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,根據地形走向,地下水總體流動的方向為南東—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,水動力條件好。平原區地下水較為豐富,地下水與地表水二者轉化,互為補充,互為依存。雀爾溝河流域內的的水量流出山口后,流經沖積扇透水性良好的砂礫石帶,河水大量滲漏,成為平原區地下水的主要補給源。流域山勢平緩,土質類型有山地栗鈣土、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,當西方向東移的小尺度天氣系統受地形抬升影響,在雀爾溝河谷迫使氣流產生氣旋性切變,有利于氣流質量輻合,使系統發展加強產生局地性大暴雨[2]。雀爾溝流域發生暴雨時,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、農田及基礎設施造成較大危害。洪水一般發生在春季和夏季,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

根據雀爾溝不同洪水成因,洪水可分為三種類型:季節積雪融水型洪水、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 季節積雪融水型洪水

區域冬季穩定積雪隨著春季氣溫的回升,在一段時間內消融形成融雪洪水。由于這類洪水是季節積雪融水形成,所以其大小與積雪覆蓋的面積和厚度有關,洪水持續時間與影響積雪消融的熱量及風等因素密切相關。隨著時間的推移,融雪洪水出現時間隨雪線的不斷上升而逐漸推后,當該區域積雪消融殆盡時洪水過程結束。

2.2.2 暴雨型洪水

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

2.2.3 混合型洪水

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

3 雀爾溝河歷史洪水調查成果分析

3.1 歷史洪水調查情況

2003年7月13日下午14:00-20:00時,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、東段有五個縣市境內的數條河流發生大洪水并造成災害。據昌吉水文勘測局院內雨量監測站觀測結果,7月13日降水量達64.2 mm,此一日降水量值為昌吉市區多年罕見。根據昌吉水文勘測局所屬各水文站降水量及各河洪峰流量值分析,高山區降水量及強度不是很大,暴雨中心活動范圍在中、低山區、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日發生了特大洪水,據昌吉水文勘測局調查,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日按照有關洪水水文調查規范要求,在調查勘測的過程中,調查組以科學的態度勘查河段,對調查河段洪水發生前后的變遷及淤積情況進行認真考察分析,同時對調查河段上、下游及河床組成等情況進行勘查。仔細進行洪痕勘測。此次洪水攜帶大量推移質泥沙滯留在水庫以上的河段內,由于受洪水沖淤洪水前后河道變化較大,因此,在調查河段進行大斷面勘測時,對發生淤積嚴重的部位進行了修正,使之基本反映洪水前的狀態。雀爾溝河流域歷史洪水調查考證結果見表1。

表1 雀爾溝河流域歷史洪水調查匯總表

3.2 歷史洪水和重現期的確定

2001年8月29日發生的洪水調查洪峰流量為719 m3/s,調查結果較為可靠;2003年7月13日發生的洪水調查洪峰流量856 m3/s,調查結果可靠;1988年調查洪水年代較遠,調查結果僅為參考。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,已是實際發生的。經分析確定,現將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查考證期為N=2019-1957+1=63 a,則重現期為T=N+1=64 a,則排名第二的2001年8.29洪水重現期為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測洪水資料,現以臨近呼圖壁河流域的石門控制站1977-2019年43年連續洪水資料系列進行一致性、可靠性和代表性分析。

4.1 一致性分析

石門水文站設立于以來,1977年至今的水文資料較為連續。因此在水文計算時,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,區間不存在引水或分流,斷面以上人類生產活動相對較少,可以認為石門水文站1977-2019年共43 a洪水資料系列一致性較好。

4.2 可靠性分析

石門水文站為國家基本水文站點,資料采集、整編和刊印嚴格按國家行業規范要求執行,資料質量可靠,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的實測洪峰流量系列代表性分析,對雀爾溝所在流域洪水進行初步評判。

4.3.1 不同長度系列統計參數對比分析

依據石門站1977-2019年43年實測洪峰流量資料,自2019年逆時序向前推,根據矩法計算的不同系列長度統計參數對比,見表2。

表2 石門站洪峰流量長短系列統計參數對照表

隨著系列長度的增加,統計參數變動幅度逐漸減小,當系列長度達到35年以上時,其均值相對偏差的絕對值小于5%;當系列長度達到35 a以上時,Cv值相對偏差絕對值小于5%。綜上所述,系列長度達到37 a時系列統計參數基本趨于穩定。

4.3.2 洪峰流量模比系數差積曲線分析

石門站最大洪峰流量模比系數差積值曲線見圖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年處在一個小洪峰流量少水年群,1994-2012年處在一個大洪峰流量多水年群中,2012-2019年處在一個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差積平均曲線圖

4.3.3 洪峰流量模比系數累積平均曲線分析

石門站最大洪峰流量模比系數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序達到43時,洪峰流量模比系數累積平均曲線趨于1,說明隨著系列長度的增加,洪峰流量系列平均值逐漸穩定。

圖2 石門站洪峰流量模比系數累積平均曲線圖

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的實測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算對洪水資料的要求。

5 結語

在對呼圖壁縣雀爾溝河流域洪水成因、類型分析的基礎上,綜合歷史洪水調查成果分析了參證站石門站長系列基礎水文資料的可靠性、一致性和代表性。研究結果對該流域防洪減災、洪水預測預報、避免造成生命財產和基礎設施造成威脅等可提供一定的科學依據。