舟曲水文站水文特性分析

2014-02-20 07:25:17臺會選

水利規劃與設計 2014年6期

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舟曲水文站水文特性分析

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（甘肅省隴南水文水資源勘測局甘肅成縣 742500）

舟曲水文站是白龍江中游的重要控制站，是國家級水文站。水文是水利工作的基礎，防汛抗旱耳目，其效益發揮在水利水電建設、交通、環境保護、工農業生產、防汛抗旱、水資源開發利用等方面，是一項服務于整個國民經濟建設的基礎事業。長期收集舟曲水文站斷面以上河段基本水文基本特征資料，通過分析掌握舟曲水文站以上水文要素變化過程及規律，為防汛減災提供依據，為科學開發、利用、保護白龍江水利、水能資源提供科學依據。

舟曲水文站水文特性分析

1 流域概況

舟曲水文站位于甘肅省舟曲縣江盤鄉，地處東經104o22′北緯33o47′，設立于1993年5月，距河口距離318km，斷面以上控制面積8955km2，是長江二級支流白龍江上游下段的重要控制站。白龍江是長江的二級支流，發源于岷山西段的甘肅省碌曲縣郎木寺以西廓爾莽梁北麓。源地海拔4072m，河流全長535km，流域總面積32810km2，西北東南流向。流經甘、川兩省的碌曲、若爾蓋、迭部、舟曲、宕昌、武都、文縣、青川、廣元九縣市，于四川昭化舊城東北匯入嘉陵江。根據流域特征，河源至舟曲為上游段，舟曲至碧口為中游段，碧口以下為下游段。整個流域夾在迭山山系與岷山山系之間，俗稱隴南山地。地勢西北高東南低，呈菱形，境內山巒重迭、溝壑縱橫，河谷下切甚深。山坡多在35°以上，有些超過75°，成為懸崖峭壁。河道曲折、川峽相間、水流湍急，水力資源極為豐富，是一個典型的高、中山峽谷區，以“山大溝深”著稱。氣候在流域內分布很不均勻，由東南向西北依次從亞熱帶濕潤氣候、暖溫帶濕潤、溫帶半濕潤氣候逐漸過渡到高寒濕潤氣候區。從谷地到高山氣候有明顯的垂直變化。降水梯度大，中游少，上、下游多，尤其碧口以下雨量驟增，暴雨洪水頻繁。岷江是有名的局部暴雨地區。兩河口至臨江兩岸支溝山嶺光禿，是白龍江流域泥石溝最密集，水土流失最嚴重的區域。其中支流北峪河是白龍江中游主要產沙區，水土流失極為嚴重。其余地區植被良好。舟曲以上山地陰坡分布茂密森林，陽坡草類繁茂，是本省主要林區之一。武都以下多為灌木叢，也分布稀疏樹林。

白龍江較大洪水均由長歷時大面積暴雨形成，洪水過程肥胖，多為復式峰，峰高量大。一般先出現歷時較短、峰形尖瘦、洪量小、泥沙大的洪水過程，后形成歷時長、過程肥胖、峰高量大、泥沙少的洪峰過程。每年4月下旬至10月份為汛期，一般4月下旬5月初出現全年第一次洪水，主汛期為7～9月。

白龍江舟曲以上水質良好，舟曲以下水質較上游相對較差。主要支流有：達拉溝、多兒溝、岷江、拱壩河、北峪河、羊湯河、五庫河、大團魚河、白水江、讓水河等。

白龍江武都以上修建有許多小型水電站。下游建成于1975年的碧口大型水庫坐落在碧口鎮上游2km的峽谷之中，總庫容5.21億m3，壩高175m，碧口以下還建有寶珠寺大型水庫。

舟曲水文站是香椿溝水文站（設立于1954年）上遷立節（1967年1月上遷立節），因整體山體滑坡于1992年下遷44km在舟曲設立（與立節平行觀測至1994年底）舟曲水文站的。舟曲實測最大流量498m3/s，立節站實測最大流量696m3/s，多年平均徑流量（立節）23.91億m3。多年平均年輸沙量1.39×106t(立節站)，實測最大含沙量156㎏/m3（立節站）。

2 氣象分析

白龍江流域地處青藏高原與四川盆地的過渡地帶，地形起伏較大。上游山高林密、寒冷少雨，年平均氣溫約12℃，年平均降水量約600mm，夏季多短暫的局地陣雨；中游北側為岷山所擋，南側有摩天嶺屏障，因高山阻擋，水汽不易進入，當青藏高原低渦移入本區時，氣流下沉升溫，降水水汽條件和動力條件都較差，成為本流域的相對少雨區，年平均氣溫約15℃，年平均降水量約500mm左右；下游地區處在四川盆地邊緣，山口均向東南張開，每年夏季，孟加拉灣暖濕氣流穿過橫斷山，進入盆地，形成降雨。7月太平洋副熱帶高壓西伸北抬以及9月東移南退，西風帶形成烏拉爾阻塞高壓或巴湖低壓，冷暖氣流交綏，常出現持續暴雨。下游溫濕多雨，暴雨頻繁，強度較大，為本流域的主要產洪區。年平均氣溫約17℃，年平均降水量1000mm左右。

舟曲縣地處歐亞大陸腹地，屬高山區，氣候有明顯的垂直變化。海拔較低的河川地帶，氣候溫和濕潤，高山地帶則較為寒冷。根據舟曲縣氣象站多年氣象觀測資料統計，多年平均氣溫12.7℃，歷年極端最高氣溫38.2℃(1998年6月29日)，極端最低氣溫-10.2℃（1975年12月14日）。全年無霜期平均為223天，多年平均降水量434.0mm，多年平均蒸發量1975.2mm，歷年最大積雪深度3.0cm，最大凍土深度24.0cm。多年平均日照時數1766.3h，多年平均濕度60%，多年平均風速2.1m/s、歷年最大風速12.0m/s，相應風向SSE。舟曲水文站地處白龍江上游，屬高寒濕潤氣候區。多年平均氣溫13.1℃，極端最高氣溫38.2℃，極端最低氣溫-10.2℃，多年平均水面蒸發量（E601）727.7mm，多年平均降雨量673.2mm，最大年降水量944.3mm，最小年降雨量487.2mm。

3 水文測驗項目

舟曲水文站控制斷面的洪水主要由暴雨形成，發生在汛期（5～9月），由于上游為石質山林區，植被良好。徑流量年內年際變化不太大，非汛期略為減小，洪水過程略顯拖長，峰不高量較大，上游洪水來沙量很小。

舟曲水文站除現有水位、流量、泥沙、降水、蒸發、水溫等水文測驗項目外，還承擔2個委托雨量站的管理，2個定點洪水調查以及甘肅省水文水資源勘測局、隴南市防汛辦、武都水文站等單位的水雨情拍報任務。

斷面情況：舟曲水文站站址在白龍江右岸階地上，為黃土砂石層，石層風化嚴重，成為頁巖片狀，基礎穩固。

4 水文特性分析

4.1暴雨特性

白龍江流域地處青藏高原和四川盆地相接壤的過渡帶，流域地形變化幅度較大。從上游往下游，海拔逐漸降低，年降雨量逐漸增加。每年汛期，強盛的西南氣流為本區帶來充足的水汽，暴雨頻繁，整個雨區往往與川北暴雨連成一片。

5月份太平洋副高開始西伸北移，此時雨區主要在川東，但已開始影響本流域中、下游地區。6～7月副高活動較強，流域的甘、川部分地區為強盛的西南氣流所控制，850hPa至700hPa多南風和東南風，500hPa則多南風和西南風，為降雨提供了大量水汽。當與來自西伯利亞貝爾加湖南下的冷空氣相遇時，便會形成較大降雨。在這種穩定的環流形勢和有利的天氣系統下，易形成川北地區的大暴雨。6、7、8月多為強度大、歷時短的暴雨，一次過程的降雨量主要集中在24h之內；9月份多為連陰雨，雨強小，歷時較長。

白龍江上游地區多為短暫的陣性暴雨；中游地區，地面平均海拔2500m左右，南側有3500m以上的摩天嶺、雪頂山，阻擋了700hPa以下水汽的輸入，北側山低，即使南側有少量的水汽輸入，也不易在中游地區停留，故形成白龍江流域的少雨區。雖然該區也會受到川西北江油暴雨中心的影響，該暴雨的長軸為東北西南向，和盆地邊坡走向一致，但明顯的受九龍山，龍門山的影響，暴雨中心難以越過山嶺跨入。

下游地區離川西北江油暴雨中心較近，整個地勢向東南傾斜，平均海拔1500m左右，有利于西南氣流在此幅合抬升，南側及偏南側無大的高山，便于帶有大量水汽的南風、偏南風入侵，然后隨地形抬升激發釋放不穩定能量，極易形成大暴雨，遇冷空氣南下時往往會形成高強度的暴雨。暴雨中心在麻柳林～三磊壩～新平一線，有時暴雨中心可推至碧口、草壩、青川、白水街一帶。總的來說，白龍江下游屬于川北暴雨的一部分，雨量大、強度高、次數頻繁。

4.2 洪水特性

表1 舟曲水文特性值表

表2 舟曲水文站特大洪水測洪及報汛方案

白龍江上、中游地區地勢較高，又有高山阻隔，暴雨的強度和頻數遠低于下游地區。上、中、下游不同的氣候特點和不同的下墊面條件，造成白龍江上、中、下游各河段的洪水表現出極其顯著的差異。上游地區多為短暫的局地陣性暴雨洪水，峰小量小，由于海拔高程較高水汽供應不充分，并且下墊面多為草原及森林，對降水和產流進行再次分配和調節，洪水過程緩漲緩落，大洪水出現的機會很少，洪水過程較長。中游地區，北側為岷山所擋，南側為摩天嶺，冷暖空氣均不易侵入，而入侵后也屬于下沉擴散型，對降雨不利，形成不了大洪水，有時出現短暫的陣性雨，易形成泥石流。下游處在盆地邊緣，冷暖空氣易在此交匯，暖濕空氣沿坡面上升，極易降雨，成為白龍江洪水的主要產洪區。由于川西北暴雨的特點是時間短，強度大，形成的洪峰陡漲陡落。當副高北躍較快，有時又被冷空氣推下來，形成“拉鋸式”，因此洪峰出現的次數較多。8月底～9月份副高東縮南退，形成白龍江第二次降雨過程。副高南退較慢，冷暖空氣相持，形成的降雨、洪水過程歷時長。若降雨強度稍大就會出現大洪水。進入10月份，洪水出現的次數較少，但地下水補給充足，水量比較豐富。白龍江洪水主要由暴雨形成，洪水的地區分布類似暴雨分布，主汛期為6～9月份。年最大洪峰流量大都出現在7、8月份，最大洪峰及短時段的洪量，主要受暴雨量和暴雨強度的影響。白龍江的洪水過程漲落長則3～4d，短則1～2d。水文特性值見表1。

舟曲水文站屬國家級重要站，該站重現期50年一遇流量804m3/s，相應水位1302.36m，以上測洪方案如下，見表2。

（1）水位觀測。確保正常觀測無漏誤，基本斷面安排1人守候觀測，每次測流開始、結束、峰頂附近觀測比降水位。

（2）流量測驗。盡量采用水面流速儀施測流量，在流速儀無法施測的情況下，采用均勻浮標或中泓浮標測流，中泓浮標的有效浮標不少于3～5個。