桂江中游平乐水文站洪水时程分布及组成规律分析

2022-01-14吴立愿

广西水利水电 2021年6期

吴立愿

（广西壮族自治区水文中心，南宁 530023）

0 引言

桂江是珠江流域西江水系左岸一级支流，流域面积1.87万km2，平乐水文站是桂江中游控制站，其集水面积为1.22万km2，断面以上流域面积大于500 km2的支流有4条，左岸支流有田家河、恭城河，右岸有甘棠江和荔浦河，断面以上有青狮潭、斧子口、小溶江、川江、峻山、巴江口等大中型水库。1952—2020年近70年间，共有38年发生超警洪水，占比55%，1954、1956（5、6月份共出现2场）、1976、1978、1992、1996、2002、2005、2008、2017、2020年共11年出现12场大于8690 m3/s的洪水（依据珠江委设计洪水成果应用建议，平乐水文站5年一遇洪水对应流量为8690 m3/s），2000年以后发生中等洪水的频次显著上升[1]，有必要对桂江中游的洪水时程分布及组成规律进行分析。

现围绕桂江中游的洪水的研究分析比较少，黄运才，吴晓红[2]对桂江平乐1978年5月与1954年4月的洪水进行比较分析，骆艳珍[3]对桂江平乐1978年5月与2008年6月的暴雨洪水进行比较分析，均是针对两场大洪水进行总结分析，存在一定的的局限性。在组成规律的研究上，熊莹[4]对长江上游干支流洪水组成与遭遇进行了研究，陈立华等[5]在2018年对西江流域梧州站干支流洪水组成及遭遇规律进行了研究。

在以往研究的基础上，采用水文学分析法从暴雨分布、洪水组成、洪水传播时间以及洪水量级等方面，分析其洪水组成及遭遇规律。

1 桂江中游洪水年内分布特征及年代际特征

1.1 年内分布特征

1952—2020年桂江平乐水文站年最大流量发生在各月次数和比重如表1所示。从表1可知，桂江从4月份开始进入汛期，洪水多发生在5～7月，超过70%的年最大流量出现在5、6月。其中发生中等以上洪水的月份为1954年4月、1956年5月、1956年6月、1976年7月、1978年5月、1992年7月、1996年4月、2002年6月、2005年6月、2008年6月、2017年7月、2020年6月，20世纪中叶至末期中等以上洪水在4～7月均有出现，21世纪以来则主要出现在6月份。

表1 桂江平乐水文站年最大流量发生月份频次统计表

1.2 序列分析

1.2.1 趋势性分析

对桂江平乐水文站1952—2020年年最大流量资料序列采用坎德尔（Kendall）秩次相关检验[6、7]、游程检验[8]两种方法进行趋势性分析。两种统计检验中都显示无趋势，则认为该序列无趋势性。

桂江中游平乐水文站1952—2020年共有38 a发生超警洪水，占比54.3%；发生中等以上洪水的年份分布则具有不均匀性特征，1954年出现1场，1956年2场，出现在1957—2000年的仅为4场，2000年以后的有5场，2000年以后中等洪水的发生概率显著上升。桂江平乐水文站年最大流量过程线见图1。

图1 桂江平乐水文站年最大流量过程线图

1.2.2 周期性分析

采用小波分析法[9]对桂江平乐水文站1952—2020年年最大流量资料序列中的周期项进行识别，小波分析法是将年最大流量资料序列看成是由不同周期的规则波动迭加而成，在分离周期时逐步分解出一些比较明显的周期成分，然后叠加起来作为该序列的周期项。经分析，桂江平乐水文站的年最大流量资料序列具有周期性，第一周期长度为22 a，第二周期长度为28 a，第三周期长度为30 a。桂江平乐水文站年最大流量序列周期分析见图2。

图2 桂江平乐水文站年最大流量序列周期分析图

1.2.3 年代际分布特征

计算每个年代的年最大流量均值，再与历年均值相比，1950年代～2010年代与历年均值的距平分别为：3.2%、-4.5%、9.4%、-7.1%、1.7%、6.1%、2.9%，即明显偏大（大于5%）的有1970年代和2000年代，明显偏小（小于5%）的有1980年代，其次是1960年代。桂江平乐水文站年最大流量年代际柱状图见图3。

图3 桂江平乐水文站年最大流量年代际柱状图

2 桂江平乐水文站干支流洪水频率及遭遇分析

桂江平乐水文站10 a一遇以上的5场洪水是1954年4月、1956年6月、1978年5月、2008年6月、2020年6月洪水，其中1954年4月与1956年6月洪水，桂林水文站和阳朔水文站缺乏历史流量资料，可以从收集到的桂林、荔浦、恭城、平乐4站的降雨情况进行分析。对上游各水文站的洪水频率逐场进行分析，统计结果见表2，桂江平乐水文站的10 a一遇以上的洪水基本是上游干支流来水共同影响，平乐站的洪水量级以大于上游各站的洪水量级居多，分述如下：

表2 桂江中游10 a一遇洪水各站最大流量及重现期统计表

（1）1954年4月暴雨洪水：上游桂林站以上的降雨与1978年5月相当，按照雨洪同频考虑，即桂林站的洪水量级为5 a一遇，支流恭城河的洪水超过10 a一遇，荔浦河的洪水超2 a一遇，由于干支流洪水遭遇叠加，平乐水文站的洪水接近20 a一遇。

（2）1956年6月暴雨洪水：上游桂林站以上的降雨较1978年5月、2008年6月的降雨小，即桂林站的洪水量级小于5 a一遇，支流恭城河的洪水为10 a一遇，荔浦河的洪水超5 a一遇，平乐水文站的洪水为10 a一遇。

（3）1978年5月暴雨洪水：上游桂林站的洪水量级为5 a一遇，阳朔站的洪水量级为10 a一遇，支流恭城河的洪水为接近20 a一遇，荔浦河的洪水超5 a一遇，平乐水文站的洪水接近20 a一遇，干流和支流恭城河的来水比重约为85%。

（4）2008年6月暴雨洪水：上游桂林站的洪水量级为5 a一遇，阳朔站的洪水量级为10 a一遇，支流恭城河的洪水为10 a一遇，荔浦河的洪水超2 a一遇，平乐水文站的洪水接近20 a一遇，干流和支流恭城河的来水比重约为80%。

（5）2020年6月暴雨洪水：上游桂林站未有明显洪水，阳朔站的洪水量级为超过5 a一遇，支流恭城河的洪水小于5 a一遇，荔浦河的洪水小于2 a一遇，平乐水文站的洪水接近20 a一遇。

3 洪水类型及典型年分析

3.1 洪水类型及典型年分析

按致洪的暴雨分布、时程分配以及干支流洪水组合综合分析，可将洪水类型分为上游型、中游型、下游型、区间型、全流域型等类型的洪水，从5场10 a一遇以上的洪水分析，桂江平乐水文站的洪水大多属于全流域型洪水。

（1）1954年4月暴雨洪水：暴雨可分为两小场暴雨，暴雨走向为先干流后支流、先上游后支流，洪峰与暴雨对应呈现双峰型前锋大后峰小，洪峰流量分别为11 200、8510 m3/s，属全流域型洪水。

（2）1956年6月暴雨洪水：降雨为全流域降雨和支流追峰雨叠加，即1956年6月15日全流域降暴雨，6月16日其余区域雨势减弱，支流恭城河继续降暴雨，洪峰呈现单峰型，洪峰流量为10 100 m3/s，属全流域型洪水。

（3）1978年5月暴雨洪水：与1954年4月比较类似，暴雨也可分为两小场暴雨，暴雨走向为先干流后支流、先上游后支流[3]，洪峰与暴雨对应呈现双峰型（前锋大后峰小），洪峰流量分别为11 400、9340 m3/s，属全流域型洪水。

（4）2008年6月暴雨洪水：分为两小场暴雨，次雨峰在前主雨峰在后，降雨量上游大下游小，全流域降雨叠加，第一场降雨起到提高江河底水及滋润土壤的作用，使后一场降雨的产流量增加，洪峰呈现双峰型（前锋小后峰大），洪峰流量分别为4340、11 500 m3/s，属全流域型洪水。

（5）2020年6月暴雨洪水：分为两小场暴雨，第一场降雨出现在6月6日～7日，为上游小，中游区间大，造成平乐站出现洪峰，平乐水文站的洪峰呈现单峰型，洪峰流量为11 300 m3/s，属中游区间型洪水；第二场降雨出现在6月8日～10日，主要集中在上游，由于桂江上游青狮潭、小溶江、斧子口、川江4座水库拦蓄洪水明显，最大拦洪流量达3450 m3/s，有效降低桂林水文站洪峰水位和流量，该站出现最大流量为2680 m3/s，上游的洪水不断坦化且区间雨量小，洪水传递至平乐水文站，平乐水文站只出现小幅复涨，经还原计算，如无水库调蓄错峰影响，平乐水文站的洪峰将呈现明显的双峰型，第2个洪峰流量约为7000 m3/s。

3.2 2020年6月暴雨洪水

3.2.1 暴雨

受高空槽、切变线和弱冷空气共同影响，2020年5月29日～6月10日，我区遭受连续性强降雨过程，雨区高度重叠，柳州、桂林、河池等地大部降大到暴雨，其中6月6日～7日，桂江中上游出现强降雨过程，荔浦、阳朔、临桂、恭城、平乐等地降大暴雨至特大暴雨。桂林市2020年6月5日～8日面雨量图见图4。桂江平乐水文站断面以上面平均降雨量180.2 mm，其中桂江阳朔水文站断面以上面平均降雨量127.9 mm，荔浦河荔浦水文站断面以上面平均降雨量96.5 mm，恭城河恭城水文站断面以上面平均降雨量293.7 mm，大旺河双和水文站断面以上面平均降雨量88.5 mm，阳朔—荔浦—双和—恭城区间面平均降雨量205.9 mm。

图4 桂林市2020年6月5日～6月8日面雨量图

6日，桂江平乐水文站断面以上面平均降雨量118.5 mm，阳朔县高田镇界底站日雨量达343.5 mm，荔浦市双江镇广渡站日雨量达313.5 mm，7日，桂江平乐水文站断面以上面平均降雨量61.7 mm，其中荔浦市马岭镇大冲口站日雨量达196.5 mm，阳朔县高田镇高田站日雨量达153 mm。8日～10日，强降雨转移至桂江上游与洛清江上游，受上游4座水库影响，此时的降雨已对桂江中游的洪峰无影响。

最大1 h雨量为阳朔县高田镇阳朔龙潭站92 mm（7日05时～06时），最大3 h雨量为阳朔县金宝乡古洞塘站181 mm（6月7日04时～07时），最大6 h雨量为荔浦市双江镇龙坪站280.1 mm（6月7日05时～11时），最大12 h雨量为阳朔县高田镇高田站351.0 mm（6月7日0时～12时），最大24 h雨量为荔浦市双江镇龙坪站455.5 mm（6月6日18时～7日18时），最大48 h雨量为荔浦市双江镇龙坪站475.0 mm（6月6日09时～8日09时）。暴雨中心主要位于中游右岸的荔浦、阳朔，最大24 h降雨量超过300 mm的有24个站，荔浦市双江镇龙坪站455.5 mm（6日18时～7日18时）、阳朔县高田镇高田站434.0 mm（6日18时～7日18时），重现期均超100 a一遇。

3.2.2 洪水

桂江支流马岭河（广西荔浦市）出现50 a一遇特大洪水，桂江平乐县平乐水文站于6月6日20时起涨，起涨水位97.61 m，相应流量2780 m3/s，至6月8日01时出现105.87 m的洪峰水位，涨幅达8.26 m，超警6.37 m，为接近20 a一遇洪水，是1936年建站以来第二大洪水（建站以来最高水位是2008年6月13日106.09 m，最大流量11 500 m3/s）。桂江平乐水文站2020年6月洪水过程线图见图5。

图5 桂江平乐水文站2020年6月洪水过程线图

3.2.3 洪水组成

按上游洪水传播时间分析平乐水文站洪水组成，桂江阳朔水文站来水占比43%。对于阳朔水文站的洪峰，桂林水文站来水占比17%，桂林—阳朔区间来水占比83%，阳朔的来水主要为桂林—阳朔区间来水，荔浦河荔浦水文站占比2%，恭城河恭城水文站占比25%，阳朔—荔浦—恭城区间来水占比30%。

从降雨、洪水等综合分析，2020年6月洪水属于中游区间型洪水，为桂林水文站以下至平乐水文站区域暴雨造成的洪水。

3.3 水利工程影响

桂江平乐水文站以上的水库运行情况：青狮潭水库在20世纪20年代末投入使用，峻山、巴江口在本世纪初投入使用，斧子口、小溶江、川江3座水库在2015年左右投入使用。水利工程对河道来水的影响越来越明显，如2019年6月上旬，桂江上游青狮潭、斧子口、小溶江和川江4座水库削峰量达3000 m3/s，使桂江上游近100 a一遇的特大洪水削减为10 a一遇中洪水，阳朔及以下河段均未超警。对于2008年6月洪水，青狮潭水库拦洪1.6亿m3，恭城河峻山水库拦洪0.45亿m3，均发挥了拦洪削峰作用。2008年6月洪水期间，受特大暴雨影响，沙子溪水库（阳朔县高田镇乐响村委沙子溪村南偏东1 km处，总库容25.93万m3，是一座集防洪、灌溉等综合利用的小（2）型水库）6月7日上午出现溃坝[2]，增加了区间的来水量，抬高了洪峰水位；如果无桂江上游4座水库拦洪削峰，桂江平乐水文站洪峰将为双峰型（前锋大后峰小）。