呼圖壁縣雀爾溝河洪水成因類型與水文資料“三性”分析

張松婷

(昌吉水文勘測(cè)局,新疆 昌吉 831100)

1 雀爾溝河流域概況

雀爾溝河位于塔西河與呼圖壁河之間的中低山帶,根據(jù)地形走向,地下水總體流動(dòng)的方向?yàn)槟蠔|—北西。河流在沖積—洪積扇中上部含水層巖性主要為礫卵石、砂礫石,透水性強(qiáng),水動(dòng)力條件好。平原區(qū)地下水較為豐富,地下水與地表水二者轉(zhuǎn)化,互為補(bǔ)充,互為依存。雀爾溝河流域內(nèi)的的水量流出山口后,流經(jīng)沖積扇透水性良好的砂礫石帶,河水大量滲漏,成為平原區(qū)地下水的主要補(bǔ)給源。流域山勢(shì)平緩,土質(zhì)類型有山地栗鈣土、棕鈣土、灌溉棕鈣土和灰鈣土等,植被以苔草狐茅、鐵桿蒿、琵琶柴、梭梭等為主[1]。

2 雀爾溝河洪水成因及類型分析

2.1 洪水成因

雀爾溝流域地處前山地帶,南有高大的天山阻擋,當(dāng)西方向東移的小尺度天氣系統(tǒng)受地形抬升影響,在雀爾溝河谷迫使氣流產(chǎn)生氣旋性切變,有利于氣流質(zhì)量輻合,使系統(tǒng)發(fā)展加強(qiáng)產(chǎn)生局地性大暴雨[2]。雀爾溝流域發(fā)生暴雨時(shí),洪水漲落劇烈。由于下墊面植被覆蓋條件差,山洪匯集往往挾帶大量泥沙下泄,給雀爾溝流域下游水利工程和兩岸村莊、農(nóng)田及基礎(chǔ)設(shè)施造成較大危害。洪水一般發(fā)生在春季和夏季,春季洪水以積雪消融水為主;夏季洪水主要是暴雨洪水[3]。

2.2 洪水類型

根據(jù)雀爾溝不同洪水成因,洪水可分為三種類型:季節(jié)積雪融水型洪水、暴雨型洪水和以上兩種洪水疊加形成的混合型洪水[4]。

2.2.1 季節(jié)積雪融水型洪水

區(qū)域冬季穩(wěn)定積雪隨著春季氣溫的回升,在一段時(shí)間內(nèi)消融形成融雪洪水。由于這類洪水是季節(jié)積雪融水形成,所以其大小與積雪覆蓋的面積和厚度有關(guān),洪水持續(xù)時(shí)間與影響積雪消融的熱量及風(fēng)等因素密切相關(guān)。隨著時(shí)間的推移,融雪洪水出現(xiàn)時(shí)間隨雪線的不斷上升而逐漸推后,當(dāng)該區(qū)域積雪消融殆盡時(shí)洪水過程結(jié)束。

2.2.2 暴雨型洪水

局地暴雨,降水歷時(shí)短,降水量集中,強(qiáng)度大,降水籠罩面積小,這類暴雨可在局部地區(qū)尤其是像天山北坡前山丘陵地區(qū)的中、小河流,極易形成陡漲陡落的局地暴雨洪水,這類洪水歷時(shí)短,峰高量小,破壞性大,發(fā)生頻率較高[5]。

2.2.3 混合型洪水

混合型洪水是指季節(jié)積雪融水與局地暴雨洪水疊加而形成的洪水。這類洪水歷時(shí)較長(zhǎng),洪峰高洪量也較大。

3 雀爾溝河歷史洪水調(diào)查成果分析

3.1 歷史洪水調(diào)查情況

2003年7月13日下午14:00-20:00時(shí),昌吉州自西向東的一次較大范圍暴雨天氣過程,使天山北坡中、東段有五個(gè)縣市境內(nèi)的數(shù)條河流發(fā)生大洪水并造成災(zāi)害。據(jù)昌吉水文勘測(cè)局院內(nèi)雨量監(jiān)測(cè)站觀測(cè)結(jié)果,7月13日降水量達(dá)64.2 mm,此一日降水量值為昌吉市區(qū)多年罕見。根據(jù)昌吉水文勘測(cè)局所屬各水文站降水量及各河洪峰流量值分析,高山區(qū)降水量及強(qiáng)度不是很大,暴雨中心活動(dòng)范圍在中、低山區(qū)、前山丘嶺以及沖積平原一帶。雀爾溝河流域受此次天氣過程的影響在2003年7月13日發(fā)生了特大洪水,據(jù)昌吉水文勘測(cè)局調(diào)查,此次洪水排在雀爾溝河有洪水資料記載以來的首位。7月15日按照有關(guān)洪水水文調(diào)查規(guī)范要求,在調(diào)查勘測(cè)的過程中,調(diào)查組以科學(xué)的態(tài)度勘查河段,對(duì)調(diào)查河段洪水發(fā)生前后的變遷及淤積情況進(jìn)行認(rèn)真考察分析,同時(shí)對(duì)調(diào)查河段上、下游及河床組成等情況進(jìn)行勘查。仔細(xì)進(jìn)行洪痕勘測(cè)。此次洪水?dāng)y帶大量推移質(zhì)泥沙滯留在水庫(kù)以上的河段內(nèi),由于受洪水沖淤洪水前后河道變化較大,因此,在調(diào)查河段進(jìn)行大斷面勘測(cè)時(shí),對(duì)發(fā)生淤積嚴(yán)重的部位進(jìn)行了修正,使之基本反映洪水前的狀態(tài)。雀爾溝河流域歷史洪水調(diào)查考證結(jié)果見表1。

表1 雀爾溝河流域歷史洪水調(diào)查匯總表

3.2 歷史洪水和重現(xiàn)期的確定

2001年8月29日發(fā)生的洪水調(diào)查洪峰流量為719 m3/s,調(diào)查結(jié)果較為可靠;2003年7月13日發(fā)生的洪水調(diào)查洪峰流量856 m3/s,調(diào)查結(jié)果可靠;1988年調(diào)查洪水年代較遠(yuǎn),調(diào)查結(jié)果僅為參考。2003年7.13洪水作為雀爾溝河1957年至今62年間的第一位洪水,已是實(shí)際發(fā)生的。經(jīng)分析確定,現(xiàn)將200年7.13洪水作為雀爾溝河歷史洪水的第一位,2001年8.29洪水洪峰流量Q=719 m3/s 作為第二位,2003年7.13洪水的洪峰流量及洪水總量調(diào)查考證期為N=2019-1957+1=63 a,則重現(xiàn)期為T=N+1=64 a,則排名第二的2001年8.29洪水重現(xiàn)期為32 a一遇。

4 雀爾溝河水文資料系列“三性”分析

雀爾溝河流域缺少實(shí)測(cè)洪水資料,現(xiàn)以臨近呼圖壁河流域的石門控制站1977-2019年43年連續(xù)洪水資料系列進(jìn)行一致性、可靠性和代表性分析。

4.1 一致性分析

石門水文站設(shè)立于以來,1977年至今的水文資料較為連續(xù)。因此在水文計(jì)算時(shí),只采用了1977-2019年洪水資料,該站1977年以后斷面上下遷移距離較近,區(qū)間不存在引水或分流,斷面以上人類生產(chǎn)活動(dòng)相對(duì)較少,可以認(rèn)為石門水文站1977-2019年共43 a洪水資料系列一致性較好。

4.2 可靠性分析

石門水文站為國(guó)家基本水文站點(diǎn),資料采集、整編和刊印嚴(yán)格按國(guó)家行業(yè)規(guī)范要求執(zhí)行,資料質(zhì)量可靠,且精度較高。

4.3 代表性分析

雀爾溝流域缺少水文資料,無法進(jìn)行系列代表性分析,并且考慮到雀爾溝流域洪水主要是由暴雨形成,在此,通過與臨近流域的石門站1977-2019年43 a的實(shí)測(cè)洪峰流量系列代表性分析,對(duì)雀爾溝所在流域洪水進(jìn)行初步評(píng)判。

4.3.1 不同長(zhǎng)度系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)對(duì)比分析

依據(jù)石門站1977-2019年43年實(shí)測(cè)洪峰流量資料,自2019年逆時(shí)序向前推,根據(jù)矩法計(jì)算的不同系列長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)參數(shù)對(duì)比,見表2。

表2 石門站洪峰流量長(zhǎng)短系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)對(duì)照表

隨著系列長(zhǎng)度的增加,統(tǒng)計(jì)參數(shù)變動(dòng)幅度逐漸減小,當(dāng)系列長(zhǎng)度達(dá)到35年以上時(shí),其均值相對(duì)偏差的絕對(duì)值小于5%;當(dāng)系列長(zhǎng)度達(dá)到35 a以上時(shí),Cv值相對(duì)偏差絕對(duì)值小于5%。綜上所述,系列長(zhǎng)度達(dá)到37 a時(shí)系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)基本趨于穩(wěn)定。

4.3.2 洪峰流量模比系數(shù)差積曲線分析

石門站最大洪峰流量模比系數(shù)差積值曲線見圖1。從圖1看出,石門站1977-2019洪水系列明顯包含著高水、低水變化周期:1977-1993年處在一個(gè)小洪峰流量少水年群,1994-2012年處在一個(gè)大洪峰流量多水年群中,2012-2019年處在一個(gè)小洪峰流量少水年群,期間還包括了幾段中等洪峰流量年群,過程較為完整。說明石門站43最大洪峰流量系列基本包含多水年群、少水年群過程,代表性好。

圖1 石門站洪峰流量模比系數(shù)差積平均曲線圖

4.3.3 洪峰流量模比系數(shù)累積平均曲線分析

石門站最大洪峰流量模比系數(shù)累積平均值曲線見圖2。由圖2可見,石門站洪峰流量系列逆時(shí)序達(dá)到43時(shí),洪峰流量模比系數(shù)累積平均曲線趨于1,說明隨著系列長(zhǎng)度的增加,洪峰流量系列平均值逐漸穩(wěn)定。

圖2 石門站洪峰流量模比系數(shù)累積平均曲線圖

綜合以上分析,石門站43最大洪峰流量系列具有代表性,石門站43 a的實(shí)測(cè)水文資料系列可靠性,一致性和代表性較好,均能滿足洪水頻率計(jì)算對(duì)洪水資料的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

在對(duì)呼圖壁縣雀爾溝河流域洪水成因、類型分析的基礎(chǔ)上,綜合歷史洪水調(diào)查成果分析了參證站石門站長(zhǎng)系列基礎(chǔ)水文資料的可靠性、一致性和代表性。研究結(jié)果對(duì)該流域防洪減災(zāi)、洪水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、避免造成生命財(cái)產(chǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施造成威脅等可提供一定的科學(xué)依據(jù)。