洮河流域洪水特性分析

景春剛

(甘肅省臨洮水文水資源勘測(cè)局，甘肅 臨洮 730500)

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洮河流域洪水特性分析

景春剛

(甘肅省臨洮水文水資源勘測(cè)局，甘肅 臨洮 730500)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人類對(duì)水能資源的開發(fā)利用不斷加強(qiáng)。為了進(jìn)一步研究洮河流域洪水特性，減少洪水給人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全帶來的損失，促進(jìn)水資源利用的健康、持續(xù)發(fā)展，通過對(duì)洮河干流3個(gè)水文站多年洪水?dāng)?shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，對(duì)該流域洪水組成、洪水年際和年內(nèi)變化以及洪水發(fā)生的頻率進(jìn)行分析研究，提高對(duì)洪水預(yù)防和預(yù)報(bào)能力，達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的。

流域；洪水特性；洪水組成；分析；防災(zāi)減災(zāi)

洪水災(zāi)害具有很強(qiáng)的破壞力，常常會(huì)給人民生命、財(cái)產(chǎn)帶來極大的損失。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展所需，水資源的開發(fā)利用在不斷的加強(qiáng)，頻繁劇烈的人類活動(dòng)在一定程度上改變了流域部分特征，致使流域洪水特性發(fā)生變化。做為大江大河主要水源補(bǔ)給區(qū)的中小河流，其流域洪水會(huì)對(duì)下游洪量產(chǎn)生嚴(yán)重影響。分析研究中小河流洪水特性有利于更好地掌握大江大河的洪水特征，為防洪減災(zāi)提供強(qiáng)有力的保障。

1 流域概況

洮河位于甘肅省南部，是黃河上游第二大支流(僅次于湟水)，發(fā)源于青海省河南蒙古族自治縣西傾山東麓，干流河長673 km，流域面積25 527 km2。該流域地跨甘南高原和隴西黃土高原兩大地貌單元。上游河谷開闊，地勢(shì)平緩，兩岸草原廣布，水流穩(wěn)定，割切侵蝕微弱，河道比較穩(wěn)定；中游地區(qū)因受地質(zhì)構(gòu)造影響，褶皺嚴(yán)重，河道彎曲多峽谷，兩岸分布森林、草原，植被良好，水源涵養(yǎng)能力強(qiáng)，洪水小，含沙量低，河道水流逐漸加大，水流湍急，水力資源豐富；下游黃土覆蓋深厚，丘陵起伏，地形破碎，植被稀少，水土流失嚴(yán)重，是洮河泥沙的主要來源區(qū)[1]。

2 洪水的組成

洮河支流呈羽狀分布于干流兩側(cè)，其主要支流有周科河、科才河、括合曲、博拉河、車巴溝、卡車溝、大峪溝、迭藏溝、羊沙河、冶木河、漫壩河、三岔河、東峪溝、大碧河和廣通河。各支流的暴雨洪水是干流洪水的主要組成部分，眾多的支流是洮河干流水源的主要補(bǔ)給區(qū)。一方面，豐富的水資源為流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的保障；另一方面，眾多支流的匯入，為流域防汛工作增加了難度。

近年來，隨著中小河流治理項(xiàng)目的實(shí)施，洮河流域的眾多支流都設(shè)立了水文觀測(cè)項(xiàng)目，為更好地控制和預(yù)報(bào)流域暴雨洪水和防災(zāi)減災(zāi)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 洪水特征

3.1 洪水的年際變化特征

圖1 洮河干流各代表站年最大洪水年際變化圖

圖1為洮河干流各代表站年最大洪水變化過程圖。整體來說，洮河流域的洪水量下游大于上游；如1964年，下游紅旗站測(cè)得的最大瞬時(shí)流量為2 310 m3/s,而上游岷縣站的流量為1 460 m3/s,符合河流的自然特性。從過程來看，1980年前發(fā)生大洪水的頻率均高于后期。八十年代前期,紅旗水文站發(fā)生2 000 m3/s的洪水3次，而在后期沒有發(fā)生過此量級(jí)洪水。究其原因，首先主要是從1978年開始，洮河流域先后修建了劉家浪、三甲、九甸峽等電站，電站庫區(qū)對(duì)流域水量起到了調(diào)節(jié)作用，致使后期水量年際變化相對(duì)平穩(wěn)。其次，電站的攔蓄調(diào)節(jié)，改變了河流的自然屬性，致使1985年后，紅旗站年洪水變化過程與岷縣、李家村兩站的變化趨勢(shì)有所差別。另外，流域降水量減少是導(dǎo)致洪水量級(jí)偏小和發(fā)生頻率降低的又一主要因素。據(jù)分析研究，該流域2007-2011年的平均降水量比1957-1961年平均降水量偏少13%[2]。

表1 變差系數(shù)

表1為各代表站年最大流量和降水量年際變差系數(shù)。從上游至下游，年最大流量的變差系數(shù)呈遞減趨勢(shì)，而年降水量的變差系數(shù)逐漸變大。流量年際變差系數(shù)逐漸變小是因?yàn)殡S著支流的不斷匯入，下游斷面流量年際變化較上游穩(wěn)定。而降水量的系數(shù)遞增是因?yàn)樯嫌斡炅枯^下游豐沛，降水量豐枯變化下游比上游頻繁。據(jù)岷縣和紅旗觀測(cè)資料顯示，兩站多年平均降水量紅旗偏少岷縣約240 mm。

3.2 洪水的年內(nèi)變化特征

表2 洮河流域干流年最大洪峰流量機(jī)率統(tǒng)計(jì)表 %

表2為洮河流域各干流控制站年內(nèi)遭遇最大洪水的時(shí)間機(jī)率統(tǒng)計(jì)，整體來看，該流域在年內(nèi)4-10月都有遭遇洪水的可能，但發(fā)生機(jī)率不盡相同，年內(nèi)遭遇洪水機(jī)率最大的是7月，9月次之；各站7-9月遭遇年最大洪水的機(jī)率占全年的72%～76%。分析其原因，主要是因?yàn)樵摿饔蚝樗饕怯蓮?qiáng)降水產(chǎn)生的暴雨洪水，而夏秋兩季降水量占全年降水量的86%以上，與發(fā)生洪水的時(shí)間相吻合，這也是流域洪水主要是暴雨洪水的有力佐證。

3.3 暴雨洪水的特征

洮河流域深處內(nèi)陸，地跨甘南高原和隴西黃土高原兩大地貌單元，高原大陸性氣候特征明顯，由于地形高差變化大，氣候有明顯垂直分布，致使流域降水有梯度變化。在發(fā)生陣性暴雨時(shí)，中、下游地區(qū)易形成山洪并造成嚴(yán)重水土流失。由于受流域降水特性影響，洪水具有暴漲暴落、峰量集中、漲峰歷史短等山溪河流的特點(diǎn)。

4 洪水頻率分析

本文所選各測(cè)站資料系列連續(xù)，代表性較強(qiáng)，加入調(diào)查到的歷史洪水與實(shí)測(cè)流量進(jìn)行頻率分析計(jì)算，并以P～Ⅲ型曲線適線，對(duì)于經(jīng)驗(yàn)頻率按下式計(jì)算[3]。

(1)

(2)

式中：PM為調(diào)查期N年中序號(hào)為M的經(jīng)驗(yàn)頻率；n為實(shí)測(cè)洪水個(gè)數(shù)；M為實(shí)測(cè)洪水由大到小排列序號(hào)；N為考證年至今的年數(shù)。

表3 洮河干流各代表站流量頻率計(jì)算成果表 m3/s

通過矩法計(jì)算的Cv值通常偏小，在進(jìn)行各站年最大流量頻率計(jì)算時(shí)，偏態(tài)系數(shù)Cs=2.0Cv，采用圖解法進(jìn)行頻率適線，且在考慮理論頻率和經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)子擬合良好的基礎(chǔ)上，充分照顧稀遇洪水。經(jīng)分析計(jì)算，岷縣、李家村和紅旗3站百年一遇的洪水分別為1 690 m3/s、2 410 m3/s和2 680 m3/s，系列年最大流量多年均值分別為615 m3/s、769 m3/s和914 m3/s。不同頻率下各代表站響應(yīng)流量詳見表3。

目前，對(duì)洪水頻率計(jì)算普遍采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，利用本方法計(jì)算頻率，結(jié)果會(huì)隨著樣本容量的變化，對(duì)水文頻率計(jì)算的精度有一定影響。

5 結(jié)語

洮河流域地處內(nèi)陸，高原大陸性氣候特征明顯，其眾多支流的匯入，易形成洪水災(zāi)害，給區(qū)域內(nèi)人民生命和財(cái)產(chǎn)帶來極大損失。本文通過對(duì)洮河干流各代表站歷年洪水的分析，得出以下結(jié)論：

(1)洮河支流呈羽狀分布于干流兩側(cè)，各支流的暴雨洪水是干流洪水的主要組成部分，眾多的支流是洮河干流水源的主要補(bǔ)給區(qū)。

(2)各代表站1980年前發(fā)生大洪水的頻率均比后期要高，以紅旗站為例，八十年代前期,該站發(fā)生2 000 m3/s以上的洪水3次，而在后期沒有發(fā)生過此量級(jí)洪水。另外，年內(nèi)遭遇洪水機(jī)率最大的是7月，9月次之；各代表站7-9月遭遇年最大洪水的機(jī)率占全年的72%～76%。

(3)該流域洪水主要是暴雨洪水，夏秋兩季降水量占全年降水量的86%以上，與發(fā)生洪水的時(shí)間相吻合。另外，由于受流域降水特性影響，洪水具有暴漲暴落、峰量集中、漲峰歷史短等山溪河流的特點(diǎn)。

(4)通過頻率計(jì)算分析，岷縣、李家村和紅旗3站百年一遇的洪水分別為1 690 m3/s、2 410 m3/s和2 680 m3/s，系列年最大流量多年均值分別為615 m3/s、769 m3/s和914 m3/s。

[1]楊成有，劉進(jìn)琪.甘肅江河地理名錄.蘭州：甘肅人民出版社.2014.

[2]景春剛.洮河流域降水特性分析.蘭州：甘肅人民出版社.2015.

[3]劉洪波.水文水利計(jì)算.鄭州：黃河水利出版社.2006，45-55.

P331.1

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1004-1184(2016)06-0104-02

2016-06-06

景春剛(1979-)，男，甘肅臨洮人，工程師，主要從事水文監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作。