庫如克山洪溝洪水特性及水文資料“三性”分析

王振梁

(新疆阿克蘇水文勘測局，新疆 阿克蘇 843000)

1 庫如克山洪溝概況及參證站的選取

庫如克山洪溝地處天山南部中段，河流流經中、低山帶，河流的補給主要來自雨水和冰雪融水。整個河流位于拜城縣城東北方向，地勢西北高，東南低，從源頭至峽口河流長度為37.0 km，集水區面積為377 km2，河道縱坡平均為66‰，最終一并匯入了木札特河。

庫如克山洪溝上無任何水文監測資料，為滿足本次研究要求，同時考慮該河與卡拉蘇水河距離較近，且洪水調查點距離卡拉蘇水文站9 km左右，綜合考慮，選用卡拉蘇水文站作為參證站，收集整理2018年以前的水文站的長系列水文資料作為本次計算分析的主要基礎依據。

2 卡拉蘇水文站基本情況

卡拉蘇站是卡拉蘇河水量、水質控制站，地理位置東徑82°08′，北緯42°00′，測站高程1 541 m。卡拉蘇水文站于1959年4月建站，測站以上河流的河長為90 km，集水面積達1 114 km2。該站主要的主要觀測項目包含：水位、流量、泥沙、降水、蒸發、氣溫、水溫、水質等多種監測項目,監測的所有項目均嚴格按照國家相關規范和技術標準執行。水位觀測主要為：非汛期主要以人工觀測為主，每日8時(10時)、20時各觀測兩次。在汛期除采用人工觀測外，同時也以水位自記計進行觀測記錄，以滿足時效性要求。流量觀測主要以采用流速儀法為主。卡拉蘇水文站水文資料完整，系列長，資料具有一定的代表性，并且水文資料嚴格執行《水文測驗試行規范》及部頒《水文年鑒編印規范》(SD-244-87)進行了資料整編，技術方法正確，基礎資料可靠。

表1 選用卡拉蘇水文站資料情況一覽表

3 洪水特性分析

庫如克山洪溝是一條山溪性河流，平時干涸無水，逢大暴雨時，必然發生暴雨洪水。該河流的主要洪水成因是山區降雨和消融洪水兩種。一般來說，暴雨洪水主要由河流所流經的中低山區大降雨形成的，而消融洪水主要是隨著氣溫逐漸升高后，山區季節性的積雪融化形成的。洪水從時間上可分為春洪和夏洪兩大類，洪水發生的時間基本就反映了洪水成因，一般來看，季節積雪融水洪水發生的時間最早，高山積雪消融洪水發生的較晚，而夏季多出現隨機性較強、沒有規律的暴雨洪水和混合洪水。

綜合分析可見，庫如克山洪溝一般洪水主要為冰雪融水形成的融雪型洪水；而發生的較大的洪水則一般是高溫融雪型與暴雨混合型洪水。

3.1 暴雨洪水

暴雨洪水主要具有較強突發性，洪水發生的過程一般呈現出峰形，洪水發生具有陡漲陡落、峰高量小、歷時較短且無明顯日變化的特征。暴雨洪水持續時間一般最長在72 h左右，最短的也大約在10 h左右，大多數情況下則在24 h左右。洪水發生過程的形態呈現近似尖瘦的等腰三角形，其各場次洪水的洪量差異懸殊。典型暴雨洪水過程見圖1。

3.2 冰雪消融洪水

卡拉蘇河位于新疆天山南坡，徑流形成區由于平均高程較低，對于大規模的冰川及積雪發育不利，因此流域發生消融洪水一般規模不大，主要經常發生的洪水是季節性冰雪消融洪水，隨著溫度的逐漸升高，洪水發生具有明顯的日變化特征。洪水經歷時間較長，冰雪消融洪水的典型特點是：起漲平緩、峰值不高、洪量較大，洪水過程為復峰型、歷時長、呈現出“一日一峰一谷”的特點，峰值區維持時間較長。典型的消融洪水過程變化過程如圖2所示。

圖2 卡拉蘇站1999年6月21日消融洪水過程線

3.3 混合型洪水

暴雨洪水和冰雪消融洪水疊加形成的就是混合洪水。其中主要有兩種：(1)冰雪消融洪水漲峰過程與暴雨洪水疊加；(2)冰雪消融洪水落水過程與暴雨洪水疊加。混合型洪水大多發生在具有冰川和永久性積雪的河流上，一般多發生在6-8月。洪水變化總體特征也呈現出典型的日變化，隨著前期的連續多天的高溫天氣持續，會出現冰雪消融洪水，若同時后期再遇到降水天氣，就會導致形成較大洪峰。此類洪水起漲速度快，洪峰高，持續時間長，漂浮物多，流速急，洪量大。圖3所示即為較典型的混合型洪水。

圖3 卡拉蘇站2002年7月22日混合型洪水過程線

3.4 洪水時空分布

卡拉蘇河流域的洪水比較集中，主要岀現在5-9月份，從1959-2018年洪水資料看，年最大洪峰流量90%以上出現在6-8月，7月份出現的頻次最多，可占到43.3%,其次是6月份，占到25.0%。卡拉蘇水文站年最大洪水各月出現頻次見表2。從洪水發生區域分析，洪水主要發生在中低山區。高山區地形陡峻，因地勢高，發生融雪洪水。中低山區是暴雨多發區，該區山體破碎，地表覆蓋有大量松 散沉積物，植被稀少，一遇暴雨，便有洪水發生，還可能發生暴雨泥石流。

表2 年最大洪水各月出現頻次

4 洪水資料系列“三性”分析

4.1 洪水資料可靠性、一致性分析

在庫如克山洪溝上無任何水文監測資料，為了滿足本次分析計算所需，同時考慮到該河流向與卡拉蘇河一直，且距離卡拉蘇水文站僅9 km左右，故選用卡拉蘇水文站資料作為參證站，其資料系列截止2018年。來說庫如克山洪溝河年內洪水發生時間的一般規律，現以卡拉蘇水文站1959-2018年的洪水資料做可靠性、代表性、一致性分析。

4.1.1 資料系列可靠性分析

卡拉蘇水文站屬于國家基本水文站，自設立以來觀測的項目比較齊全。水文站的水位觀測一般方式是人工觀測和水位計自記方式；流量測驗一般采用的主要方法是流速儀法、浮標法和比降～面積法。通過對長系列水文觀測資料成果進行整編，可知其均符合國家行業技術規范的標準和要求，參證站水文數據無明顯錯誤，數據成果可靠，完全可以滿足水文分析計算的需求。

4.1.2 資料系列一致性分析

卡拉蘇水文站為卡普斯浪河水量控制站,山口以上無分洪工程。該站洪水系列的一致性較好。

4.2 洪水資料代表性分析

卡拉蘇水文站已經積累了1959-2018年期間的長系列資料，實測洪峰流量系列一共有60年,對洪峰流量系列的代表性進行分析過程如下：

4.2.1 長短系列統計參數分析

在對卡拉蘇水文站多年最大洪峰流量進行統計的基礎上，采用矩法對不同長度系列的統計參數進行估算并進行對比分析，從表3可見，隨著系列的不斷增加，CV值和均值逐漸趨于穩定，當系列長度達到30年以上時，系列統計參數也基本趨于穩定，由此可證明卡拉蘇水文站洪峰流量資料系列代表性較好。

表3 卡拉蘇站洪峰流量長短系列統計參數計算表

4.2.2 洪峰流量模比系數差積曲線分析

從圖4可明顯看出卡拉蘇河包含完整的豐枯周期。從1959-1996年屬洪峰流量趨于減小段，1997-2003年屬洪峰流量趨于增大段，2004-2007年屬洪峰流量趨于減小段，2008-2012年屬洪峰流量趨于增大段，2013-2015年屬洪峰流量趨于減小段，2016-2018年屬洪峰流量趨于增大段。卡拉蘇水文站60年的最大洪峰流量系列中包含較完整的洪水年際變化過程和大、小洪水年份，系列具有一定的代表性。

圖4 卡拉蘇站洪峰流量模比系數差積曲線

4.2.3 洪峰流量模比系數累積曲線分析

由圖5卡拉蘇水文站洪峰流量模比系數累積平均過程線看出，從 1964年開始，當流量系列在55年以上時，累積平均過程線逐漸收斂于1，進而趨于穩定。

圖5 卡拉蘇站洪峰流量模比系數累積平均曲線

以上卡拉蘇水文站洪峰流量三性分析計算成果比較，說明卡拉蘇站洪峰流量系列具有較好的穩定性和代表性。因此，依據卡拉蘇水文站的實測洪峰資料作為參證，對庫如克山洪溝洪峰流量計算分析是可靠的。

5 結語

總之，暴雨洪水特性和水文資料的可靠性、一致性和代表性分析是進行水文計算分析的的重要基礎工作，直接關系到水文計算的準確性和適用性，可以為庫如克山洪溝水利工程和水資源管理工作提供翔實、全面的基礎數據支撐，對提高流域洪水防御能力和保障人民群眾生命財產安全起著重要支撐作用。