新疆巴音沟河山洪案例分析

马红刚 罗宏伟 张金宝

(新疆兵团第八师水利工程管理服务中心，新疆 石河子 832000)

根据世界气象组织资料，在自然灾害中，按死亡人数的比例计，山洪是最致命的灾害。山洪历时短，洪峰流量相对较高，发生频繁，一般规模较小。但是群发和多发的山洪灾害会严重影响地区发展。2018年7月31日6时至9时30分，新疆哈密市伊州区沁城乡小堡区域短时间内集中突降特大暴雨，1h最大降雨量达到110mm，落雨区射月沟水库遭遇超标洪水溃坝。即便是发达国家和地区，面对一些局地强降雨，仍然会存在漏报现象。所以分析本地区山洪案例规律，采用相适应的预警方案十分必要。

1 研究区概况及数据来源

巴音沟河流域远离海洋，地处欧亚大陆腹地。位于新疆天山北坡中段，新疆首府乌鲁木齐以西200km，沙湾县境内，准噶尔盆地南缘，西临奎屯河，东抵金沟河，南抵依连哈比尔尕山脉的哈尔阿特河33号冰川，与南坡喀什河发源于同一冰川，北至安集海一库。其地理位置介于东经84°45′～85°27′、北纬43°29′～44°58′之间。河流全程121km，出山口以上长90km，见图1。

图1 巴音沟河流域地理位置

1.1 水文地质

巴音沟河发源于天山北坡高山带，既有高山冰川和永久性积雪补给，又有中、低山区季节性积雪和夏季降水补给。巴音沟河储冰92亿m3，折合水量74亿m3，年平均融水1.50亿～2.00亿m3，径流量中冰川融水约占25%～35%，降雨融雪混合补给约占45%～55%，地下水约占15%～25%。海拔3800m以上的冰川和永久性积雪为河流提供了充足的水源。所以巴音沟河既有新疆冰川融雪河流的一般规律，也有多泥沙河流的一些特性。

1.2 径流

选取巴音沟河渠首枢纽水文站年径流量数据代表巴音沟河流域年径流量。经统计分析，巴音沟河流域1956—2019年年平均径流量为3.08亿m3，其中春、夏、秋和冬平均径流量分别为0.20亿m3、2.23亿m3、0.51亿m3和0.14亿m3，见图2。最大年径流为4.32亿m3，出现在2007年；最小年径流量为2.20亿m3，出现在1992年，平均年径流量为3.08亿m3。

图2 巴音沟河流域年内各月径流变化特征

1.3 降雨

由巴音沟河渠首枢纽水文站数据统计(1988—2010年)可知：巴音沟河渠首枢纽水文站多年年平均降水量为240.6mm，春季、夏季、秋季和冬季多年平均降水量分别为70.03mm、95.91mm、48.85mm和25.80mm，见图3。

图3 巴音沟河流域年内各月降雨变化特征

自动雨量站数据实时降雨数据选用新疆气象局数据(2015—2019年)，自动雨量站共三处，从上游往下分别为：巴音沟牧场自动雨量站，海拔1675m，位于巴音沟河干流的乌苏市巴音沟河牧场内；鹿角湾自动雨量站，海拔2186m，位于巴音沟河支流附近的沙湾县鹿角湾景区内；巴音山庄自动雨量站，海拔844m，位于巴音沟河渠首枢纽水文站的巴音山庄景区内，见图4。

图4 巴音沟河流域自动雨量站地理位置

1.4 泥沙

巴音沟河连续21年输沙模数平均值达到1060t/km2，是天山北坡径流悬移质泥沙输出模数的高值中心。年均输沙量167万t,巴音沟河平均含沙量5.67kg/m3，远高于北疆其他河流。巴音沟河多年平均推移质占悬移质总量的14.6%。巴音沟河渠首以上20km，为两河汇流口与干流成90°的深“V”形垂直河岸独特地质景观——安集海大峡谷，见图5。右侧河流为巴音沟牧场方向干流，巴音沟牧场位于上游17km处。中间河流为鹿角湾方向小河，鹿角湾位于上游18km处，左侧河流为上游两河汇流后的河流。

图5 巴音沟河流域汇流口安集海大峡谷

1.5 洪水

选取巴音沟河渠首枢纽水文站径流量代表巴音沟河流域洪峰。经统计分析可知，巴音沟河流域近60年(1956—2019年)最大洪峰为339m3/s，出现在2003年；第二大洪峰为325m3/s，出现在1967年，见图6。

图6 巴音沟河逐年最大洪峰年际变化特征

1.6 洪水类型

冰川融雪型洪水多出现在6月中旬至8月下旬，由高山冰川和积雪融化形成，洪水过程与升温过程关系密切，并随气温变化具有明显的一日一峰现象，整个洪水过程在汛期6—8月持续重复发生。主要影响因素为气温。

降雨型洪水多出现在5月下旬至8月下旬；洪水过程单一，洪峰过程陡涨陡落，总历时较融雪型洪水为短，暴雨洪水峰型尖瘦，陡涨陡落，突发性强。

降雨及冰川融雪混合型洪水多出现在7月中旬至8月上旬。洪水过程兼顾以上2种洪水特征。为连读多日循环过程，一日出现多个峰。产生洪峰前，上游发生了降雨。涨水快，落水缓慢。

2 典型山洪案例

2.1 2016年山洪案例

2016年6月29日0时洪峰86.17m3/s。山洪发生前，上游4h降雨超过10mm,其中山洪发生前2h，1h降雨超过8mm,是诱发此次山洪主要原因，洪水特征满足降雨型山洪特征。其中实时雨量提前2h预警,见图7。

图7 2016年6月29日雨洪图

2016年7月7日15时洪峰106.96m3/s。洪水急涨缓落特征明显，其中山洪发生前2h，鹿角湾1h降雨超过10mm,山洪发生前10～14h持续降雨6mm,是诱发此次山洪主要原因，洪水特征满足混合型山洪特征。其中山洪灾害气象提前23h预警，实时雨量提前2h预警，见图8。

图8 2016年7月7日雨洪图

2.2 2017年山洪案例

2017年6月22日22时洪峰104.69m3/s。山洪发生前3h，1h降雨超过38mm,是诱发此次山洪主要原因，洪水特征满足降水型山洪特征。其中实时雨量提前3h预警，见图9。

图9 2017年6月22日雨洪图

2017年6月24日22时30分，洪峰144m3/s。巴音沟牧场1h降雨超过17mm,是诱发此次山洪主要原因，洪水特征满足降水型山洪特征。其中实时雨量提前6h预警。此次洪水与上次洪水相隔1天，降雨量小洪峰大，见图10。

图10 2017年6月24日雨洪图

2017年7月15日1时洪峰108m3/s。洪水急涨缓落特征明显，其中山洪发生前4h，巴音沟牧场1h降雨超过12mm,3h降雨超过23mm，山洪发生前4h，鹿角湾持续1h降雨5.8mm，是诱发此次山洪主要原因，洪水特征满足混合型山洪特征。其中山洪灾害气象提前23h预警，实时雨量提前7h预警，见图11。

图11 2017年7月15日雨洪图

2.3 2018年山洪案例

2018年8月13日17时洪峰92m3/s。洪水特征满足降水型山洪特征。洪水发生前，上游两处雨量站无明显降雨过程。其中山洪灾害气象提前23h预警，见图12。

图12 2018年8月13日雨洪图

2018年8月22日2时洪峰59m3/s。洪水急涨缓落特征明显，其中山洪发生前4h，巴音沟牧场1h降雨超过6mm，是诱发此次山洪主要原因，洪水特征满足混合型山洪特征。其中山洪灾害气象提前8h预警，实时雨量提前4h预警，见图13。

图13 2018年8月22日雨洪图

2.4 2019年山洪案例

2019年6月23日2时洪峰50m3/s。洪水急涨急落特征明显，其中山洪发生前5h，巴音沟牧场2h降雨超过19mm以及鹿角湾1h降雨超过18mm，是诱发此次山洪主要原因，洪水特征满足降雨型山洪特征。其中山洪灾害气象提前8h预警，实时雨量提前5h预警，见图14。

图14 2019年6月23日雨洪图

2019年7月5日21时洪峰70m3/s。洪水急涨急落特征明显，其中山洪发生前5h，巴音沟牧场1h降雨超过14.9mm，是诱发此次山洪主要原因，洪水特征满足降雨型山洪特征。其中山洪灾害气象提前27h预警，实时雨量提前5h预警，见图15。

图15 2019年7月5日雨洪图

2019年7月10日20时30分洪峰57m3/s。洪水急涨急落特征明显，山洪发生前5h鹿角湾降雨5mm，是诱发此次山洪主要原因。洪水特征满足降雨型山洪特征。其中山洪灾害气象提前3.5h预警，见图16。

图16 2019年7月10日雨洪图

2019年8月1日22时洪峰49m3/s。洪水急涨急落特征明显，其中山洪发生前5h，巴音沟牧场2h降雨8mm，是诱发此次山洪主要原因，洪水特征满足降雨型山洪特征。其中山洪灾害气象未预警，实时雨量提前5h预警，见图17。

图17 2019年8月1日雨洪图

2019年8月5日22时洪峰49m3/s。洪水急涨急落特征明显，其中山洪发生前5h，鹿角湾1h降雨超过6.2mm，是诱发此次山洪主要原因，洪水特征满足降雨型山洪特征。其中山洪灾害气象未预警，实时雨量提前5h预警，见图18。

图18 2019年8月5日雨洪图

3 山洪分析

3.1 降雨实时监测

数据来源于新疆气象台。利用上游易发生洪水区域的自动雨量站监测1h、3h、6h等的实时降雨数据对比以往洪水数据或该河段推算的临界雨量指标，进行是否发生洪水判断，然后根据洪水发生位置，推算洪水到达保护位置的时间，然后进行山洪预警。

3.1.1 流速计算

由于上游洞子渠渠首洪水到达巴音沟河渠首历时为50min，河道长度为7250m，流速为2.42m/s。由于安集海大峡谷洪水到达巴音沟河渠首历时为150min，河道长度为21890m，流速为2.43m/s。河道内洪水的流速采用2.43m/s。鹿角湾到安集海大峡谷河段河道纵坡较大，采用2倍普通河道流速4.86m/s。

3.1.2 流程计算

巴音沟牧场到达巴音沟河渠首河道长度为38370m，洪水到达时间为4h23min。由于自动雨量站数据更新时间为1h。根据实际经验，巴音沟牧场洪水预警时间为4～6h。

鹿角湾到安集海大峡谷河道长度为17550m，洪水到达时间为4h23min。洪水到达安集海大峡谷时间为58min，到达巴音沟河渠首时间为3h28min。根据实际经验，鹿角湾洪水预警时间为2～4h。超过山洪预警上限时间山洪未到达，可以解除山洪防御状态。同时根据山洪到达时间可以判断山洪发生在巴音沟牧场还是鹿角湾。

3.1.3 实时降雨监测山洪预警效果

实时降雨监测山洪预警效果见表1。

表1 2016—2019年山洪预警成功率统计

3.2 山洪灾害气象预警

数据来源于山洪灾害防治网。2016年汛期，研究区新疆天山北麓中段山洪灾害气象预警9次，分别为：6月22日，7月5日，7月6日，7月8日，7月14日，7月22日，7月28日，7月31日，8月27日。2017年汛期2次，分别为：8月11日，8月17日。2018年汛期5次，分别为：6月15日，6月16日，6月20日，7月30日，8月21日；2019年汛期4次，分别为：7月4日，7月10日，8月9日，8月17日，见表2。

表2 2016—2019年山洪灾害气象预警成功率统计

4 结 语

本文利用山洪实时观测和基于山洪灾害气象预警手段，以新疆天山北坡中小河流巴音沟河2016—2019年汛期实测山洪为案例，分析对比山洪实时预警、山洪灾害气象预警与实测洪水的预警情况之间的关系，得出以下结论：

a.新疆天山北坡绝大多部分山洪是由海拔2400m以下局地短时间强降雨形成的。降雨实时监测可以预测大部分的山洪,并且发现通过监测研究区40km处发生的降雨可以为下游提供2～6h的山洪预警和响应时间，应作为山洪预警的主要手段。山洪灾害气象预警可对高山区降雨形成的山洪进行预警，应作为辅助山洪实时监测的手段。

b.同时发生降雨实时监测预警和山洪灾害气象预警时，山洪发生概率加大。已经发生过山洪，再次低强度降雨，山洪发生概率加大。自动雨量站1～3h累计降雨超过10mm,或者多站1h降雨同时超过6mm,山洪发生概率加大。

c.由于自动雨量站的数据是1h更新一次，所以降雨实时监测无法具体到某一降雨的具体时间，预警存在误差。建议数据0.5h更新一次，同时建议在海拔2400～3800m增设自动雨量站，减少监测盲区。

d.实时雨量数据和山洪灾害气象预警信息都可以在公开平台上免费查询，可以为干旱区冰川山区无预警中小河流和中小水库提供一种新的山洪预警解决方案，避免或减轻山洪灾害损失。

e.现阶段研究只解决了山洪何时发生和山洪何时到达的问题，并没有解决区域降雨量形成山洪洪量和洪峰的问题，期待对此进行进一步研究。