桂江中游平樂水文站洪水時程分布及組成規(guī)律分析

吳立愿

（廣西壯族自治區(qū)水文中心，南寧 530023）

0 引言

桂江是珠江流域西江水系左岸一級支流，流域面積1.87萬km2，平樂水文站是桂江中游控制站，其集水面積為1.22萬km2，斷面以上流域面積大于500 km2的支流有4條，左岸支流有田家河、恭城河，右岸有甘棠江和荔浦河，斷面以上有青獅潭、斧子口、小溶江、川江、峻山、巴江口等大中型水庫。1952—2020年近70年間，共有38年發(fā)生超警洪水，占比55%，1954、1956（5、6月份共出現(xiàn)2場）、1976、1978、1992、1996、2002、2005、2008、2017、2020年共11年出現(xiàn)12場大于8690 m3/s的洪水（依據(jù)珠江委設(shè)計洪水成果應(yīng)用建議，平樂水文站5年一遇洪水對應(yīng)流量為8690 m3/s），2000年以后發(fā)生中等洪水的頻次顯著上升[1]，有必要對桂江中游的洪水時程分布及組成規(guī)律進行分析。

現(xiàn)圍繞桂江中游的洪水的研究分析比較少，黃運才，吳曉紅[2]對桂江平樂1978年5月與1954年4月的洪水進行比較分析，駱艷珍[3]對桂江平樂1978年5月與2008年6月的暴雨洪水進行比較分析，均是針對兩場大洪水進行總結(jié)分析，存在一定的的局限性。在組成規(guī)律的研究上，熊瑩[4]對長江上游干支流洪水組成與遭遇進行了研究，陳立華等[5]在2018年對西江流域梧州站干支流洪水組成及遭遇規(guī)律進行了研究。

在以往研究的基礎(chǔ)上，采用水文學(xué)分析法從暴雨分布、洪水組成、洪水傳播時間以及洪水量級等方面，分析其洪水組成及遭遇規(guī)律。

1 桂江中游洪水年內(nèi)分布特征及年代際特征

1.1 年內(nèi)分布特征

1952—2020年桂江平樂水文站年最大流量發(fā)生在各月次數(shù)和比重如表1所示。從表1可知，桂江從4月份開始進入汛期，洪水多發(fā)生在5～7月，超過70%的年最大流量出現(xiàn)在5、6月。其中發(fā)生中等以上洪水的月份為1954年4月、1956年5月、1956年6月、1976年7月、1978年5月、1992年7月、1996年4月、2002年6月、2005年6月、2008年6月、2017年7月、2020年6月，20世紀中葉至末期中等以上洪水在4～7月均有出現(xiàn)，21世紀以來則主要出現(xiàn)在6月份。

表1 桂江平樂水文站年最大流量發(fā)生月份頻次統(tǒng)計表

1.2 序列分析

1.2.1 趨勢性分析

對桂江平樂水文站1952—2020年年最大流量資料序列采用坎德爾（Kendall）秩次相關(guān)檢驗[6、7]、游程檢驗[8]兩種方法進行趨勢性分析。兩種統(tǒng)計檢驗中都顯示無趨勢，則認為該序列無趨勢性。

桂江中游平樂水文站1952—2020年共有38 a發(fā)生超警洪水，占比54.3%；發(fā)生中等以上洪水的年份分布則具有不均勻性特征，1954年出現(xiàn)1場，1956年2場，出現(xiàn)在1957—2000年的僅為4場，2000年以后的有5場，2000年以后中等洪水的發(fā)生概率顯著上升。桂江平樂水文站年最大流量過程線見圖1。

圖1 桂江平樂水文站年最大流量過程線圖

1.2.2 周期性分析

采用小波分析法[9]對桂江平樂水文站1952—2020年年最大流量資料序列中的周期項進行識別，小波分析法是將年最大流量資料序列看成是由不同周期的規(guī)則波動迭加而成，在分離周期時逐步分解出一些比較明顯的周期成分，然后疊加起來作為該序列的周期項。經(jīng)分析，桂江平樂水文站的年最大流量資料序列具有周期性，第一周期長度為22 a，第二周期長度為28 a，第三周期長度為30 a。桂江平樂水文站年最大流量序列周期分析見圖2。

圖2 桂江平樂水文站年最大流量序列周期分析圖

1.2.3 年代際分布特征

計算每個年代的年最大流量均值，再與歷年均值相比，1950年代～2010年代與歷年均值的距平分別為：3.2%、-4.5%、9.4%、-7.1%、1.7%、6.1%、2.9%，即明顯偏大（大于5%）的有1970年代和2000年代，明顯偏?。ㄐ∮?%）的有1980年代，其次是1960年代。桂江平樂水文站年最大流量年代際柱狀圖見圖3。

圖3 桂江平樂水文站年最大流量年代際柱狀圖

2 桂江平樂水文站干支流洪水頻率及遭遇分析

桂江平樂水文站10 a一遇以上的5場洪水是1954年4月、1956年6月、1978年5月、2008年6月、2020年6月洪水，其中1954年4月與1956年6月洪水，桂林水文站和陽朔水文站缺乏歷史流量資料，可以從收集到的桂林、荔浦、恭城、平樂4站的降雨情況進行分析。對上游各水文站的洪水頻率逐場進行分析，統(tǒng)計結(jié)果見表2，桂江平樂水文站的10 a一遇以上的洪水基本是上游干支流來水共同影響，平樂站的洪水量級以大于上游各站的洪水量級居多，分述如下：

表2 桂江中游10 a一遇洪水各站最大流量及重現(xiàn)期統(tǒng)計表

（1）1954年4月暴雨洪水：上游桂林站以上的降雨與1978年5月相當(dāng)，按照雨洪同頻考慮，即桂林站的洪水量級為5 a一遇，支流恭城河的洪水超過10 a一遇，荔浦河的洪水超2 a一遇，由于干支流洪水遭遇疊加，平樂水文站的洪水接近20 a一遇。

（2）1956年6月暴雨洪水：上游桂林站以上的降雨較1978年5月、2008年6月的降雨小，即桂林站的洪水量級小于5 a一遇，支流恭城河的洪水為10 a一遇，荔浦河的洪水超5 a一遇，平樂水文站的洪水為10 a一遇。

（3）1978年5月暴雨洪水：上游桂林站的洪水量級為5 a一遇，陽朔站的洪水量級為10 a一遇，支流恭城河的洪水為接近20 a一遇，荔浦河的洪水超5 a一遇，平樂水文站的洪水接近20 a一遇，干流和支流恭城河的來水比重約為85%。

（4）2008年6月暴雨洪水：上游桂林站的洪水量級為5 a一遇，陽朔站的洪水量級為10 a一遇，支流恭城河的洪水為10 a一遇，荔浦河的洪水超2 a一遇，平樂水文站的洪水接近20 a一遇，干流和支流恭城河的來水比重約為80%。

（5）2020年6月暴雨洪水：上游桂林站未有明顯洪水，陽朔站的洪水量級為超過5 a一遇，支流恭城河的洪水小于5 a一遇，荔浦河的洪水小于2 a一遇，平樂水文站的洪水接近20 a一遇。

3 洪水類型及典型年分析

3.1 洪水類型及典型年分析

按致洪的暴雨分布、時程分配以及干支流洪水組合綜合分析，可將洪水類型分為上游型、中游型、下游型、區(qū)間型、全流域型等類型的洪水，從5場10 a一遇以上的洪水分析，桂江平樂水文站的洪水大多屬于全流域型洪水。

（1）1954年4月暴雨洪水：暴雨可分為兩小場暴雨，暴雨走向為先干流后支流、先上游后支流，洪峰與暴雨對應(yīng)呈現(xiàn)雙峰型前鋒大后峰小，洪峰流量分別為11 200、8510 m3/s，屬全流域型洪水。

（2）1956年6月暴雨洪水：降雨為全流域降雨和支流追峰雨疊加，即1956年6月15日全流域降暴雨，6月16日其余區(qū)域雨勢減弱，支流恭城河繼續(xù)降暴雨，洪峰呈現(xiàn)單峰型，洪峰流量為10 100 m3/s，屬全流域型洪水。

（3）1978年5月暴雨洪水：與1954年4月比較類似，暴雨也可分為兩小場暴雨，暴雨走向為先干流后支流、先上游后支流[3]，洪峰與暴雨對應(yīng)呈現(xiàn)雙峰型（前鋒大后峰?。?，洪峰流量分別為11 400、9340 m3/s，屬全流域型洪水。

（4）2008年6月暴雨洪水：分為兩小場暴雨，次雨峰在前主雨峰在后，降雨量上游大下游小，全流域降雨疊加，第一場降雨起到提高江河底水及滋潤土壤的作用，使后一場降雨的產(chǎn)流量增加，洪峰呈現(xiàn)雙峰型（前鋒小后峰大），洪峰流量分別為4340、11 500 m3/s，屬全流域型洪水。

（5）2020年6月暴雨洪水：分為兩小場暴雨，第一場降雨出現(xiàn)在6月6日～7日，為上游小，中游區(qū)間大，造成平樂站出現(xiàn)洪峰，平樂水文站的洪峰呈現(xiàn)單峰型，洪峰流量為11 300 m3/s，屬中游區(qū)間型洪水；第二場降雨出現(xiàn)在6月8日～10日，主要集中在上游，由于桂江上游青獅潭、小溶江、斧子口、川江4座水庫攔蓄洪水明顯，最大攔洪流量達3450 m3/s，有效降低桂林水文站洪峰水位和流量，該站出現(xiàn)最大流量為2680 m3/s，上游的洪水不斷坦化且區(qū)間雨量小，洪水傳遞至平樂水文站，平樂水文站只出現(xiàn)小幅復(fù)漲，經(jīng)還原計算，如無水庫調(diào)蓄錯峰影響，平樂水文站的洪峰將呈現(xiàn)明顯的雙峰型，第2個洪峰流量約為7000 m3/s。

3.2 2020年6月暴雨洪水

3.2.1 暴雨

受高空槽、切變線和弱冷空氣共同影響，2020年5月29日～6月10日，我區(qū)遭受連續(xù)性強降雨過程，雨區(qū)高度重疊，柳州、桂林、河池等地大部降大到暴雨，其中6月6日～7日，桂江中上游出現(xiàn)強降雨過程，荔浦、陽朔、臨桂、恭城、平樂等地降大暴雨至特大暴雨。桂林市2020年6月5日～8日面雨量圖見圖4。桂江平樂水文站斷面以上面平均降雨量180.2 mm，其中桂江陽朔水文站斷面以上面平均降雨量127.9 mm，荔浦河荔浦水文站斷面以上面平均降雨量96.5 mm，恭城河恭城水文站斷面以上面平均降雨量293.7 mm，大旺河雙和水文站斷面以上面平均降雨量88.5 mm，陽朔—荔浦—雙和—恭城區(qū)間面平均降雨量205.9 mm。

圖4 桂林市2020年6月5日～6月8日面雨量圖

6日，桂江平樂水文站斷面以上面平均降雨量118.5 mm，陽朔縣高田鎮(zhèn)界底站日雨量達343.5 mm，荔浦市雙江鎮(zhèn)廣渡站日雨量達313.5 mm，7日，桂江平樂水文站斷面以上面平均降雨量61.7 mm，其中荔浦市馬嶺鎮(zhèn)大沖口站日雨量達196.5 mm，陽朔縣高田鎮(zhèn)高田站日雨量達153 mm。8日～10日，強降雨轉(zhuǎn)移至桂江上游與洛清江上游，受上游4座水庫影響，此時的降雨已對桂江中游的洪峰無影響。

最大1 h雨量為陽朔縣高田鎮(zhèn)陽朔龍?zhí)墩?2 mm（7日05時～06時），最大3 h雨量為陽朔縣金寶鄉(xiāng)古洞塘站181 mm（6月7日04時～07時），最大6 h雨量為荔浦市雙江鎮(zhèn)龍坪站280.1 mm（6月7日05時～11時），最大12 h雨量為陽朔縣高田鎮(zhèn)高田站351.0 mm（6月7日0時～12時），最大24 h雨量為荔浦市雙江鎮(zhèn)龍坪站455.5 mm（6月6日18時～7日18時），最大48 h雨量為荔浦市雙江鎮(zhèn)龍坪站475.0 mm（6月6日09時～8日09時）。暴雨中心主要位于中游右岸的荔浦、陽朔，最大24 h降雨量超過300 mm的有24個站，荔浦市雙江鎮(zhèn)龍坪站455.5 mm（6日18時～7日18時）、陽朔縣高田鎮(zhèn)高田站434.0 mm（6日18時～7日18時），重現(xiàn)期均超100 a一遇。

3.2.2 洪水

桂江支流馬嶺河（廣西荔浦市）出現(xiàn)50 a一遇特大洪水，桂江平樂縣平樂水文站于6月6日20時起漲，起漲水位97.61 m，相應(yīng)流量2780 m3/s，至6月8日01時出現(xiàn)105.87 m的洪峰水位，漲幅達8.26 m，超警6.37 m，為接近20 a一遇洪水，是1936年建站以來第二大洪水（建站以來最高水位是2008年6月13日106.09 m，最大流量11 500 m3/s）。桂江平樂水文站2020年6月洪水過程線圖見圖5。

圖5 桂江平樂水文站2020年6月洪水過程線圖

3.2.3 洪水組成

按上游洪水傳播時間分析平樂水文站洪水組成，桂江陽朔水文站來水占比43%。對于陽朔水文站的洪峰，桂林水文站來水占比17%，桂林—陽朔區(qū)間來水占比83%，陽朔的來水主要為桂林—陽朔區(qū)間來水，荔浦河荔浦水文站占比2%，恭城河恭城水文站占比25%，陽朔—荔浦—恭城區(qū)間來水占比30%。

從降雨、洪水等綜合分析，2020年6月洪水屬于中游區(qū)間型洪水，為桂林水文站以下至平樂水文站區(qū)域暴雨造成的洪水。

3.3 水利工程影響

桂江平樂水文站以上的水庫運行情況：青獅潭水庫在20世紀20年代末投入使用，峻山、巴江口在本世紀初投入使用，斧子口、小溶江、川江3座水庫在2015年左右投入使用。水利工程對河道來水的影響越來越明顯，如2019年6月上旬，桂江上游青獅潭、斧子口、小溶江和川江4座水庫削峰量達3000 m3/s，使桂江上游近100 a一遇的特大洪水削減為10 a一遇中洪水，陽朔及以下河段均未超警。對于2008年6月洪水，青獅潭水庫攔洪1.6億m3，恭城河峻山水庫攔洪0.45億m3，均發(fā)揮了攔洪削峰作用。2008年6月洪水期間，受特大暴雨影響，沙子溪水庫（陽朔縣高田鎮(zhèn)樂響村委沙子溪村南偏東1 km處，總庫容25.93萬m3，是一座集防洪、灌溉等綜合利用的?。?）型水庫）6月7日上午出現(xiàn)潰壩[2]，增加了區(qū)間的來水量，抬高了洪峰水位；如果無桂江上游4座水庫攔洪削峰，桂江平樂水文站洪峰將為雙峰型（前鋒大后峰?。?/p>

4 結(jié)論

（1）1952—2020年桂江中游洪水多發(fā)生在5～7月，超過70%的年最大流量出現(xiàn)在5、6月，21世紀以來的中等以上洪水則主要出現(xiàn)在6月份，2000年以后中等洪水的發(fā)生概率顯著上升。

（2）桂江平樂水文站1952—2020年年最大流量資料序列無趨勢性，但有周期性。

（3）1952—2020年桂江中游10 a一遇以上洪水除2008年6月的洪水屬于桂林至平樂中游區(qū)間型洪水外，其余多數(shù)為全流域性洪水。

（4）在水文分析預(yù)報及防汛過程中，要充分考慮水利工程的影響。