新疆地区暴雨洪水特征及成因分析

程 凡

(新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000)

0 引 言

新疆位于E73°40′-E96°18′和N34°25′-N48°10′之间，是中国最大的省级行政区域。新疆地处内陆深处，典型的温带大陆性气候，温差大，日照时间充足，年日照时间可达2 500～3 500 h。新疆的年平均降水量约为150 mm，降水量少，但各地之间的降水差异很大；它主要包括塔里木河、伊犁河和额尔齐斯河三大河系；降水稀少，气候干燥，每年都会发生严重的极端恶劣天气。

由于暴雨洪水对人类和城市的破坏性极大，加之新疆经济相对落后、水资源匮乏，因此分析新疆暴雨洪水的特点和成因，对新疆水资源的利用具有重要意义。

1 暴 雨

项目研究区地处干旱半干旱地区，受其水分输送条件和特殊的自然地理因素的影响，地区暴雨频发。盆地上方的主要水源是西风气流，携带冷水和湿水的气流沿阿拉套山和科古琴山向东进入流域。流域下游夏季气温高，气候干燥，下垫面蒸发强烈，有利于暖气团的形成。特别是博尔德塔拉谷地附近的低丘地带，由于准噶尔盆地和博尔德塔拉谷地的高温高压、热量传递、温度气团的变化，加上地形影响，容易形成锋面暴雨，再加上植被覆盖的区域性差异，降雨量较多，往往会导致局部暴雨洪水。参考降水和洪水观测资料，适当降低区域内暴雨标准，以降水强度≥10 mm/h或≥20 mm/d降水作为暴雨分类标准。

1.1 暴雨成因

该地区有两个主要的水汽来源，即西部路径和北部路径。西部路线来自潮湿的大西洋西风纬向环流。虽然它靠近博尔塔拉河流域，但对流层上部全年都是自由的，几乎没有障碍物。一路上，受到黑海、地中海、咸海和大量水汽补充，所以空气流入博尔塔拉河流域，经常造成降水天气。北线流经西伯利亚西部，进入博尔塔拉河流域，受西伯利亚冷空气团控制，主要以冷却为主，降水很少。每年6-8月份，新疆受南亚大陆热量低压影响，天气变化更加频繁。据统计，自20世纪60年代以来，流域及附近的中低山区发生了数十起暴雨洪水灾害，发生频率远高于其他地区。

从地形上看，阿拉套山和科古琴山形成的博尔塔拉山谷有利于水汽在西部的积累，阿拉塔山和科古琴山前的隆起带形成山谷环流。但这两个因素阻碍了气团和锋面运动，使得山前降水时间延长，降水强度增加。另一个因素是在气温热的变化条件下，沉淀的前几天暴雨出现交替，植被覆盖率较低，当天气好时暴露在阳光的一天，温度迅速上升，土壤水分蒸发，潮湿的空气不断上升的通胀，晚上边坡快速冷却，冷湿空气沿着山坡下沉，热身底部上升的热空气冷却很容易形成沉淀，如果此时有一股西风的水汽沿着山坡爬升，则更有可能形成静止锋和特大暴雨[2]。

综上分析可以得到，暴雨不仅受天气系统的影响，还受特殊地形因素的影响。

1.2 暴雨特征情况

1.2.1 年内分布不均，年际间频发

依照暴雨指标统计历年各月暴雨发生次数的资料，研究区共包括两个水文站。1号水文站1959-2016年的58年中，共发生287次较大降水。2号水文站1961-1966年、1979-1993年的21年中，共发生102次较大降水。具体数据见表1。

统计两站平均每年暴雨发生的次数，1号水文站4.95次/年，2号水文站4.86次/年，两站每年暴雨发生次数比较接近。在一定的范围内，暴雨发生次数随流域下垫面高程增加而逐渐增多。

1.2.2 暴雨量小、历时短，局部性强

根据资料可以看到，流域降水相对较小，两个水文站观测到的最大次降水量也不大，降水持续时间相对较短。从几次大暴雨的降雨过程中可以推断，暴雨中心范围小，局部区域强，从而导致洪水灾害。

2 洪水类型、成因及特征分析

该地区洪水主要来自盆地上游的融冰融雪洪水和中低山的暴雨洪水。根据洪水的特征、成因和发生时间，流域洪水可分为3种类型：冰雪融化型、暴雨降水型和混合洪水型。以乌尔达克孜河附近的2号水文站为参考站，对各种洪水的洪水类型、成因及特点进行分析。

2.1 冰雪融水型洪水

乌尔都克赛河冰雪融化洪水主要是由于中高山冰雪融化造成，一般发生在春季和夏季。它比其他洪水发生得早，洪峰流量较小，持续时间较长。这种洪水的发生时间早晚、大小与气温上升速度和高温天气持续时间密切相关，洪水总量大小取决于前期气温回升快慢和高温天气持续时间长短情况，同时洪水受气温影响，历时较长。图1是2号水文站1980年5月8-14日的冰雪融水过程。

由图1可得到此类洪水特征如下：①洪水过程具有明显规律的日变化周期；②洪水涨落缓慢，洪峰形状呈现“矮胖状”。

2.2 暴雨降水型洪水

在中低山麓丘陵地区，暴雨和洪水较为常见，洪水的发生时间与暴雨的发生时间相吻合。洪水的大小和强度取决于暴雨的大小和强度。根据环流情况和天气系统的不同，可以将暴雨洪水分为两类。

第一类暴雨洪水是当一个大的天气系统与西风环流穿过时，前面的区域是活跃的，低槽或低涡系统深，移动速度慢，还有一个阻塞高压在东方，有一个低东风气流输送水汽，导致大范围的降水在山区，持续好几天，通常形成一个大的洪水。

另一类暴雨洪水是由局部环流形成的强对流天气引起的。这种暴雨多发生在夏季的午后、傍晚或夜间。暴雨分布范围小，暴雨强度强，持续时间短，多发生在低山麓。此外，暴雨中心区域下垫面植被覆盖度低，地面坡度大，沟壑纵横，各河道沟槽出水口靠近集水区，暴雨洪水发生前河道水量较小，且水势较平稳。这种洪水的特点是汇流迅速、力量凶猛、起落陡峭、洪水曲线呈三角峰形、峰高小、持续时间短。这种洪水一般对水库的安全影响不大，但能够带来大量泥沙，使得水库大量淤积，对交通道路、桥涵、渠首、渠道等引水建筑物具有较大的破坏力。图2为2号水文站1984年7月的一场暴雨洪水过程线图。

由图2可得到此类洪水特征如下：①暴雨洪水多陡涨陡落，峰形呈尖瘦状；②暴雨洪水洪峰大小和过程长短与暴雨强度大小、降水时长有关。

图2 2号水文站1984年7月的一次暴雨洪水过程线

暴雨常发生地区植被稀少，受到暴雨的侵蚀，水流携带大量的沙子，盐分高，有时会在局部地区造成泥石流，甚至引发大规模滑坡。

2.3 混合洪水

混合洪水是指前两种洪水叠加而成的洪水。由于叠加效应，这种洪水的洪峰流量和总洪量都远远大于融雪型洪水和暴雨型洪水。由于混合洪水的组成不同，它具有前两种洪水的特点，洪峰流量和洪水总量都远远超过前两种单一洪水的特征。图3为2号水文站1981年7月24-26日混合型洪水过程线。

图3 2号水文站1981年7月24～26日混合洪水过程线

以上3种类型洪水大多发生于每年的6-8月份。通过对2号水文站夏洪频次分析发现，乌尔达克赛河年最大洪水发生在7月份的频次最高，达到57.1%；其次是8月份，为23.8%；最少的是5月份，仅为4.8%。具体数据见表2。

表2 2号水文站夏洪频次分析

3 结 语

暴雨洪水一直以来对于地区的危害是巨大的，不管是对经济还是对居民生活都产生着不可估量的影响。本文以新疆地区为研究区域，针对新疆地区的暴雨洪水情况进行分析，通过对新疆研究区暴雨特点、暴雨成因、洪水特点以及洪水成因等方面的详细分析，为今后暴雨洪水分析与预报、防汛减灾等方面，积累丰富的经验和科学的决策依据，也为相关水利工程建设水文计算分析提供参考依据。