呼图壁县雀尔沟河洪水成因类型与水文资料“三性”分析

2024-03-08张松婷

地下水 2024年1期

张松婷

(昌吉水文勘测局,新疆昌吉 831100)

1 雀尔沟河流域概况

雀尔沟河位于塔西河与呼图壁河之间的中低山带,根据地形走向,地下水总体流动的方向为南东—北西。河流在冲积—洪积扇中上部含水层岩性主要为砾卵石、砂砾石,透水性强,水动力条件好。平原区地下水较为丰富,地下水与地表水二者转化,互为补充,互为依存。雀尔沟河流域内的的水量流出山口后,流经冲积扇透水性良好的砂砾石带,河水大量渗漏,成为平原区地下水的主要补给源。流域山势平缓,土质类型有山地栗钙土、棕钙土、灌溉棕钙土和灰钙土等,植被以苔草狐茅、铁杆蒿、琵琶柴、梭梭等为主[1]。

2 雀尔沟河洪水成因及类型分析

2.1 洪水成因

雀尔沟流域地处前山地带,南有高大的天山阻挡,当西方向东移的小尺度天气系统受地形抬升影响,在雀尔沟河谷迫使气流产生气旋性切变,有利于气流质量辐合,使系统发展加强产生局地性大暴雨[2]。雀尔沟流域发生暴雨时,洪水涨落剧烈。由于下垫面植被覆盖条件差,山洪汇集往往挟带大量泥沙下泄,给雀尔沟流域下游水利工程和两岸村庄、农田及基础设施造成较大危害。洪水一般发生在春季和夏季,春季洪水以积雪消融水为主;夏季洪水主要是暴雨洪水[3]。

2.2 洪水类型

根据雀尔沟不同洪水成因,洪水可分为三种类型:季节积雪融水型洪水、暴雨型洪水和以上两种洪水叠加形成的混合型洪水[4]。

2.2.1 季节积雪融水型洪水

区域冬季稳定积雪随着春季气温的回升,在一段时间内消融形成融雪洪水。由于这类洪水是季节积雪融水形成,所以其大小与积雪覆盖的面积和厚度有关,洪水持续时间与影响积雪消融的热量及风等因素密切相关。随着时间的推移,融雪洪水出现时间随雪线的不断上升而逐渐推后,当该区域积雪消融殆尽时洪水过程结束。

2.2.2 暴雨型洪水

局地暴雨,降水历时短,降水量集中,强度大,降水笼罩面积小,这类暴雨可在局部地区尤其是像天山北坡前山丘陵地区的中、小河流,极易形成陡涨陡落的局地暴雨洪水,这类洪水历时短,峰高量小,破坏性大,发生频率较高[5]。

2.2.3 混合型洪水

混合型洪水是指季节积雪融水与局地暴雨洪水叠加而形成的洪水。这类洪水历时较长,洪峰高洪量也较大。

3 雀尔沟河历史洪水调查成果分析

3.1 历史洪水调查情况

2003年7月13日下午14:00-20:00时,昌吉州自西向东的一次较大范围暴雨天气过程,使天山北坡中、东段有五个县市境内的数条河流发生大洪水并造成灾害。据昌吉水文勘测局院内雨量监测站观测结果,7月13日降水量达64.2 mm,此一日降水量值为昌吉市区多年罕见。根据昌吉水文勘测局所属各水文站降水量及各河洪峰流量值分析,高山区降水量及强度不是很大,暴雨中心活动范围在中、低山区、前山丘岭以及冲积平原一带。雀尔沟河流域受此次天气过程的影响在2003年7月13日发生了特大洪水,据昌吉水文勘测局调查,此次洪水排在雀尔沟河有洪水资料记载以来的首位。7月15日按照有关洪水水文调查规范要求,在调查勘测的过程中,调查组以科学的态度勘查河段,对调查河段洪水发生前后的变迁及淤积情况进行认真考察分析,同时对调查河段上、下游及河床组成等情况进行勘查。仔细进行洪痕勘测。此次洪水携带大量推移质泥沙滞留在水库以上的河段内,由于受洪水冲淤洪水前后河道变化较大,因此,在调查河段进行大断面勘测时,对发生淤积严重的部位进行了修正,使之基本反映洪水前的状态。雀尔沟河流域历史洪水调查考证结果见表1。

表1 雀尔沟河流域历史洪水调查汇总表

3.2 历史洪水和重现期的确定

2001年8月29日发生的洪水调查洪峰流量为719 m3/s,调查结果较为可靠;2003年7月13日发生的洪水调查洪峰流量856 m3/s,调查结果可靠;1988年调查洪水年代较远,调查结果仅为参考。2003年7.13洪水作为雀尔沟河1957年至今62年间的第一位洪水,已是实际发生的。经分析确定,现将200年7.13洪水作为雀尔沟河历史洪水的第一位,2001年8.29洪水洪峰流量Q=719 m3/s 作为第二位,2003年7.13洪水的洪峰流量及洪水总量调查考证期为N=2019-1957+1=63 a,则重现期为T=N+1=64 a,则排名第二的2001年8.29洪水重现期为32 a一遇。

4 雀尔沟河水文资料系列“三性”分析

雀尔沟河流域缺少实测洪水资料,现以临近呼图壁河流域的石门控制站1977-2019年43年连续洪水资料系列进行一致性、可靠性和代表性分析。

4.1 一致性分析

石门水文站设立于以来,1977年至今的水文资料较为连续。因此在水文计算时,只采用了1977-2019年洪水资料,该站1977年以后断面上下迁移距离较近,区间不存在引水或分流,断面以上人类生产活动相对较少,可以认为石门水文站1977-2019年共43 a洪水资料系列一致性较好。

4.2 可靠性分析

石门水文站为国家基本水文站点,资料采集、整编和刊印严格按国家行业规范要求执行,资料质量可靠,且精度较高。

4.3 代表性分析

雀尔沟流域缺少水文资料,无法进行系列代表性分析,并且考虑到雀尔沟流域洪水主要是由暴雨形成,在此,通过与临近流域的石门站1977-2019年43 a的实测洪峰流量系列代表性分析,对雀尔沟所在流域洪水进行初步评判。

4.3.1 不同长度系列统计参数对比分析

依据石门站1977-2019年43年实测洪峰流量资料,自2019年逆时序向前推,根据矩法计算的不同系列长度统计参数对比,见表2。

表2 石门站洪峰流量长短系列统计参数对照表

随着系列长度的增加,统计参数变动幅度逐渐减小,当系列长度达到35年以上时,其均值相对偏差的绝对值小于5%;当系列长度达到35 a以上时,Cv值相对偏差绝对值小于5%。综上所述,系列长度达到37 a时系列统计参数基本趋于稳定。

4.3.2 洪峰流量模比系数差积曲线分析

石门站最大洪峰流量模比系数差积值曲线见图1。从图1看出,石门站1977-2019洪水系列明显包含着高水、低水变化周期:1977-1993年处在一个小洪峰流量少水年群,1994-2012年处在一个大洪峰流量多水年群中,2012-2019年处在一个小洪峰流量少水年群,期间还包括了几段中等洪峰流量年群,过程较为完整。说明石门站43最大洪峰流量系列基本包含多水年群、少水年群过程,代表性好。