葉爾羌流域不同類型洪水洪峰傳播速度及時間分析

阿尼克孜·麥麥提

(新疆喀什水文勘測局，新疆 喀什 844000)

1 葉爾羌流域概況

葉爾羌河作為中國最大內陸河流塔里木河的主要源流之一，其補給主要來源于冰雪[1]。葉爾羌多年徑流均值為64.5億 m3，水量較為充沛，最大和最小徑流分別為88億 m3和44.7億 m3，最豐水年份徑流為最枯水年份徑流的倍數高達1.97倍[2]。葉爾羌河流域徑流年際變化幅度較高，夏季是徑流年內分布最為集中的季節，徑流量占全年徑流量的比例達到80.3%[3]。流域危害較大的洪水位突發型洪水，洪水陡漲陡落，上漲歷時段且變化較為迅猛，產生的洪水災害和損失較大[4]。葉爾羌流域洪水主要為冰川潰壩型、暴雨洪水型以及冰川融雪型三類，海拔在5 000 m以上的受到高空熱量影響面積占總流域面積的比例達到30%以上，此高度帶分布較為集中的永久積雪和冰川，葉爾羌河流域冰川總面積為5 574 km2。太陽輻射隨著海拔高度的增加而逐步增強，且受地形和氣溫影響較大。冰雪融雪洪水受地形和氣溫極值變化影響，其洪水總量也不斷增加。夏季當氣溫持續升高易出現較大量級的融雪洪水。葉爾羌河流域低山河山前地帶在夏季會出現局部的暴雨洪水，這類洪水常和融雪洪水進行遭遇產生較大量級的洪水。一般暴雨洪水量級較小，出現的頻次也不高，但在局部區域易出現較大程度的坡面侵蝕，出現山洪泥石流的危害。第三類洪水位冰川突發型洪水，這類洪水出現在葉爾羌河流上游的克勒青流域，流域永久積雪和冰川占整個葉爾羌流域的面積比例高達45.8%，根據相關數據表明葉爾羌河流域冰川突發型洪水均來源于其上游的克勒青河流。我國大型冰川區最為集中的區域位于喀喇昆侖山區，這一區域也是我國冰川突發洪水發生規模較大的地區。這類型洪水和消融洪水有明顯區別，同時具有較為強烈的侵蝕作用，在個別河段發生泥石流的頻次較高。

2 水文站點情況

葉爾羌河流從1950年代以來設立國家基本水文(水位)站點13處，目前有部分站點因不同原因已經停測或者被撤銷，本文選用具有較長洪水數據系列的庫魯克欄桿、卡群、衣干其渡口、48團渡口站作為研究站點，選用各站點建站以來到2018年的洪水數據用于分析葉爾羌河流域洪水傳播速率以及傳播時間。選用站點的基本情況見表1。

表1 選取的水文站點基本情況

3 不同類型洪水主要特征

3.1 冰川潰壩突發型洪水

(1)洪峰特征：這類型洪水洪峰具有較大的年際變化，通過對庫魯克欄桿潰壩性洪水洪峰頻率分析研究表明葉爾羌河流域潰壩型洪水最大的凈峰值Cv可以達到1.7；

(2)洪水歷時特征：潰壩型洪水不僅出現在汛期，在枯水季節也會出現此類洪水，根據水文站實測洪水數據表明潰壩型洪水在10-11月出現的頻次已經達到4次。潰壩型洪水屬于突發洪水，結合各站點實測洪水數據統計洪水總的歷時在18～40 h之間，漲洪時間占洪水總歷時的比例在1.5%～22%之間；

(3)洪量特征：場次洪水洪量一般不大，通過對葉爾羌各水文站點實測洪水數據分析，冰川潰壩型場次洪水占年徑流總量的比例一般在2%以內。冰川潰壩型洪水洪峰沿程衰減率較高，衰減率明顯高于消融型洪水的衰減率。

3.2 冰川消融型洪水

(1)洪峰特征：年內消融型洪水變化相對幅度較小，結合各水文站實測洪水數據分析，葉爾羌河流域冰川消融型洪水洪峰年際變化Cv值一般在0.33左右，洪峰最大和最小值得比值為2.94；

(2)洪水歷時特征：洪水一般在7月份發生頻次較高，洪水發生和氣溫變化較為密切，洪水過程具有明顯的日變化特征。洪水歷時一般較長，以1973年葉爾羌較大冰雪消融型洪水為例，其洪水從起漲到消退經歷的時間長達382 h，漲洪時間占總洪水時間的比例達到51.3%。

(3)洪量特征：場次洪量一般較大，洪水沿程衰減率較低，以1966年葉爾羌消融型洪水為例，洪水從上游到下游，其洪水衰減率達到6.50 m3/s·km。

3.3 暴雨型洪水特征

(1)洪峰特征：暴雨洪水主要集中在夏季的7月中旬到8月下旬，洪峰流量一般較小，結合流域水文站實測洪水數據，1998年發生的暴雨洪水其洪峰值為3 116 m3/s，在歷史暴雨洪水中排第一位，該洪峰實測值僅為潰壩型洪水最大峰值的0.5倍。

(2)洪水歷時特征：暴雨洪水陡漲陡落，過程較為簡單，相比于消融型洪水歷時較短，以1987年葉爾羌流域暴雨洪水為例，該場次暴雨洪水屬于中游局部暴雨產生的洪水，洪水歷時僅為6 h就已經結束，洪水起漲到洪峰出現的時間為80 min。

(3)洪量特征：場次洪水總量一般較小，結合衣干其渡口洪水數據統計，3 d洪量最大值為3.9億 m3，達到30 a一遇的頻率。洪水沿程坦化較為明顯，以1962年葉爾羌流域暴雨洪水為例，場次暴雨洪水沿程衰減率可達到4.1 m3/s·km。

3.4 不同洪水類型統計分析

結合葉爾羌河各水文站點不同類型洪水實測數據，對流域1954-2018年以來的不同類型洪水洪峰流量和發生時間進行統計分析，如表2所示。從統計結果可看成，冰雪消融型洪水的洪峰流量最大值和最小值結余冰川潰壩突發型和暴雨洪水之間，這也同樣說明了葉爾羌河流域三種不同類型的洪峰特征。葉爾羌河主要補給來源于消融補給，相比于其他類型洪水消融型洪水其過程較為穩定。暴雨洪水受到局部降雨的影響主要集中低山區域，洪峰流量相比于其他類型洪水較小，但流量最大值高于其他類型洪水的流量最大值，這也表明在較大范圍暴雨情形下，暴雨洪水的洪峰流量有所增加。潰壩突發型洪水最大值明顯高于其他洪水，這也體現在潰壩型洪水峰高量大且陡漲陡落的變化特點。不同類型洪水變差系數值在0.26～0.59之間變化，洪峰流量不穩定型高低排序分別為：冰川潰壩突發型洪水>暴雨型洪水>消融型洪水。

表2 葉爾羌流域不同類型洪水洪水統計特征

4 洪水傳播特征分析

4.1 消融型洪水傳播特征

從各站點實測洪水數據進行統計分析，消融型洪水是葉爾羌河流域發生頻次最高的洪水，對不同區間段的消融型洪水平均傳播速率和傳播時間進行統計分析，如表3所示。從表中可看出，葉爾羌河流域各區間段消融型洪水傳播速率和傳播時間相比于流域潰壩型洪水，較為緩慢，且洪水傳播的衰減率明顯低于潰壩型洪水，從上游水文站到下游流域出口斷面消融型洪水傳播速率和時間逐步增加。葉爾羌流域消融型洪水傳播特征和洪量的相關度較低，受洪水坦化作用傳播速率和傳播時間的影響因素較多，當洪水在多處河段漫發時，洪水傳播速度受到兩岸灘地和樹木的阻礙影響較高。

表3 葉爾羌流域不同區間段消融型洪水傳播特征

4.2 冰川潰壩突發洪水傳播特征

冰川潰壩型突發洪水屬于葉爾羌流域分布較為特殊的洪水，不僅在汛期發生，在枯水季節也能發生，對不同河段區間段的冰川潰壩型突發洪水的傳播特征進行統計，如表4所示。庫魯克欄桿～卡群區間河段處于山谷地段，河段平均傳播流速較大，卡群～衣干其渡口處于平原地帶，河道坡度較低，傳播流速較小，此外由于水利工程調蓄影響，洪水傳播速率逐步變緩，卡群～48團渡口由于漫灘較為嚴重，洪水傳播速率逐步減小。葉爾羌流域山區及山前沖積平原的洪水傳播速率高于其他類型洪水，衣干其渡口下游由于地勢較為平坦，洪水傳播速率和其他類型洪水較為接近。

表4 葉爾羌流域不同區間段冰川潰壩突發型洪水傳播特征

4.3 暴雨洪水傳播特征

結合各區間河段水文站點實測洪水數據，對葉爾羌流域暴雨洪水的傳播特征也進行了統計分析，如表5所示。葉爾羌流域暴雨洪水主要是超滲產流機制，暴雨洪水主要集中在7月下旬到8月上旬之間，場次洪水過程較短，洪量一般較低，洪水過程線陡漲陡落的變化特點，洪水衰減率受坦化作用較為明顯，從上游到下游，洪峰平均衰減率高于消融型洪水。從各區間河段洪水傳播速率和傳播時間可看出，葉爾羌流域暴雨洪水洪水傳播速率高于消融型洪水，但洪水傳播的速率要低于潰壩型突發洪水。

表5 葉爾羌流域不同區間段暴雨型洪水傳播特征

4.4 最大洪水傳播特征

對葉爾羌流域近些年來最大洪水的特征進行了統計分析，分析不同區間河段的洪水傳播特征，統計結果見表6。從統計結果可看出，庫魯克欄桿～卡群區間河段的洪水平均傳播時間在7～15 h內，這一區間段位于山谷，因此洪水傳播速率較短，但總體平均洪水傳播速率受漫灘以及水利工程調蓄的影響，傳播速率要高于卡群～衣干其渡口河段。從衣干其渡口～48團渡口，其洪水傳播時間達到29～60 h，這一區間河段主要是因為山前和沖積平原地帶，河段坡度較緩，因此其洪水傳播時間以及傳播速率明顯高于其他河段。從48團渡口水文站到流域出口斷面，由于坡度開始增加，加大了洪水傳播速率，此外由于該區間河段較短，使得其洪水傳播時間介于7～19 h之間。

表6 葉爾羌流域不同區間段最大洪水傳播特征

5 結語

(1)葉爾羌流域不同類型洪水變差系數值在0.26～0.59之間變化，洪峰流量不穩定型高低排序分別為：冰川潰壩突發型洪水>暴雨型洪水>消融型洪水。

(2)葉爾羌流域消融型洪水傳播特征和洪量的相關度較低，受洪水坦化作用傳播速率和傳播時間的影響因素較多，當洪水在多處河段漫發時，洪水傳播速度受到兩岸灘地和樹木的阻礙影響較高。

(3)葉爾羌流域山區及山前沖積平原的冰川潰壩洪水傳播速率高于其他類型洪水，衣干其渡口下游由于地勢較為平坦，洪水傳播速率和其他類型洪水較為接近。

(4)葉爾羌流域暴雨洪水衰減率受坦化作用較為明顯，從上游到下游，洪峰平均衰減率高于消融型洪水。