碧口水库洪水分析

电力18讯：    作者：景建中　

摘要：碧口水库位于四川盆地西北边缘甘肃省文县境内的白龙江干流上，受川西北暴雨天气系统和区间流域特定地形条件的影响，主雨区在库区。暴雨分布呈东、南大，西、北小，暴雨中心常在大坝附近。此外，外纳、三仓、麻崖子附近有时也出现一个小暴雨中心。洪水大部分来自区间(指文县、武都至碧口区间),武都、文县以上来水绝大多数是组成入库洪水的基流和退水。洪峰总历时约2-3天，涨洪历时一般为10~13h左右，洪峰流量与流域平均雨量强度呈正比关系，洪峰上部呈三角形陡涨陡落，退水受区间以上来水影响多为缓平。这些特性、规律的揭示，对指导碧口水库洪水调度有重要意义。
关键词：水库　暴雨　洪水　分析  
     1　概况
     白龙江发源于甘肃、青海交界的西倾山，流经甘肃的迭部、舟曲、武都、文县及四川的青川、广元等县、市境地，于四川广元汇入嘉陵江，流域总面积31812km2。碧口水库就坐落在四川盆地西北边缘甘肃省文县境内的白龙江干流上，控制流域面积26000km2。受川西北暴雨天气系统和区间流域特定地形条件的影响，库区及下游一带为暴雨中心，洪水汇集迅猛，峰形陡涨陡落；加上水库库容小、调节性能差，大坝又是国内高土石坝之一，交通极不方便，防洪抢险难度大等多种原因，自76年电厂投运以来历年被列为全国重点防汛水库，水库管理者一直为工程防洪安全担心。本文从历史洪水的暴雨特性分析入手，揭示影响洪水的主要因素，提出判断洪水量级的方法，为水库洪水科学调度提供依据。
     2　暴雨特性分析
     2.1　环流形势演变特性
     据形成碧口入库洪峰大于或接近3000m3/s的暴雨过程的天气形势资料分析，该地区大气环流形势大体可分成两类，每一类各有其独特的环流特征：
第一类：向北扩展型，即降雨先在川西北发生，而后向北扩展到碧口地区，其850、500百帕等压面上的环流特点是：（1）北高（压）南低；（2）"歪脖子"高压；（3）我国东部西太平洋副热带高压与西风带高压迭加，形成强偏南气流。如1998年8月20日、1990年9月7日、1981年7月13日等暴雨就是；以1998年8月20日降雨过程为例，其最明显的特征是在850百帕等压面上，我国东部是南北向高压带，西部是低压环流；500百帕等压面上，又形成北边高压，南边低压，冷暖气流在该区汇合，成为极有利形成暴雨的条件。第二类：同时发生型，即川西北降雨与碧口降雨同时发生，且连成一片，其850、500百帕等压面上的环流特点是：（1）北槽南涡；（2）东高（压）西高（压）；（3）西边高压紧跟槽后，东边高压控制我国东部大陆；（4）三股气流汇合（西太平洋副热带高压底部的偏东气流、低涡前部的偏南气流和新疆高压前部的偏北气流）。如1977年7月6日、1964年7月21日、1984年8月3日等暴雨就是。以1984年8月2-3.日降雨过程为例，其相对应的天气环流特征是850百帕和500百帕等压面上，形成"北槽南涡"的环流形势，东、西两边的高压都很强，无论是高压和低压系统都较深厚，移动缓慢，因而降雨持续时间长。
     2.2　地形特征及其影响
     从宏观地形看，碧口乃至陇南、川西北地区，位于青藏高原的东和东南背风坡，根据天气学涡度理论，低压系统越过高原进入背风坡时，由于正涡度减弱、负涡度增强，而不利于低压的发展，也不利于产生降雨；但由于地形影响也常在其附近地区有涡存在，一旦高原有正涡度中心东移迭加，则有利于低压发展产生降雨。
从微观地形看，南部有海拔3837m高的摩天岭横贯其中，西北部则有海拔3855m的岷山山脉阻隔，流域内整个地势是南部、西南、西北部高于东部、东南、东北部，碧口水库库区则位于流域的东南部，处在大竹山（海拔2769m）、佛头包（海拔2713m）二山峰之间的山谷喇叭口位置上，相对高差可达700多米，沿着干支流河谷向上，地势逐渐增高，这一地形条件，有利于水汽的入侵、抬升、汇合和凝结，有利于较大暴雨的形成，有利于附近干支流洪水的集中汇合。从暴雨中心往往落在碧口大坝上下附近，向上不远的蒿坪、蒿子店观测雨量又逐渐递减这一事实分析，不难看出，降雨受地形的影响十分明显。
     2.3　暴雨特征
     受川西北暴雨天气系统和区间流域特定地形条件的影响，雨区在库区，暴雨的空间分布是，东、南大，西、北小；区间流域内碧口、草坝、蒿坪雨量大，中心常在大坝附近，蒿坪、蒿子店以上渐减；此外，外纳、三仓、麻崖子附近有时也出现一个小暴雨中心。暴雨的时程分配大多是单峰型如1977.7.6、1978.9.2、1981.7.13和1998.8.20等暴雨过程，主雨峰段一般为8~10h，稍长如1990.9.7、1998.8.20可达15h左右，个别如1984.8.3暴雨历时就更长一些。由于地处四川盆地边缘，有类似<