淺談新疆主要河流洪水類型及變差系數(shù)Cv特征

(新疆阿克蘇水文勘測局，新疆 阿克蘇 843000)

新疆河流一般為內(nèi)陸河流，流域面積較大，河流較長，河源有穩(wěn)定的固體水庫冰川補(bǔ)給，河流中下游為暴雨洪水補(bǔ)給，河源各支流多為冰川和冰雪融水補(bǔ)給，干流多為混合型洪水。河流洪水Cv值、Cs值變化規(guī)律直接關(guān)系到水利水電工程的建設(shè)規(guī)模，防洪工程的投資，水利工程的建設(shè)的經(jīng)濟(jì)和安全。分析河流洪水頻率曲線的走向、歷史洪水、特大洪水的重現(xiàn)期，是研究新疆河流洪水Cv值、Cs值的基礎(chǔ)。流域規(guī)模的大小，河源海拔的高低，洪水形成的機(jī)制，受西風(fēng)環(huán)流水汽來源的影響，河源所在的區(qū)域等影響著河流洪水的年際變化，決定著變差系數(shù)Cv，偏態(tài)系數(shù)Cs變化規(guī)律。 研究新疆河流洪水Cv值、Cs值變化規(guī)律，重要的是研究時(shí)空變化規(guī)律。對(duì)于資料短缺，或在無資料的河流進(jìn)行水利水電工程的建設(shè)，分析周邊臨近流域河流洪水Cv值、Cs值的規(guī)律，可以為水利水電工程提出合理可靠地依據(jù)。

1 洪水概況

1.1 主要洪水類型

新疆河三山兩盆，特殊的地形，大陸腹地遠(yuǎn)離海洋，山體地形呈“ε ”狀，在西風(fēng)環(huán)流的作用下，由大西洋、里海及巴爾喀什湖西來的溫濕氣流，已是強(qiáng)弓之末，受天山山脈的抬升，在伊犁河谷、在天山南北坡、阿勒泰山脈、南疆帕米爾高原、昆侖山脈等山區(qū)形成降水。由于降水時(shí)空分布不均，部分區(qū)域會(huì)形成洪水災(zāi)害，主要洪水類型有五種，主要是：(1)暴雨型洪水；(2)融雪型洪水；(3)暴雨融雪混和型洪水；(4)潰壩型洪水；(5)潰壩混和型洪水等其他類型。

1.2 河流歷史洪水調(diào)查

新疆河流歷史洪水調(diào)查工作主要在解放以后進(jìn)行，解放后自治區(qū)水文局在1955-1960年南北疆主要河流先后設(shè)立了水文站，南北疆都進(jìn)行了歷史洪水調(diào)查，50至80年代編制了《喀什地區(qū)水文手冊(cè)》。進(jìn)入90年代，特別是90年代末期21世紀(jì)初，大洪水進(jìn)入高頻發(fā)期，1999年南北疆都發(fā)生了大洪水，特別是南疆諸河，各河水文站實(shí)測洪水量值都超過了《喀什地區(qū)水文手冊(cè)》的歷時(shí)洪水量值。重現(xiàn)期達(dá)100年，使各水文站設(shè)計(jì)洪水的重現(xiàn)期重新率定。新疆水電設(shè)計(jì)院、兵團(tuán)一、二分院及各水利部門對(duì)額河、伊犁河等新疆諸河都進(jìn)行了歷史洪水調(diào)查，新疆河流年最大洪峰流量年際變化與洪水成因有關(guān)，冰雪融水河流洪峰流量Cv值較小，暴雨洪水Cv值較大，易發(fā)生突發(fā)性洪水的葉爾羌河、克孜河、四棵樹河、奎屯河以及泥石流易發(fā)生地區(qū)的河流Cv值也較大。

2 新疆主要河流洪水Cv值分析

2.1 額爾齊斯河

額爾齊斯河發(fā)源于新疆最北部的阿爾泰山脈南麓，水系呈單向羽狀不對(duì)稱性，由河源的卡依爾特斯河、庫依爾特斯河匯合后，有喀拉額爾齊斯河、克蘭河、布爾津河、哈巴河和別列則克河匯入，后流出國境。各支流發(fā)源于海拔3 500 m左右的齊格爾臺(tái)大坂。由于額河緯度高，雪線低，冬季冰雪深厚，氣候環(huán)境為冷半年和暖半年，洪水成因主要為冰雪融水，年際變化穩(wěn)定。各支流山口水文站Cv值在0.2～0.4間。額河中下游喀臘塑克、布爾津水文站因受干支流洪水疊加，不僅有冰雪融水洪水，還接納了中低山區(qū)的暴雨洪水，混合型洪水為主要類型。額河干支流進(jìn)行了多次歷史洪水調(diào)查，洪峰Cv值在0.3～0.6間。烏倫古河源流5條支流洪水多為冰雪融水型洪水，洪峰Cv值在0.2～0.4間。干流二臺(tái)站、福海站間因福海灌區(qū)引水，洪水需要還原，加上區(qū)間暴雨的影響，洪水多為混合型洪水，洪峰Cv值在0.3～0.6間。

表1 新疆主要河流集水面積和洪峰流量Cv值、Cs/Cv變化規(guī)律表

2.2 伊犁河

伊犁河在我國境內(nèi)主要由主流特克斯河、北支喀什河和東支鞏乃斯河組成。因此，伊犁河洪水成因受三大支流影響，其中影響力最大的是特克斯河，喀什河次之。特克斯河、喀什河河源海拔較高，上游冰川面積大；特克斯河河源海拔高程6 000余 m，有冰川面積1 559 km2，占該河流域面積的5.7%；喀什河河源海拔高程4 500余 m；有冰川面積408 km2，占該河流域面積的4.7%。特克斯河、喀什河穿越的昭蘇縣、特克斯縣、新源縣、尼勒克縣，是伊犁地區(qū)三大降水帶中的兩大區(qū)域。從其洪水組成上分析，三大支流特克斯河、喀什河、鞏乃斯河冰雪融水洪水約占55%～65%，暴雨洪水約占35%～45%。再從降水的集中程度和氣溫情況看，特克斯縣、昭蘇縣和尼勒克縣，夏季5～8月的降水量約占年降水量的50%～70%，伊犁地區(qū)夏季零度層高度較高，在3 500～5 500 m之間，極端地面最高氣溫可達(dá)33℃～41℃，熱量相當(dāng)充足，因此，伊犁河洪水成因主要有：季節(jié)性積雪融水洪水、冰川和永久積雪融水洪水和暴雨洪水三種。伊犁河干支流進(jìn)行了多次歷史洪水調(diào)查，三大支流洪峰Cv值在0.3～0.6間。中游雅馬渡水文站和三道河子站Cv值在0.4～0.5間。

2.3 阿克蘇河

阿克蘇河是一條以冰雪消融補(bǔ)給為主的河流，夏季大規(guī)模的冰雪消融是河流洪水形成的最基本原因。由于阿克蘇河兩條支流地形、地貌特征、水流條件、流域性狀等形成河流洪水的基本要素有著較大差異，因此上游2支流的洪水成因既有共同之處，也有各自的特點(diǎn)，受制于兩條支流洪水成因的阿克蘇河干流洪水的成因更具復(fù)雜性。干支流洪峰Cv值在0.5～0.6間。倍比Cs/Cv在4～6間。

3 不同類型洪水Cv值分析

受流域大小的影響，Cv值呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律。流域大的河流，如伊犁河、額爾齊斯河、阿克蘇河、葉爾羌河、開都河及孔雀河等各大支流都發(fā)源于山區(qū)，洪水類型多為融雪型，受氣溫日變化影響，一日一峰，洪水過程為矮胖型，洪水年際變化穩(wěn)定，Cv值多在0.3～0.5間。往下游進(jìn)入干流，各支流洪水匯入，再加上中低山區(qū)的暴雨洪水的疊加，洪水類型呈現(xiàn)為混合型。洪水一日一峰減弱，洪水過程呈現(xiàn)峰高量大的過程。從歷年洪水發(fā)生統(tǒng)計(jì)，混合型洪水是干流主流洪水。

3.1 暴雨洪水

暴雨洪水峰型尖瘦，歷時(shí)短，多為發(fā)源于天山南北坡、昆侖山北坡中低山區(qū)的中小河流。洪水年際變化大，Cv值在0.6以上，有些小河流甚至達(dá)到1.0。

3.2 融雪型洪水

高山冰川、降雪、固體水庫經(jīng)過整個(gè)冬季的積累春夏之季受氣溫持續(xù)升高的影響，河流就會(huì)發(fā)生融雪型洪水，融雪型洪水在山區(qū)和平原區(qū)都會(huì)發(fā)生，受晝夜溫差的影響，洪水過程也呈現(xiàn)一日一峰的日變化過程。洪水過程持續(xù)時(shí)間較長，緩漲緩落，峰型矮胖，Cv值一般在0.4以下，Cs/Cv也在3倍以下。

3.3 春洪(融雪型洪水)

春洪為冰雪融水洪水，主要受氣溫和積雪厚度及消融區(qū)的范圍的影響，春季由于山區(qū)氣溫回升較慢，融化的時(shí)間較長，考慮出山口以上山區(qū)融雪較平原區(qū)有一滯后時(shí)段，持續(xù)高溫天氣對(duì)出山口后的平原區(qū)消融量影響很大，因此春洪洪量計(jì)算中消融面積按各洪溝出山口后與渠線相交段的洪積扇上的平原面積作為核算的面積。并用三角形概化。(消融的覆蓋面積主要是在出山口后的平原區(qū))。春洪洪水匯集快，洪量較大，因此這幾條洪溝的春洪對(duì)渠線影響較大。每年的3～4月氣溫從0℃以下，經(jīng)過連續(xù)3～5 d持續(xù)高溫，溫度上升15℃～20℃，各洪溝發(fā)育在淺山區(qū)，加上平原區(qū)洪積扇上的冰雪急劇融化，形成春洪。春洪洪峰流量較夏洪洪峰流量小，但洪量較大，洪水持續(xù)時(shí)間較夏洪為長，洪水量較夏洪為大，同時(shí)3～4月份，雖然氣溫已較高，但地面化凍不深，下滲損失不大，也是春洪過程較長的原因。一般春洪的Cv值在0.3以下，Cs/Cv也在3倍以下。

3.4 潰壩型洪水

潰壩型洪水過程為半個(gè)暴雨或混合型洪水過程，即為從直立陡壁的洪峰接劇烈的下泄過程。這種過程為洪峰到底部的過程峰值很高，破壞作用極大。主要發(fā)生在南疆葉爾羌河，克孜河，北疆精河等河流。潰壩型洪水的Cv值在0.7～1.0間，Cs/Cv在3.5～5。

3.5 混合型洪水

新疆河流的洪水大部分發(fā)生的是混合型洪水，以各河出山口斷面為例，緩漲緩落，峰高量大，持續(xù)時(shí)間長，有明顯的日變化。經(jīng)分析混合型洪水的Cv值范圍較大，在0.3至0.8間，Cs/Cv也在2.5～9間。

4 主要河流Cv值及Cs/Cv評(píng)價(jià)分析

通過對(duì)新疆三山兩盆河流分布，徑流量為10億 m3以上的河流有18條，徑流量為1～10億 m3的河流45條，徑流量小于1億 m3的河流約為900條。從河流洪水成因、洪水類型、結(jié)合洪水系列50多年進(jìn)行分析，可總結(jié)得出各主要河流具體Cv值和Cs/Cv值(見表1)。

5 結(jié)語

新疆河流眾多，河流較長，流域規(guī)模的大小，主要河流洪水的年際變化受河源海拔的高低、洪水形成機(jī)制及類型、西風(fēng)環(huán)流水汽來源的影響較大。而主要河源所在的區(qū)域決定著變差系數(shù)Cv和偏態(tài)系數(shù)Cs的變化規(guī)律。研究新疆河流洪水Cv值、Cs值變化規(guī)律，可以得出主要河流洪水的時(shí)空變化規(guī)律，對(duì)于在資料短缺或無資料的大中型河流進(jìn)行水利水電工程建設(shè)具有重要現(xiàn)實(shí)意義，為新疆水資源開發(fā)利用提供基礎(chǔ)依據(jù)和技術(shù)支撐。

[1]歷年《中華人民共和國水文年鑒》.新疆維吾爾自治區(qū)水利廳水文總站刊印.

[2]新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院.洪水地區(qū)組成專題研究報(bào)告.2012.12.

[3]SL44-2006.水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范.

[4]新疆維吾爾自治區(qū)水利廳新疆水利學(xué)會(huì).新疆河流水文水資源.1999.7.

[5]能源部水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算手冊(cè).1995.10.