新疆哈密伊吾河流域洪水特性分析

吳江濤

(新疆維吾爾自治區(qū)哈密水文水資源勘測局，新疆 哈密 839000 )

哈密市伊吾縣區(qū)域內(nèi)洪水災(zāi)害的破壞力常常很強(qiáng)，農(nóng)牧民的生命安全及財(cái)產(chǎn)在洪水來臨時(shí)常常得不到保障。近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，不斷的加強(qiáng)水資源的開發(fā)利用，流域部分特征被人們的生產(chǎn)活動(dòng)所改變，導(dǎo)致流域內(nèi)洪水特性發(fā)生一些變化。為了更好地掌握和了解流域內(nèi)的洪水特征，加強(qiáng)哈密市區(qū)域內(nèi)中小河流域的洪水研究與分析，努力為當(dāng)?shù)卣畱?yīng)對(duì)防汛抗洪提供了強(qiáng)有力的保障。

1 流域概況

伊吾河流域位于哈密地區(qū)伊吾縣境內(nèi)，地處天山山脈東段，哈爾里克山北坡，東與代爾昆代郭勒溝相接，西與吐爾干溝相連，南面以哈爾里克山山脊線為界，北部為流域下游晚熟哈密瓜基地淖毛湖鎮(zhèn)。河流由南向北橫貫伊吾縣，流經(jīng)中低山丘陵區(qū)的山間谷地，最終流向北部淖毛湖盆地，河流全長104.6 km。

伊吾河流域從南到北地形呈梯級(jí)狀下降分布，由高山地形、中山地形、低山地形、低山丘陵地形組成，其間分布有伊吾山間盆地、葦子峽山間洼地、淖毛湖盆地三個(gè)盆洼地呈梯級(jí)下降。

伊吾山間盆地是東天山山脈主脈與北支脈之間的盆地的一部分，南北寬5 km，東西長10 km，西部由于其構(gòu)造活動(dòng)的作用，基巖抬升將其分成東西兩盆地，西為鹽池盆地。伊吾山間盆地地形西南高，東北低，出山口海拔2 000 m左右，沖洪積扇前緣海拔1 800 m左右，地形坡度較大，為18‰～20‰。沖積細(xì)土平原分布面積較小，約6 km2，海拔1 700～1 800 m，地形坡度較小，為12‰～15‰。

2 洪水的組成與類型

2.1 融雪型洪水

本文研究的伊吾河流域上游高山區(qū)域位于東天山未端，從西面或北面進(jìn)來水汽末端，另外流域內(nèi)的山體的海拔高度相對(duì)來說比較低，整個(gè)流域內(nèi)山體規(guī)模也相對(duì)比較小，再加上山體上永久性積雪深度及面積都相對(duì)較小，高海拔山區(qū)區(qū)域內(nèi)春季的積雪深度也比較淺，內(nèi)融雪型洪水通常在伊吾河流域表現(xiàn)并不明顯，在一般情況下時(shí)程分布上變幅較小，呈一日一峰的多峰過程，其具體表現(xiàn)為在本區(qū)域內(nèi)融雪型洪水隨氣溫的升高而增大，每年5月中旬開始到6月下旬間這段時(shí)間都會(huì)出現(xiàn)融雪型洪水。

2.2 暴雨型洪水

暴雨洪水主要發(fā)生在夏季的7-8月份，這類洪水的特點(diǎn)是水位陡漲陡落，峰高量大，來勢兇猛，具有極強(qiáng)的破壞性。暴雨洪水一般來說有兩種類型：一種是局部性暴雨型洪水，這種類型洪水特點(diǎn)是：降雨范圍較小、雨量強(qiáng)度大、歷時(shí)時(shí)間短、匯流迅速，常常是降雨一停止就很快形成洪水，往往洪水來勢兇猛、陡漲陡落，峰高量小，持續(xù)的時(shí)間較短。這類洪水對(duì)以洪量控制的水庫來說威脅不大，但洪水帶來的泥沙，對(duì)水庫的淤積危害較大。第二種是大范圍的暴雨型洪水，這種類型的洪水通常伴有比較大的天氣過程，在夏季西北風(fēng)環(huán)流大型天氣系統(tǒng)移動(dòng)過境的時(shí)候，在北緯40°附近鋒區(qū)比較活躍，低渦系統(tǒng)以及低壓槽深厚，導(dǎo)致移動(dòng)的速度也較慢，加上哈密東天山未端有阻塞高壓脊的存在，并伴有低空東風(fēng)急流輸送的水汽，這樣就造成山區(qū)降水的范圍比較大，形成的洪水也較大。該類型洪水常常導(dǎo)致農(nóng)田里的農(nóng)作物倒伏、村民的住宅被洪水沖毀，道路交通、電力、水利、通信等受損比較嚴(yán)重。例如：1979年7月15日在本文研究的伊吾河流域內(nèi)，根據(jù)調(diào)查伊吾縣葦子峽水文測站上游山區(qū)以北的區(qū)域內(nèi)暴雨時(shí)長16分鐘左右，葦子峽水文站降水量實(shí)測值為31.9 mm，葦子峽水文站最大洪峰實(shí)測流量為51.2 m3/s，這次的洪水造成葦子峽鄉(xiāng)多處民房被沖毀。

2.3 雨雪混合型洪水

伊吾河流域雨雪混合型洪水洪峰的強(qiáng)度一般來說沒有暴雨型洪水大，但這種類型的洪水降雨的歷時(shí)時(shí)間較長，洪水的總量大，洪水往往呈陡漲但落水比較緩慢，常常呈現(xiàn)出雙峰型。例如：2017年7月21日伊吾縣峽溝發(fā)生的雨雪混合類型洪水，洪水過后實(shí)地調(diào)查到的最大洪峰流量為95.5 m3/s，伊吾水文站最大洪峰流量實(shí)測值為29.1 m3/s，洪水歷時(shí)為2天，洪量大約為200×10 m3。近年來，隨著國家中小河流各類項(xiàng)目的實(shí)施，伊吾河流域內(nèi)設(shè)立了3處自動(dòng)水位站以及水量站，根據(jù)傳回的數(shù)據(jù)再經(jīng)過數(shù)據(jù)分析后，提高了預(yù)報(bào)洪水的能力，也對(duì)當(dāng)?shù)卣行Э刂屏饔虮┯旰樗峁┯辛σ罁?jù)，為流域內(nèi)抗洪防災(zāi)以及減災(zāi)提供有力保障，并打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 洪水的特征分析

3.1 洪水年際變化特征

通過圖1對(duì)伊吾河流域伊吾水文站2009-2017年共計(jì)9 a實(shí)測最大洪峰流量進(jìn)行分析，伊吾水文站實(shí)測最大洪峰流量大于60 m3/s的洪峰流量發(fā)生在2012年、2015年、2017年，共有3次；洪峰流量發(fā)生在30～60 m3/s的發(fā)生在2010年和2016年，共有2次；2009、2011年、2013年、2014年流量都小于30 m3/s，其中2011年為28.9 m3/s，2009年為4.55 m3/s。從伊吾河流域伊吾水文站2009-2017年實(shí)測最大洪峰流量看，最高為2015年最大洪峰流量67.9 m3/s，最低為2009年的最大洪峰流量4.55 m3/s。從近十年過程來看，2012年前發(fā)生洪水的頻率較小，2012年以后發(fā)生大洪水的頻率較高。此外，流域降水量的增大是導(dǎo)致洪水量級(jí)偏大和發(fā)生頻率增高的主要因素。

圖1 伊吾站最大洪水年際變化圖

3.2 洪水的年內(nèi)變化特征

伊吾河流域地處天山山脈東段，哈爾里克山北坡，高山區(qū)主要分布在東天山山脈的主脈，呈東西向展布，山體雄厚，從山峰向北，地形由高變低，最高峰海拔為4 886 m，相對(duì)高差2 400 m左右。中低山區(qū)主要分布在伊吾山間盆地以北天山支脈，呈東西向展布，山體南高北低，海拔1 500～2 400 m，相對(duì)高差400 m左右。低山區(qū)主要分布在葦子峽山間洼地以北天山余脈，也呈東西向分布，西高東低，山體南北寬3 km左右，海拔1 100～1 340 m，相對(duì)高差240 m左右。低山丘陵區(qū)主要分布在淖毛湖盆地以北阿爾金山余脈，呈北西-南東向分布，海拔500～800 m，相對(duì)高差300 m左右，山頂呈渾圓狀。由于山體地形海拔高差變化比較明顯，呈明顯垂直性分布的氣候，流域內(nèi)降水和氣溫都呈梯度的變化。在發(fā)生局部陣性暴雨的時(shí)候，流域內(nèi)中游至下游區(qū)域內(nèi)常常很快就形成山區(qū)洪水，造成洪水災(zāi)害也較嚴(yán)重。流域的洪水受降水特性的影響較大，往往呈現(xiàn)出暴漲暴落、峰量大而且較集中、漲峰持續(xù)時(shí)間比較短的特點(diǎn)。

4 洪水頻率分析

根據(jù)伊吾河流域內(nèi)水文站資料系列有比較強(qiáng)的連續(xù)性代表性，通過實(shí)測流量與調(diào)查到的歷史最大洪水進(jìn)行頻率分析及計(jì)算，并以P-Ⅲ型曲線適線，對(duì)于經(jīng)驗(yàn)頻率按下式計(jì)算[1]。

(1)

(2)

式中：Pm為調(diào)查期N年中序號(hào)為M的經(jīng)驗(yàn)頻率；M為實(shí)測洪水由大到小排列序號(hào)；n為實(shí)測的洪水個(gè)數(shù)；N為考證年至今的年數(shù)，頻率計(jì)算見圖2，流域內(nèi)代表站流量計(jì)算成果見表1。

圖2 頻率-洪峰流量關(guān)系圖

表1 伊吾河干流各代表站流量頻率計(jì)算成果表 m3/s

在進(jìn)行各水文測站年最大流量頻率計(jì)算時(shí)，計(jì)算的Cv值通常偏小，當(dāng)偏態(tài)系數(shù)Cs=2.0Cv，采用圖解法進(jìn)行頻率適線，在考慮經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)子和理論頻率擬合良好的原則上，充分考慮到稀遇洪水。再通過程序的分析與計(jì)算，伊河流域內(nèi)系列年最大流量多年均值分別為29.6 m3/s，50年一遇和100年一遇的的洪水分別為85.3 m3/s、96.9 m3/s。當(dāng)前，水文洪水頻率分析與計(jì)算大部分是通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法來計(jì)算頻率，隨著樣本水文數(shù)據(jù)的變化，水文頻率計(jì)算的精度會(huì)受一定影響。

5 結(jié)語

伊吾河是哈密市內(nèi)最大的一條河流，河流穿過伊吾縣城后流經(jīng)葦子峽鄉(xiāng)，最終流入下游毛湖鎮(zhèn)。近多年來，該流域內(nèi)隨著水文氣象站網(wǎng)與自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備、預(yù)報(bào)系統(tǒng)的逐步建立，以及峽溝水庫一系列水利防洪工程建設(shè)完成，對(duì)伊吾河洪水泛濫進(jìn)行了有效的控制，洪水災(zāi)害的損失減少到最低。通過研究分析并掌握該站洪水特性，對(duì)于該流域防汛抗洪以及水資源合理開發(fā)利用起著十分重要的作用。