黑河张掖段洪水特性与历史洪水调查分析

2024-03-08杨海源

地下水 2024年1期

杨海源

(甘州区大满水利电力管理处,甘肃张掖 734000)

供水运行管理工作。

1 概述

黑河干流发源于青海省祁连县,从祁连山发源地到尾闾居延海,全长约928 km,其中干流莺落峡以上为上游,河道长 313 km,流域面积 10 009 km2,河床平均比降1%,天然落差约3 000 m,是黑河流域的产流区。黑河干流出山口以上先后设有札马什克、祁连、黄藏寺、莺落峡等水文站,出山口后干流中游河段设有高崖、正义峡等水文站,各站均为国家基本水文站,资料精度较高,但资料系列长短不一,各测站设站时间、集水面积、测验项目见表1。本次研究主要以位于黑河流域张掖段的莺落峡水文站和高崖水文站作为参证站,基于长系列水文观测资料,综合《甘肃省洪水调查资料》成果,揭示黑河流域张掖段的洪水特性、进行历史洪水调查分析。可为流域洪水防治及涉河工程设计提供参考依据[1]。

表1 黑河水系水文测站一览表

2 研究区参证水文站概况

2.1 莺落峡水文站

莺落峡水文站始建于1943年10月,位于张掖莺落峡,控制流域面积 F=10 009 km2,观测项目较齐全,断面控制良好,测验精度也较高,经水文局整编后的完整连续资料自 1944年至今,为观测系列最长的站。莺落峡水文站上游已建有龙首一级水电站(2001年建成)、龙首二级水电站(2004年建成)、小孤山水电站(2006年建成)、大孤山水电站(2009年建成)、二龙山水电站(2007年建成)、三道湾水电站(2009年建成)等水利水电工程,均为无调节或日调节水电站,以发电为主不承担调蓄功能。在建水利工程为黄藏寺水利枢纽工程,总库容4.03亿 m3,调节库容2.95亿 m3,具有年调节功能,其建成后在黑河水资源合理配置方面具有重要的作用,可满足黑河干流水量配置需要,缓解黑河中游灌溉高峰期供水矛盾及恢复下游生态系统。黄藏寺水利枢纽建成之前,莺落峡水文站实测资料可近似认为是天然状态。高崖水文站始建于1977年1月,控制流域面积F=25 096 km2,虽然建站晚,但测验条件较好,资料较完整,历年资料均经过上、下游站对照及整编。莺落峡至高崖水文站区间,已建成有龙洞、西洞、草滩庄引水枢纽工程等农业灌溉工程[2]。

2.2 高崖水文站

高崖水文站始建于1977年1月,位于张掖市甘州区,属于黑河流域张掖段。控制流域面积 F=25 096 km2,虽然建站晚,但测验条件较好,资料较完整,历年资料均经过上、下游站对照及整编。莺落峡至高崖水文站区间,已建成有龙洞、西洞、草滩庄引水枢纽工程等农业灌溉工程。

3 洪水特性分析

统计位于黑河张掖段的莺落峡水文站和高崖水文站长系列水文观测资料,分析可知,黑河流域洪水期一般为6-9月,水量占全年的 68.2%。祁连山山区为黑河的发源地及产流区,山区地势陡峻,植被良好,水土流失轻微,一般洪水由暴雨和冰雪融水所形成,大洪水主要由暴雨形成,尤以7、8月份为最多,故年最大洪峰流量也多发生在此时间里,这与降水在年内的分配是相对应的,洪水历时一般为3～6 d,峰型可分为三种:(1)矮胖型洪水,峰小量大,系全流域普降锋面雨所形成;(2)尖瘦型洪水,峰高量小,系流域内部分面积上出现雷阵雨所形成;(3)混和型洪水,峰高量大,系流域普降锋面雨的基础上同时又在部分面积上出现雷阵雨所形成,往往在矮胖洪水过程线上附加了一个独立的尖瘦洪水,或是在尖瘦洪水前或后附加一个矮胖洪水,过程较胖,陡涨缓落。

高崖洪水主要来自莺落峡以上山区,因此多数年份两站年最大洪水为同场次洪水。洪水出山口后,由于干旱少雨、无水量补给、河道平缓、河床渗漏等因素影响,洪水沿程损耗,峰、量削减。

4 历史洪水调查分析

4.1 莺落峡水文站历史洪水调查

历史洪水调查值以整编刊印、经审查后的《甘肃省洪水调查资料》为依据。黑河流域张掖段洪水调查成果见表2。由表2可以看出:黑河莺落峡河段调查洪水有三场:其发生年代分别为1919 年、1940 年、1942年。在高崖水文站附近,进行上述年代的历史洪水调查时,都未曾访问到,但这并不排除其发生的可能性[3]。从定性上来分析,莺落峡是黑河出山口,黑河的大洪水主要形成于上游地区,通过莺落峡、高崖两站年最大洪峰流量时序图可以看出,绝大部分年份上、下游洪水的对应性都比较好,当上游莺落峡站发生大洪水时,下游高崖站均有洪水发生,没有调查到的原因可能是大水时不涉及生命财产安全,所以大洪水的实际情况都是洪水过后所见,加上年代已久,很难对当时洪水发生的实际情况及发生年份讲述清楚,因而对较远年代洪水访问更是困难。因此,高崖站洪水分析时仍要考虑1919、1940、1942年等年代发生历史洪水的影响(见图1)。

图1 莺落峡、高崖水文站洪峰流量时序图

表2 黑河莺落峡河段历史洪水调查成果表

根据《甘肃省洪水调查资料》:1919年洪水与1927年洪水在当地居民中都有反映,但从被访问者的年龄段分析,1919年洪水被访问者年龄较大,其中有时年80岁以上者 2人,70岁以上者 6人。而 1927年洪水被访问者的年龄相对就小得多,时年70岁以上者仅2 人,最年长者时年73 岁(1903 年生),其余皆在70岁以下,这些被访问者在1919年发生洪水时多不足10岁,有的才2、3岁,多为幼童,而在1927年时多已成青少年,因此对1927年洪水记忆比较清楚,而对1919 年洪水无甚反映也是可以理解的。1919年洪水被访问者年龄相对较大,按常理推论其对这两次洪水的记忆都应比较清楚,但在访问中却对1927年洪水鲜有反映,这说明此人群对1919年洪水记忆比较深刻,而1927年洪水没有形成较深刻的印象。从历史文献分析可知,1919年(民国八年)黑河发生特大洪水,在张掖县志(四卷民政志)、马子渠庙碑文都有记载,特别是张掖县志对此次水灾有较详细的记载, 而对1927 年(民国十六年)黑河洪水,文献无记载。

经对历史文献与洪水调查资料分析可以得出结论:1919年、1927年黑河都发生了较大洪水,但二次洪水显然不是同一量级,1919年为特大洪水,1927年为一般大洪水,1919年洪水为调查洪水的首项。从历史文献看1862年(清同治元年)与1909年(清宣统元年)黑河也发生了大洪水(张掖县志四卷民政志),1919年洪水的重现期可以由以下两种思路考虑:(1)1909年至今,N=106 a;(2)追溯到1862年,N=153 a。洪水计算时计算参数取 N=106 a,适线取106～153 a。

4.2 高崖水文站历史洪水调查

同期同场次洪水进行插补,从黑河张掖段的代表站莺落峡站与高崖站洪峰流量相关关系见图2,从两站相关图可以看出,两站点群关系密集,相关性较好。根据莺落峡站1944-2020年洪峰流量资料,利用上述相关关系将高崖水文站 1977-2003 年的洪水资料系列插补延长至 1944-2020 年,1919、1940、1942 年历史调查洪水亦通过上述关系进行插补。

图2 莺落峡～高崖水文站洪峰流量相关关系

4.3 山丹河历史洪水调查

根据洪水计算,黑河最东一条支流的山丹河张掖甘州段洪水形成主要是由平易河和东山寺口子洪水汇入形成,因此对这两条河流做好洪水防御是重中之重。

(1)平易河流域面积为 273 km2,主沟长度 33.8 km,超标洪水类型为溪河洪水,关联乡镇为靖安乡、三闸镇。防治区总人口0.58万人,其中受超标洪水灾害威胁人口1 278户,0.499 万人,耕地1.20万亩,房屋1.302万间,涉及靖安乡靖平、上堡、新沟 3 村,三闸镇庚名村,共2个乡镇、4个行政村,威胁区内重要基础设施或企业主要有张掖火电厂、西陇热电公司等企业。建国以来发生大的洪灾4次,累计直接经济损失650.1万元。

(2)东山寺口子东山寺口子流域面积为124 km2,主沟长度23 km,超标洪水类型为溪河洪水、泥石流,关联乡镇为张掖农场、三闸镇防治区总人口0.33万人,其中受超标洪水灾害威胁人口596户,0.233万人,耕地1.49万亩,房屋0.674万间,涉及国营张掖农场一站、二站、三站,三闸镇新建、红沙窝2 村,共2个乡镇(或同级行政单位),5个行政村(或同级行政单位)。建国以来发生大的洪灾6次,累计直接经济损失415.4万元。