽马函数的逆函数，Cv和 Cs分别为变差系数和偏态系数。2 结果和讨论 2.12.1降雨量频率分析建立 7 个参证站年最大 24 h、年最大 6 h 和年最大 1 h 降雨量频率曲线。以追山站、李寨站为例，年最大 24 h 降雨量频率曲线见图 3。各站不同时段频率分析参数见表 1。该频率分析的参数结果与山西省水文计算手册18的结果相近。(a)追山站
14、(19722020 年)0.010.11510 20 30 405060 70 8090 959999.999.99050100150200250300年最大 24 h 降雨量/mm频率/%均值=100.9 mm Cv=0.43 Cs/Cv=3(b)李寨站(19782020 年)年最大 24 h 降雨量/mm均值=74.6 mm Cv=0.52 Cs/Cv=30.010.11510 20 30 405060 70 8090 959999.999.99050100150200频率/%图 3 追山站和李寨站的年最大 24 h 降雨量频率曲线Fig.3 Frequency curves of the
15、 max 24 h rainfall in Lizhai station and Zhuishan station 第 2 期金双彦，等：沁河 2021 年“711”暴雨洪水重现期分析3根据确定的频率分析参数，计算选择“711”洪水对应的雨量参证站及附近雨量站的降雨重现期见表 2。由表 2 可见，最大 24 h 降雨量排名第一的窑头站 351 mm 重现期约为 3 000 年，200300 mm 之间8 个站点降雨量的重现期范围为 24300 年；最大 6 h 降雨量窑头站 328.5 mm 重现期约为 1 万年，李寨站230.8 mm 降雨量重现期约为 3 400 年，其余 150250 m
16、m 之间 9 个站点降雨量的重现期为 30800 年；最大 1 h 降雨量排名前三的窑头、李寨和河西站重现期为 200300 年，东下村 74.4 mm 重现期约 200 年，其余 8 个站的降雨量重现期为 1070 年。表 1 参证站频率分析参数Tab.1 Parameters of frequency analysis of reference station序号站名时段系列长度/a参数均值CvCs/Cv1润城最大24 h4776.20.493.5最大6 h4754.70.503.5最大1 h4734.40.503.52柳树底最大24 h5373.20.362.5最大6 h5350.50.472.53李寨最大24 h4074.60.523.0最大6 h4053.70.523.0最大1 h3428.50.563.04追山最大24 h46100.90.433.0最大6 h4467.10.533.05紫陵最大24 h4085.70.383.0最大6 h4065.50.413.0最大1 h3135.40.553.06柳树口最大24 h4080.90.473.0最大6 h4059.50.53
