叶尔羌流域主要洪水类型成因及规律研究

2021-05-13阿尼克孜麦麦提

地下水 2021年2期

阿尼克孜·麦麦提

(新疆喀什水文勘测局，新疆喀什 844000)

1 叶尔羌河流域洪水概况

叶尔羌流域洪水主要为冰川溃坝型、暴雨洪水型、冰川消融型以及混合型四类，海拔在5 000 m以上的受到高空热量影响面积占总流域面积的比例达到30%以上，此高度带分布较为集中的永久积雪和冰川，叶尔羌河流域冰川总面积为5 574 km2[1]。叶尔羌河作为中国最大内陆河流塔里木河的主要源流之一，其补给主要来源于冰雪[2]。叶尔羌多年径流均值为64.5亿 m3，水量较为充沛，最大和最小径流分别为88亿 m3和44.7亿 m3，最丰水年份径流为最枯水年份径流的倍数高达1.97倍[3]。叶尔羌河流域径流年际变化幅度较高，夏季是径流年内分布最为集中的季节，径流量占全年径流量的比例达到80.3%[4]。冰雪融雪洪水受地形和气温极值变化影响，其洪水总量也不断增加。夏季当气温持续升高易出现较大量级的融雪洪水。叶尔羌河流域低山河山前地带在夏季会出现局部的暴雨洪水，这类洪水常和融雪洪水进行遭遇产生较大量级的洪水。一般暴雨洪水量级较小，出现的频次也不高，但在局部区域易出现较大程度的坡面侵蚀，出现山洪泥石流的危害。第三类洪水位冰川突发型洪水，这类洪水出现在叶尔羌河流上游的克勒青流域，流域永久积雪和冰川占整个叶尔羌流域的面积比例高达45.8%。第四类洪水为混合型洪水，主要为消融型洪水和暴雨洪水相遇组成，以及冰川溃坝型洪水和消融型洪水相遇产生的混合型洪水，这类型一般在流域出山口断面相遇的概率较高，洪水过程一般较为复杂且多变，且洪峰一般较大，对下游防洪安全影响较大。

2 洪水主要成因分析

冰川溃坝型、暴雨洪水型、冰川消融型以及混合型为叶尔羌流域主要四类洪水，各洪水的成因有明显差异，具体为：

冰川消融型洪水：叶尔羌流域冰川季节和永久性冰川积雪发育较好，为冰川融雪洪水的形成提高了充足的物质条件，随着年年汛期气温的逐步增加，河流洪水得到冰川消融的充分补给。冰川消融型洪水是叶尔羌流域发生频率最高的一类洪水。

冰川溃坝型洪水：流域上游干流发育较好的山谷冰川，是冰川溃坝型洪水发育的重要条件，通过近些年的冰川溃坝型洪水分析，上游冰川溃坝形成的堰塞湖是流域此类洪水发生主要直接的原因。

暴雨型洪水：叶尔羌流域夏季发生此类暴雨洪水的频次较高，夏季降水持续且雨强较大时，流域超渗产流的机制是区域夏季发生暴雨洪水的主要成因。

混合型洪水：在流域出山口已发生此类复杂多变且过程相互叠加的混合型洪水，通过多年洪水分析，此类洪水一般为消融型洪水和暴雨洪水的相遇组合以及消融型洪水和冰川溃坝型洪水的相遇组合。这两种洪水与气候过程相互促进，一般暴雨洪水与消融型洪水组合的混合型洪水的洪峰流量一般不高，而冰川溃坝型洪水和消融型洪水相遇组合的混合型洪水的洪峰流量一般较大。

3 主要类型洪水规律分析

3.1 冰川消融型洪水规律

结合叶尔羌河流域1954-2018年冰川消融型洪水资料，对冰川消融型洪水的主要洪水规律进行分析，如表1所示。

表1 叶尔羌流域1954-2018年冰川消融型洪水统计结果

经过统计分析，从1954-2018年叶尔羌河流域发生冰川消融型的次数为65次，其洪峰流量最大值和最小值一般介于暴雨型洪水和冰川溃坝型洪水之间。冰川消融型洪水是叶尔羌流域主要的径流补给，该类型相比于其他洪水类型较为稳定，洪峰流量的CV值较低。冰川消融型洪水一般主要出现在7-8月份。从上游卡群站到下游出口冰川消融型洪水的洪水传播衰减率一般较小，其洪水传播的衰减率一般低于暴雨型洪水和冰川溃坝型洪水。

3.2 冰川溃坝型洪水规律

结合叶尔羌河流域1954-2018年冰川溃坝型洪水资料，对冰川溃坝型洪水的主要洪水规律进行分析，如表2所示。

表2 叶尔羌流域1954-2018年冰川溃坝型洪水统计结果

结合叶尔羌河流域1954-2018年洪水数据进行统计分析，冰川溃坝型洪水发生的频次为29次，冰川溃坝型洪水的洪水量级明显高于暴雨型洪水和冰川消融型洪水，其洪水历时一般较短，属于突发型洪水，峰高量大是叶尔羌河流域冰川溃坝型洪水的主要特点，其洪峰流量变化的CV值较大，表明冰川溃坝型洪水变化的稳定性较低。随着全球气候变暖的影响，叶尔羌流域发生冰川溃坝型洪水的频次也在逐步增加，已经成为流域洪涝灾害影响最大的洪水。从其洪峰衰减率变化可看出，冰川溃坝型洪水沿程的洪峰衰减率高于其他类型洪水，从上游到下游其洪峰衰减率的均值可达到21.2 m3/s·km。

3.3 暴雨型洪水规律

结合叶尔羌河流域1954-2018年暴雨型洪水资料，对暴雨型洪水的主要洪水规律进行分析，如表3所示。

表3 叶尔羌流域1954-2018年暴雨型洪水统计结果

叶尔羌流域暴雨洪水发生的时间一般集中在7月中旬到8月的下旬，结合流域1954-2018年的洪水数据分析，其发生暴雨洪水的频次达到16次，发生的频次要低于冰川融雪性和冰川溃坝型洪水，一般而言，叶尔羌流域发生暴雨型洪水的量级一般较小。相比于冰川融雪性洪水和冰川溃坝型洪水，该类型洪水的洪水过程一般较为简单，洪水上涨和下落的历时一般较短，洪水变化的稳定性低于冰川消融型洪水，但高于冰川溃坝型洪水。洪水沿程衰减率递减较为明显，受到洪水坦化严重的影响，其洪水衰减率一般低于冰川溃坝型洪水和冰川消融型洪水。叶尔羌流域暴雨洪水主要受到山前局部暴雨的影响，因此使得其洪峰流量一般较小，但其洪峰流量最大值要高于冰川消融型洪水，这主要是因为随着暴雨范围的增加，使得其流量有所增加。

3.4 混合型洪水规律

结合叶尔羌河流域1954-2018年混合型洪水资料，对混合型洪水的主要洪水规律进行分析，如表4所示。

表4 叶尔羌流域1954-2018年混合型洪水统计结果

叶尔羌河流域1954-2018年洪水数据进行统计分析，混合型洪水发生的频次较低，在近60年的洪水数据统计结果中，叶尔羌河流域发生混合型洪水的频次较为3次，表明在叶尔羌河流域发生混合型洪水属于较为稀少的场次洪水类型。但是通过对其洪峰流量的统计分析，虽然此类混合型洪水出现的频次较低，但是其量级一般不小，这主要是因为混合型洪水一般为消融型洪水和暴雨洪水相遇组成，以及冰川溃坝型洪水和消融型洪水相遇产生的混合型洪水，因袭其洪峰流量一般要高于单一洪水类型。相比于消融型和冰川溃坝型洪水，叶尔羌河流域混合型洪水洪峰过程一般较为平缓，洪水涨落历时一般较长。

3.5 冰川溃坝型洪水分布

考虑到叶尔羌河流域量级、洪涝灾害影响较大的为冰川溃坝型洪水，这类型洪水一般具有突发型强的特点，为此结合叶尔羌河流域1954-2018年洪水数据，统计分析了冰川溃坝型洪水主要发生时段的洪水频次，如表5所示。

表5 叶尔羌河流域1954-2018年冰川溃坝型洪水频次统计结果

从统计结果可看成，在6-11月，冰川溃坝型洪水具有所发生，且在8-9月发生冰川溃坝型洪水的频次较高，分别达到54.55%和18.18%，属于叶尔羌流域冰川溃坝型洪水的高发月份。在7月和11月份冰川溃坝型洪水频次较低，均为4.55%。8-9月冰川溃坝型洪水频次较高的原因在于冰雪由于夏季消融较为强烈，经过一段时间消融期后冰川下段冰内的水道水压被有所增强，水体由于蓄积逐步被排开，使得冰川边缘和冰下段出现排水。通常情况下叶尔羌河流量最大值主要集中在8月份。在10月和11月份出现冰川溃坝型洪水的洪峰量级一般不高，但由于这一阶段河道内流量较少，发生冰川溃坝型洪水的洪峰流量一般为河道平均流量的8倍左右，对下游河道会产生一定程度的影响。