廣西境內(nèi)西江流域洪水特性分析

甘富萬，胡秀英，劉 欣，黃永俊

(1.廣西大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，廣西 南寧530004;2.廣西防災(zāi)減災(zāi)與工程安全重點實驗室，廣西 南寧530004)

西江屬珠江流域干流，跨越滇、黔、桂、粵四省及越南，廣西屬珠江流域西江水系的面積為202 082 km2，占全區(qū)總面積的85.39%。該水系的主要河流有紅水河、黔江、郁江、柳江、潯江、桂江、西江。紅水河橫貫廣西西部，流經(jīng)三江口接納柳江后為黔江河段，黔江在廣西桂平縣城與郁江匯合后稱潯江，潯江在廣西梧州市與桂江匯合后稱西江。柳江、郁江、桂江為西江流域三大一級支流，支流中以郁江為最大，其次為柳江。西江流域干支流分布情況如圖1 所示。

西江的洪水災(zāi)害頻繁，尤以中下游為甚，西江洪水發(fā)生頻次隨年際呈增加趨勢［1-2］。已有的對于西江洪水特性的研究，多為針對某場大洪水展開［3-4］，或者僅限于宏觀概括性的總結(jié)［5］，缺少針對歷年洪水的全面分析。本文針對多年實測洪水資料，從洪水年內(nèi)分布特性、洪水組成、干支流洪水遭遇等方面對廣西境內(nèi)西江流域洪水特性進行全面分析。

圖1 西江流域干、支流分布Fig.1 The Xi Jiang River tributaries and main stream layout

1 洪水年內(nèi)分布特性

西江洪水主要由降雨匯流形成，屬暴雨型洪水［6］。表1 統(tǒng)計西江干支流主要水文站年最大洪峰流量在每個月發(fā)生的次數(shù)，分析各代表站年最大洪峰流量出現(xiàn)的機率。西江流域洪水期與雨季相應(yīng)，汛期一般從4 月開始，9 月底基本結(jié)束。干流洪水多發(fā)生在6、7、8 三個月，尤以6、7 月大洪水發(fā)生的機率最大，5 月偶有發(fā)生，但是量級較小。各主要支流洪水年分布特點如下:

①柳江流域雨量充沛，由于受西南暖濕氣流等天氣系統(tǒng)的影響，在遇到大山后使?jié)穸容^大的氣流迅速抬升而形成高強度的降雨，成為廣西第一降雨高值區(qū)。洪水集中在6、7 月，與干流洪水基本相應(yīng)。

②郁江洪水主要受熱帶風(fēng)暴及臺風(fēng)的影響造成，每年登陸廣西并影響郁江流域的臺風(fēng)及熱帶風(fēng)暴大多集中在5 ～10 月期間。郁江7 ～9 月發(fā)生大洪水的次數(shù)最為集中，其最有可能發(fā)生大洪水的時間晚于干流。

③桂江汛期開始較早，從3 月開始進入汛期，年最大洪峰流量主要集中在5、6 兩個月，7 月份已經(jīng)減少，桂江洪水發(fā)生時間明顯早于西江干流。

表1 西江干、支流主要水文站年最大洪峰流量出現(xiàn)機率統(tǒng)計Tab.1 Statistics on occurring chance of maximum flow rate at flood peak by main hytrometric stations of the Xi Jiang River tributaries and main stream

2 西江干流洪水組成

廣西境內(nèi)西江流域三大主要支流柳江、郁江、桂江，形成以梧州為總匯合點的樹枝狀水系分布。為了對西江流域干流洪水組成進行分析，本次選擇了資料詳實、洪峰流量和洪量均較大的14 場實測洪水過程作為分析對象，分別研究了黔江、潯江、西江的洪水組成。各干流段的洪水組成分別以其上游干流代表站及主要支流代表站最大3 d、7 d 洪量占該干流段代表站最大3 d 和7 d 洪量的比重情況進行分析。分析過程中采用的各干、支流代表站見表2，各代表站關(guān)系見圖1。

表2 西江流域干、支流代表站選擇Tab.2 The Xi Jiang River basin mainstream and branches hydrological station selection

統(tǒng)計各干流段的洪水組成情況。以黔江洪水組成分析為例，為了研究紅水河、柳江洪水占黔江洪水的比重，分別以遷江站、柳州站作為紅水河與柳江的代表站，以兩江匯合口下游武宣站作為黔江的代表站，統(tǒng)計各場洪水武宣站年最大洪量及相應(yīng)時段，統(tǒng)計遷江、柳州相應(yīng)洪水時段內(nèi)發(fā)生的洪量。西江各干流段1962 ～2005 年典型洪水組成情況統(tǒng)計成果見表3。

表3 各年型主要控制站實測洪量組成統(tǒng)計Tab.3 Flood volume measured by main control stations in histrory 108m3

由表3 的統(tǒng)計成果可見，紅水河與柳江洪水匯合后，組成武宣洪水，紅水河干流和柳江占黔江洪水的比例比較接近，其中柳州年最大3 d 洪量平均占武宣洪水47.9%，略大于紅水河干流占武宣的比重;郁江洪水與流黔江洪水匯合后形成潯江洪水，黔江武宣站3 d、7 d 洪量占大湟江口站洪水平均比重分別達95.1%和90.3%，各場洪水黔江所占比例都遠遠大于郁江所占比重，郁江所占比重約為16%，可見郁江對干流大洪水的形成作用有限;桂江與潯江匯合后形成西江干流(梧州站)洪水，梧州站的洪水主要來源于潯江大湟江口站以上，大湟江口站3 d、7 d 洪量占梧州站洪水平均比重分別達82.3%和89.4%，而桂江僅占不到5%，可見桂江洪水基本不參與梧州大洪水的形成。通過對干流洪水組成分析，給水庫防洪優(yōu)化調(diào)度提供必要的參考依據(jù)［7］。

3 洪水遭遇分析

3.1 洪水遭遇分析方法

目前，國內(nèi)外對洪水遭遇問題的研究比較多，國內(nèi)許多專家學(xué)者對兩江年最大洪水發(fā)生時間及年最大洪水發(fā)生量級的遭遇概率進行研究［8-11］。為了分析西江流域主要大支流郁江、柳江、桂江洪水與西江干流洪水的遭遇情況，分別以遷江、柳州、武宣、南寧、大湟江口、桂林、梧州作為代表站，各代表站水文資料均在40 年以上，觀測項目較齊全，資料精度較高具有較好的代表性。本文采用年最大值法取樣，逐年統(tǒng)計各代表站的年最大洪峰流量、洪量及發(fā)生的時間，然后在考慮洪水傳播時間的基礎(chǔ)上，分析兩站之間的洪水是否發(fā)生遭遇［12-13］，具體分析方法如下:

根據(jù)統(tǒng)計的洪峰、洪量發(fā)生的時間，在考慮兩站點洪水傳播時間后，若兩站點洪水過程的洪峰出現(xiàn)時間相差1 d 以內(nèi)，即為洪峰遭遇;若最大7 d 洪水過程或最大15 d 洪水過程超過1/2 時間重疊，即為洪水過程遭遇［14-15］;計算統(tǒng)計年份內(nèi)各站點之間洪水遭遇的頻次即為遭遇的概率。洪水傳播時間與流量、河流比降及上、下游斷面距離等因素有關(guān)。具體見表4。

表4 各站洪水傳播時間Tab.4 Flood travelling time between stations

3.2 洪水遭遇頻次

分析遷江、柳州、武宣、南寧、大湟江口、桂林、梧州各站歷年來年最大洪水發(fā)生時間和洪量，逐年分析1962 ～2005 年紅水河與柳江、黔江干流與郁江、潯江干流與桂江洪水的遭遇情況，最后統(tǒng)計得出相應(yīng)洪水遭遇的概率，見表5。由表5 的統(tǒng)計成果可見，紅水河與柳江洪水遭遇的概率很大，洪峰、7 d 洪量、15 d 洪量遭遇的概率分別達34.1%、47.7%和52.3%;郁江與黔江洪水遭遇的可能性較小，相應(yīng)遭遇概率分別為15.9%、18.2%和20.5%;桂江與西江洪水遭遇的可能性很小，相應(yīng)遭遇概率僅為4.5%、9.1%和15.9%。

表5 各站洪水遭遇統(tǒng)計Tab.5 Statistics onflood encounter at stations

3.3 洪水遭遇量級分析

在1962 ～2005 年的資料系列中，柳江與紅水河最大洪水過程遭遇次數(shù)較多，兩江最大7 d 洪量遭遇了21 次，15 d 洪量遭遇了23 次，統(tǒng)計柳州、遷江和武宣三站遭遇洪水過程的W7d和W15d系列，將兩站遭遇時的W7d和W15d分為4 個量級，分別統(tǒng)計各個量級的洪水發(fā)生次數(shù)，結(jié)果見表6 和表7。

柳江與紅水河的遭遇洪水中，兩江的3 d 洪量主要都集中在50 ～100 億m3，小于50 億m3的很少;遭遇的7 d 洪量也以100 ～200 億m3居多，可見洪水遭遇時柳江、紅水河的洪水量級都較大，一旦發(fā)生遭遇洪水，兩江同時發(fā)生大洪水的可能性很大。

郁江發(fā)洪時間較晚，與干流很少遭遇，在44 年水文資料系列中，南寧與武宣站最大7 d 洪水過程遭遇次數(shù)只有8 次，最大15 d 洪水過程遭遇次數(shù)也只有9 次，每次洪水遭遇時南寧站洪水量級都不大，遠小于柳江洪水與干流洪水遭遇時的量級，W7d大于50 億m3僅有一次，發(fā)生在2001 年，洪量達74 億m3，最大15 d 洪量為121 億m3，可見即使郁江與干流洪水遭遇，大湟江口洪水仍主要來自武宣以上。

桂江洪水發(fā)生時間較早，基本不與干流遭遇，即使遭遇，由于桂江流域面積較小，其洪水量級一般很小，與大湟江口洪水組合后對梧州洪水的組成僅起推波助瀾的作用。

表6 柳州、遷江遭遇時W7d分布Tab.6 The W7d distribution when the Liu Jiang encounters the Qian Jiang

表7 柳州、遷江遭遇時W15d分布Tab.7 The W15 d distribution when the Liu Jiang encounters the Qian Jiang

4 結(jié) 語

西江流域地處低緯，屬亞熱帶季風(fēng)區(qū)氣候，水汽充沛，暴雨頻繁，極易發(fā)生災(zāi)害性洪水，給沿江城市造成嚴重損失［16］。本文通過對廣西境內(nèi)各干、支流洪水年內(nèi)分布情況進行統(tǒng)計，分析西江流域多年典型洪水組成，從遭遇次數(shù)、遭遇時間、洪峰和洪量等角度分析西江流域主要干支流的洪水遭遇情況。結(jié)論如下:

①西江干流洪水多發(fā)生在6、7、8 三個月，尤以6、7 月大洪水發(fā)生的機率最大，柳江洪水發(fā)生時間與干流洪水基本相應(yīng)，郁江洪水集中在7 ～9 月，發(fā)生大洪水的時間晚于干流，桂江洪水集中在5、6 月，發(fā)生時間明顯早于干流。

②選擇14 場洪峰流量和洪量均較大的典型洪水，基本涵蓋了有實測資料以來的發(fā)生的大洪水，可以說明西江干流洪水組成情況:紅水河干流和柳江占黔江洪水的比例接近，柳江對形成干流洪水的貢獻略大于紅水河;黔江洪水占潯江洪水的比重遠大于郁江，郁江對干流大洪水的形成作用有限;桂江基本不參與梧州大洪水的形成。

③紅水河與柳江洪水遭遇的概率很大，且一旦發(fā)生遭遇洪水，兩江同時發(fā)生大洪水的可能性很大;郁江與干流發(fā)生洪水遭遇概率很小，即使發(fā)生遭遇洪水，大湟江口洪水仍主要來自武宣以上;桂江洪水基本不與干流遭遇，即便遭遇，桂江的洪水量級也很小，對梧州洪水的形成作用非常有限。

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