榆树沟水文站历史洪水规律研究

吴江涛

(新疆哈密水文勘测局,新疆 哈密 839000)

1 流域水文特性说明

1.1 自然流域概况

榆树沟水文站为国家基本水文站,位于哈密市天山乡榆树沟达娃村,榆树沟水文站设立于1955年,1958年撤消。1979年恢复观测,新断面位于老断面上游13 km处,观测至今。新断面地理位置东经93°57′,北纬43°05′,海拔高度1 670 m。榆树沟站流域面积308 km2,多年平均径流5 200×104m3,流域平均高程3 091 m,研究区域内地形变化趋势由北高向南逐渐降低。河源最高峰高程4 886 m,终年冰雪覆盖。

1.2 下游水利工程现状

榆树沟站测验断面以下8 km建有榆树沟水库,水库1988年施工建设,于2001年年底投入运行。工程建成后,对哈密社会发展及防洪、抗旱、水资源高效利用发挥了重要作用。榆树沟水库是一项集工业、供水、农业灌溉、城市防洪等为一体的综合水利工程,主要任务是保证工业供水,保障农业灌溉,合理调度生态用水,减少地下水使用量。水库下有供水对象三水厂;东西河坝、303省道绿化、石油绿化;南湖乡、石城子村、陶家宫乡、火箭农村、红星一场、三场。

2 历年最大洪水分析

榆树沟站自1979年设立至今已有43年观测资料,从实测水文资料中统计的不同月份发生洪水频次统计见表1。

从榆树沟站历年最大洪水历史资料来看,发生暴雨洪水4次,季节性融雪洪水4次,暴雨融冰雪混合型洪水35次。6-8月年最大洪水出现概率达到90.7%,,其中6、7、8、月份,分别占9.3%、51.2%、30.2%。

3 暴雨性洪水规律分析

3.1 洪水资料统计

榆树沟站暴雨洪水一般在发生在5月下旬-6月,洪水特点为陡涨陡落,洪峰流量高且洪量大,破坏性极强,流域内暴雨洪水特点呈现为年际变化较大,季节性分布明显,洪水中含沙量大,有较强的破坏性。根据榆树沟水文站历年来发生的48次暴雨型洪水中,其中5月仅发生4次,6月发生44次;6月发生超警戒流量1次,超保证流量0次。从实测洪水资料来看,暴雨型洪水起涨时间一般为2～10 h,洪水持续时间为24～36 h。洪峰流量一般为起涨流量的5～15倍。

3.2 典型场次洪水分析

一般情况下,流域内前期有小范围降雨,在强降雨过程发生后,即可发生暴雨洪水,并且历时较短,持续时间通常只有几小时,洪水过程呈尖峰型。例如榆树沟水文站2014年6月27日发生的暴雨洪水,最大流量39.3 m3/s,当日降水量为3.4 mm,前一日累计降水量为29.2 mm,前两日累计降水量为2.8 mm。6月27日5点流量为6.15 m3/s,5点42分猛涨到39.3 m3/s,涨水时间仅42 min。根据多年暴雨洪水数据分析统计当前一日降水量3.2～23.6 mm,前三日累计降水4.6～37.5 mm时,榆树沟水文站发生暴雨洪水的可能性较大。

2014年6月27日暴雨洪水过程线见图1,6月27日暴雨洪水前期各影响要素统计值见表2。

图1 实测洪水过程线

表2 2014年6月27日洪水前期各影响要素统计值

3.3 洪峰流量与降水量相关分析

根据榆树沟1979-2021年实测资料选用6月发生的29场暴雨洪水做分析,本次分别采用榆树沟水文站暴雨洪水当日、前1日、前2日降水量与洪峰流量做相关分析,洪峰流量与前1日降水量相关较好,与当日、前2日降水量相关较差,分析原因是水文站降水与山区降水的同步性、量值差异较大。洪峰流量与当日、前1日、2日降水量相关分析图见图2、图3、图4。

图2 洪峰流量与当日降水量相关分析

图3 洪峰流量与前1日降水量相关分析

图4 洪峰流量与前2日降水量相关分析

4 混合型洪水规律分析

4.1 洪水资料统计

本次统计了榆树沟水文站建站以来77场混合型洪水,发生时间为7-8月,洪水量值为5.0～100.0 m3/s。从实测洪水资料来看,融冰雪暴雨混合型洪水一般多出现在7-8月,持续高温天气,高山积雪或冰川快速融化,形成河流洪水,后期强降雨过程,从而形成较大混合型洪水。榆树沟水文站发生的77次混合型洪水中,7月发生57次,8月发生20次;7月发生超警戒洪水2次、超保证流量2次(2007年7月19日和2015年7月2日),8月发生超警戒洪水2次、超保证流量1次(2015年8月12日),混合型洪水统计表见表3。

表3 混合型洪水统计表

4.2 典型场次洪水分析

榆树沟水文站2015年8月12日发生的暴雨融冰混合型洪水,最大流量100.0 m3/s,当日降水量为0.9 mm,前1日降水量为28.0 mm,前2日降水量为0.0 mm。前1日平均气温为22.8 ℃,前2日平均气温为23.5 ℃,前3日平均气温为24.3 ℃,前5日平均气温为24.7 ℃。8月12日0点流量为6.85 m3/s,6点38分洪水涨到27.4 m3/s,8点00分洪水涨到65.5 m3/s,9点58分洪水涨到100.0 m3/s,洪水从0点涨水到最高峰历时10 h,洪水洪峰高,历时长,洪量大,陡涨缓落。根据多年暴雨融冰雪洪水数据分析统计当日降水量3.2～23.6 mm,前1日降水3.5～37.5 mm时,前期天气持续高温,榆树沟水文站发生暴雨融冰雪洪水的可能性较大。

2015年8月12日暴雨融冰雪混合洪水过程线见图5,8月12日暴雨融冰雪混合洪水前期各影响要素统计值见表4。

图5 实测洪水过程线

表4 2015年8月12日洪水前期各影响要素统计值

4.3 洪峰流量与降水量相关分析

根据榆树沟1979-2021年实测资料选用7月、8月发生的58场暴雨融冰雪混合洪水做分析,本次分别采用榆树沟水文站暴雨融冰雪洪水当日、前1日降水量与洪峰流量做相关分析,洪峰流量与当日、前1日降水量相关较好。做当日和前1日相关图时删除了部分数据,分析原因是水文站降水与山区降水的同步性、量值差异较大。洪峰流量与当日、前1日降水量相关分析图见图6、图7。

图6 洪峰流量与当日降水量相关图

图7 洪峰流量与前1日降水量相关图

4.4 洪峰流量与气温相关分析

根据榆树沟1979年至2021年实测资料选用7月、8月发生的77场暴雨融冰雪混合洪水做分析,本次分别采用榆树沟水文站暴雨融冰雪洪水前3日、5日气温与洪峰流量做相关分析,洪峰流量与前3日、5日气温相关较差。洪峰流量与前3日、5日气温相关分析图见图8、图9。

图8 洪峰流量与前3日平均气温相关图

图9 洪峰流量与前5日平均气温相关图

5 结语

(1)榆树沟水文站洪水主要来源于降水,以暴雨融冰雪混合型洪水为主,比例占81.4%,洪水多发生在7-8月,中低山区为主发生区。河流发生暴雨型洪水比例为9.3%,发生在6月中下旬居多;发生冰雪融水型洪水的比例为9.3%,发生在4月下旬5月中上旬居多。从历年洪峰流量实测资料来看,榆树沟站每年4-5月会发生春季融冰雪型洪水,洪水量级较小,暴雨型洪水多发生在6月,洪水量级相比冰雪融水型洪水要大,洪水的量级取决于集水区暴雨的强度大小。

(2)影响榆树沟流域洪水产生的因素主要为降水和气温,当流域内强天气过程发生时,前期持续高温天气[1],冷热空气相遇,流域内可出现大范围、强降水天气过程,流域形成超渗产流,从而发生暴雨融冰雪型洪水。

(3)本次统计的历年最大的43场洪水过程中,发生超警戒洪水4次,其中暴雨型洪水1次,混合型洪水3次;发生超保证洪水2次,都为暴雨融冰雪混合型洪水。通过研究分析后,混合型洪水峰高量大,洪水持续时间较长,容易造成危害。

(4)本次将榆树沟水文站洪峰流量与各时段降水量(当日、前一日、两日)进行相关分析,洪峰流量与前一日降水量相关较好,与当日、前两日降水量相关较差。原因为水文站位于河流出山口(高程1 670 m),水文站降水与上游山区降水的同步性、量值都存在差异。将发生暴雨融冰雪洪水当日、前一日降水量与洪峰流量做相关分析,相关性较好。

(5)本次将榆树沟站洪峰流量与各时段气温进行相关分析,相关性较差。

(6)本次历史洪水规律分析缺少一些重要的参考因子,比如山区降水量数据及山区雪线高程等资料。