库如克山洪沟洪水特性及水文资料“三性”分析

2021-05-13王振梁

地下水 2021年2期

王振梁

(新疆阿克苏水文勘测局，新疆阿克苏 843000)

1 库如克山洪沟概况及参证站的选取

库如克山洪沟地处天山南部中段，河流流经中、低山带，河流的补给主要来自雨水和冰雪融水。整个河流位于拜城县城东北方向，地势西北高，东南低，从源头至峡口河流长度为37.0 km，集水区面积为377 km2，河道纵坡平均为66‰，最终一并汇入了木札特河。

库如克山洪沟上无任何水文监测资料，为满足本次研究要求，同时考虑该河与卡拉苏水河距离较近，且洪水调查点距离卡拉苏水文站9 km左右，综合考虑，选用卡拉苏水文站作为参证站，收集整理2018年以前的水文站的长系列水文资料作为本次计算分析的主要基础依据。

2 卡拉苏水文站基本情况

卡拉苏站是卡拉苏河水量、水质控制站，地理位置东径82°08′，北纬42°00′，测站高程1 541 m。卡拉苏水文站于1959年4月建站，测站以上河流的河长为90 km，集水面积达1 114 km2。该站主要的主要观测项目包含：水位、流量、泥沙、降水、蒸发、气温、水温、水质等多种监测项目,监测的所有项目均严格按照国家相关规范和技术标准执行。水位观测主要为：非汛期主要以人工观测为主，每日8时(10时)、20时各观测两次。在汛期除采用人工观测外，同时也以水位自记计进行观测记录，以满足时效性要求。流量观测主要以采用流速仪法为主。卡拉苏水文站水文资料完整，系列长，资料具有一定的代表性，并且水文资料严格执行《水文测验试行规范》及部颁《水文年鉴编印规范》(SD-244-87)进行了资料整编，技术方法正确，基础资料可靠。

表1 选用卡拉苏水文站资料情况一览表

3 洪水特性分析

库如克山洪沟是一条山溪性河流，平时干涸无水，逢大暴雨时，必然发生暴雨洪水。该河流的主要洪水成因是山区降雨和消融洪水两种。一般来说，暴雨洪水主要由河流所流经的中低山区大降雨形成的，而消融洪水主要是随着气温逐渐升高后，山区季节性的积雪融化形成的。洪水从时间上可分为春洪和夏洪两大类，洪水发生的时间基本就反映了洪水成因，一般来看，季节积雪融水洪水发生的时间最早，高山积雪消融洪水发生的较晚，而夏季多出现随机性较强、没有规律的暴雨洪水和混合洪水。

综合分析可见，库如克山洪沟一般洪水主要为冰雪融水形成的融雪型洪水；而发生的较大的洪水则一般是高温融雪型与暴雨混合型洪水。

3.1 暴雨洪水

暴雨洪水主要具有较强突发性，洪水发生的过程一般呈现出峰形，洪水发生具有陡涨陡落、峰高量小、历时较短且无明显日变化的特征。暴雨洪水持续时间一般最长在72 h左右，最短的也大约在10 h左右，大多数情况下则在24 h左右。洪水发生过程的形态呈现近似尖瘦的等腰三角形，其各场次洪水的洪量差异悬殊。典型暴雨洪水过程见图1。

3.2 冰雪消融洪水

卡拉苏河位于新疆天山南坡，径流形成区由于平均高程较低，对于大规模的冰川及积雪发育不利，因此流域发生消融洪水一般规模不大，主要经常发生的洪水是季节性冰雪消融洪水，随着温度的逐渐升高，洪水发生具有明显的日变化特征。洪水经历时间较长，冰雪消融洪水的典型特点是：起涨平缓、峰值不高、洪量较大，洪水过程为复峰型、历时长、呈现出“一日一峰一谷”的特点，峰值区维持时间较长。典型的消融洪水过程变化过程如图2所示。

图2 卡拉苏站1999年6月21日消融洪水过程线

3.3 混合型洪水

暴雨洪水和冰雪消融洪水叠加形成的就是混合洪水。其中主要有两种：(1)冰雪消融洪水涨峰过程与暴雨洪水叠加；(2)冰雪消融洪水落水过程与暴雨洪水叠加。混合型洪水大多发生在具有冰川和永久性积雪的河流上，一般多发生在6-8月。洪水变化总体特征也呈现出典型的日变化，随着前期的连续多天的高温天气持续，会出现冰雪消融洪水，若同时后期再遇到降水天气，就会导致形成较大洪峰。此类洪水起涨速度快，洪峰高，持续时间长，漂浮物多，流速急，洪量大。图3所示即为较典型的混合型洪水。

图3 卡拉苏站2002年7月22日混合型洪水过程线

3.4 洪水时空分布

卡拉苏河流域的洪水比较集中，主要岀现在5-9月份，从1959-2018年洪水资料看，年最大洪峰流量90%以上出现在6-8月，7月份出现的频次最多，可占到43.3%,其次是6月份，占到25.0%。卡拉苏水文站年最大洪水各月出现频次见表2。从洪水发生区域分析，洪水主要发生在中低山区。高山区地形陡峻，因地势高，发生融雪洪水。中低山区是暴雨多发区，该区山体破碎，地表覆盖有大量松散沉积物，植被稀少，一遇暴雨，便有洪水发生，还可能发生暴雨泥石流。

表2 年最大洪水各月出现频次

4 洪水资料系列“三性”分析

4.1 洪水资料可靠性、一致性分析

在库如克山洪沟上无任何水文监测资料，为了满足本次分析计算所需，同时考虑到该河流向与卡拉苏河一直，且距离卡拉苏水文站仅9 km左右，故选用卡拉苏水文站资料作为参证站，其资料系列截止2018年。来说库如克山洪沟河年内洪水发生时间的一般规律，现以卡拉苏水文站1959-2018年的洪水资料做可靠性、代表性、一致性分析。

4.1.1 资料系列可靠性分析

卡拉苏水文站属于国家基本水文站，自设立以来观测的项目比较齐全。水文站的水位观测一般方式是人工观测和水位计自记方式；流量测验一般采用的主要方法是流速仪法、浮标法和比降～面积法。通过对长系列水文观测资料成果进行整编，可知其均符合国家行业技术规范的标准和要求，参证站水文数据无明显错误，数据成果可靠，完全可以满足水文分析计算的需求。

4.1.2 资料系列一致性分析

卡拉苏水文站为卡普斯浪河水量控制站,山口以上无分洪工程。该站洪水系列的一致性较好。

4.2 洪水资料代表性分析

卡拉苏水文站已经积累了1959-2018年期间的长系列资料，实测洪峰流量系列一共有60年,对洪峰流量系列的代表性进行分析过程如下：

4.2.1 长短系列统计参数分析

在对卡拉苏水文站多年最大洪峰流量进行统计的基础上，采用矩法对不同长度系列的统计参数进行估算并进行对比分析，从表3可见，随着系列的不断增加，CV值和均值逐渐趋于稳定，当系列长度达到30年以上时，系列统计参数也基本趋于稳定，由此可证明卡拉苏水文站洪峰流量资料系列代表性较好。

表3 卡拉苏站洪峰流量长短系列统计参数计算表

4.2.2 洪峰流量模比系数差积曲线分析

从图4可明显看出卡拉苏河包含完整的丰枯周期。从1959-1996年属洪峰流量趋于减小段，1997-2003年属洪峰流量趋于增大段，2004-2007年属洪峰流量趋于减小段，2008-2012年属洪峰流量趋于增大段，2013-2015年属洪峰流量趋于减小段，2016-2018年属洪峰流量趋于增大段。卡拉苏水文站60年的最大洪峰流量系列中包含较完整的洪水年际变化过程和大、小洪水年份，系列具有一定的代表性。