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        新疆哈密伊吾河流域洪水特性分析

        2021-03-29 02:04:20吳江濤
        地下水 2021年1期

        吳江濤

        (新疆維吾爾自治區(qū)哈密水文水資源勘測(cè)局,新疆 哈密 839000 )

        哈密市伊吾縣區(qū)域內(nèi)洪水災(zāi)害的破壞力常常很強(qiáng),農(nóng)牧民的生命安全及財(cái)產(chǎn)在洪水來(lái)臨時(shí)常常得不到保障。近年來(lái),隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,不斷的加強(qiáng)水資源的開(kāi)發(fā)利用,流域部分特征被人們的生產(chǎn)活動(dòng)所改變,導(dǎo)致流域內(nèi)洪水特性發(fā)生一些變化。為了更好地掌握和了解流域內(nèi)的洪水特征,加強(qiáng)哈密市區(qū)域內(nèi)中小河流域的洪水研究與分析,努力為當(dāng)?shù)卣畱?yīng)對(duì)防汛抗洪提供了強(qiáng)有力的保障。

        1 流域概況

        伊吾河流域位于哈密地區(qū)伊吾縣境內(nèi),地處天山山脈東段,哈爾里克山北坡,東與代爾昆代郭勒溝相接,西與吐?tīng)柛蓽舷噙B,南面以哈爾里克山山脊線為界,北部為流域下游晚熟哈密瓜基地淖毛湖鎮(zhèn)。河流由南向北橫貫伊吾縣,流經(jīng)中低山丘陵區(qū)的山間谷地,最終流向北部淖毛湖盆地,河流全長(zhǎng)104.6 km。

        伊吾河流域從南到北地形呈梯級(jí)狀下降分布,由高山地形、中山地形、低山地形、低山丘陵地形組成,其間分布有伊吾山間盆地、葦子峽山間洼地、淖毛湖盆地三個(gè)盆洼地呈梯級(jí)下降。

        伊吾山間盆地是東天山山脈主脈與北支脈之間的盆地的一部分,南北寬5 km,東西長(zhǎng)10 km,西部由于其構(gòu)造活動(dòng)的作用,基巖抬升將其分成東西兩盆地,西為鹽池盆地。伊吾山間盆地地形西南高,東北低,出山口海拔2 000 m左右,沖洪積扇前緣海拔1 800 m左右,地形坡度較大,為18‰~20‰。沖積細(xì)土平原分布面積較小,約6 km2,海拔1 700~1 800 m,地形坡度較小,為12‰~15‰。

        2 洪水的組成與類型

        2.1 融雪型洪水

        本文研究的伊吾河流域上游高山區(qū)域位于東天山未端,從西面或北面進(jìn)來(lái)水汽末端,另外流域內(nèi)的山體的海拔高度相對(duì)來(lái)說(shuō)比較低,整個(gè)流域內(nèi)山體規(guī)模也相對(duì)比較小,再加上山體上永久性積雪深度及面積都相對(duì)較小,高海拔山區(qū)區(qū)域內(nèi)春季的積雪深度也比較淺,內(nèi)融雪型洪水通常在伊吾河流域表現(xiàn)并不明顯,在一般情況下時(shí)程分布上變幅較小,呈一日一峰的多峰過(guò)程,其具體表現(xiàn)為在本區(qū)域內(nèi)融雪型洪水隨氣溫的升高而增大,每年5月中旬開(kāi)始到6月下旬間這段時(shí)間都會(huì)出現(xiàn)融雪型洪水。

        2.2 暴雨型洪水

        暴雨洪水主要發(fā)生在夏季的7-8月份,這類洪水的特點(diǎn)是水位陡漲陡落,峰高量大,來(lái)勢(shì)兇猛,具有極強(qiáng)的破壞性。暴雨洪水一般來(lái)說(shuō)有兩種類型:一種是局部性暴雨型洪水,這種類型洪水特點(diǎn)是:降雨范圍較小、雨量強(qiáng)度大、歷時(shí)時(shí)間短、匯流迅速,常常是降雨一停止就很快形成洪水,往往洪水來(lái)勢(shì)兇猛、陡漲陡落,峰高量小,持續(xù)的時(shí)間較短。這類洪水對(duì)以洪量控制的水庫(kù)來(lái)說(shuō)威脅不大,但洪水帶來(lái)的泥沙,對(duì)水庫(kù)的淤積危害較大。第二種是大范圍的暴雨型洪水,這種類型的洪水通常伴有比較大的天氣過(guò)程,在夏季西北風(fēng)環(huán)流大型天氣系統(tǒng)移動(dòng)過(guò)境的時(shí)候,在北緯40°附近鋒區(qū)比較活躍,低渦系統(tǒng)以及低壓槽深厚,導(dǎo)致移動(dòng)的速度也較慢,加上哈密東天山未端有阻塞高壓脊的存在,并伴有低空東風(fēng)急流輸送的水汽,這樣就造成山區(qū)降水的范圍比較大,形成的洪水也較大。該類型洪水常常導(dǎo)致農(nóng)田里的農(nóng)作物倒伏、村民的住宅被洪水沖毀,道路交通、電力、水利、通信等受損比較嚴(yán)重。例如:1979年7月15日在本文研究的伊吾河流域內(nèi),根據(jù)調(diào)查伊吾縣葦子峽水文測(cè)站上游山區(qū)以北的區(qū)域內(nèi)暴雨時(shí)長(zhǎng)16分鐘左右,葦子峽水文站降水量實(shí)測(cè)值為31.9 mm,葦子峽水文站最大洪峰實(shí)測(cè)流量為51.2 m3/s,這次的洪水造成葦子峽鄉(xiāng)多處民房被沖毀。

        2.3 雨雪混合型洪水

        伊吾河流域雨雪混合型洪水洪峰的強(qiáng)度一般來(lái)說(shuō)沒(méi)有暴雨型洪水大,但這種類型的洪水降雨的歷時(shí)時(shí)間較長(zhǎng),洪水的總量大,洪水往往呈陡漲但落水比較緩慢,常常呈現(xiàn)出雙峰型。例如:2017年7月21日伊吾縣峽溝發(fā)生的雨雪混合類型洪水,洪水過(guò)后實(shí)地調(diào)查到的最大洪峰流量為95.5 m3/s,伊吾水文站最大洪峰流量實(shí)測(cè)值為29.1 m3/s,洪水歷時(shí)為2天,洪量大約為200×10 m3。近年來(lái),隨著國(guó)家中小河流各類項(xiàng)目的實(shí)施,伊吾河流域內(nèi)設(shè)立了3處自動(dòng)水位站以及水量站,根據(jù)傳回的數(shù)據(jù)再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析后,提高了預(yù)報(bào)洪水的能力,也對(duì)當(dāng)?shù)卣行Э刂屏饔虮┯旰樗峁┯辛σ罁?jù),為流域內(nèi)抗洪防災(zāi)以及減災(zāi)提供有力保障,并打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

        3 洪水的特征分析

        3.1 洪水年際變化特征

        通過(guò)圖1對(duì)伊吾河流域伊吾水文站2009-2017年共計(jì)9 a實(shí)測(cè)最大洪峰流量進(jìn)行分析,伊吾水文站實(shí)測(cè)最大洪峰流量大于60 m3/s的洪峰流量發(fā)生在2012年、2015年、2017年,共有3次;洪峰流量發(fā)生在30~60 m3/s的發(fā)生在2010年和2016年,共有2次;2009、2011年、2013年、2014年流量都小于30 m3/s,其中2011年為28.9 m3/s,2009年為4.55 m3/s。從伊吾河流域伊吾水文站2009-2017年實(shí)測(cè)最大洪峰流量看,最高為2015年最大洪峰流量67.9 m3/s,最低為2009年的最大洪峰流量4.55 m3/s。從近十年過(guò)程來(lái)看,2012年前發(fā)生洪水的頻率較小,2012年以后發(fā)生大洪水的頻率較高。此外,流域降水量的增大是導(dǎo)致洪水量級(jí)偏大和發(fā)生頻率增高的主要因素。

        圖1 伊吾站最大洪水年際變化圖

        3.2 洪水的年內(nèi)變化特征

        伊吾河流域地處天山山脈東段,哈爾里克山北坡,高山區(qū)主要分布在東天山山脈的主脈,呈東西向展布,山體雄厚,從山峰向北,地形由高變低,最高峰海拔為4 886 m,相對(duì)高差2 400 m左右。中低山區(qū)主要分布在伊吾山間盆地以北天山支脈,呈東西向展布,山體南高北低,海拔1 500~2 400 m,相對(duì)高差400 m左右。低山區(qū)主要分布在葦子峽山間洼地以北天山余脈,也呈東西向分布,西高東低,山體南北寬3 km左右,海拔1 100~1 340 m,相對(duì)高差240 m左右。低山丘陵區(qū)主要分布在淖毛湖盆地以北阿爾金山余脈,呈北西-南東向分布,海拔500~800 m,相對(duì)高差300 m左右,山頂呈渾圓狀。由于山體地形海拔高差變化比較明顯,呈明顯垂直性分布的氣候,流域內(nèi)降水和氣溫都呈梯度的變化。在發(fā)生局部陣性暴雨的時(shí)候,流域內(nèi)中游至下游區(qū)域內(nèi)常常很快就形成山區(qū)洪水,造成洪水災(zāi)害也較嚴(yán)重。流域的洪水受降水特性的影響較大,往往呈現(xiàn)出暴漲暴落、峰量大而且較集中、漲峰持續(xù)時(shí)間比較短的特點(diǎn)。

        4 洪水頻率分析

        根據(jù)伊吾河流域內(nèi)水文站資料系列有比較強(qiáng)的連續(xù)性代表性,通過(guò)實(shí)測(cè)流量與調(diào)查到的歷史最大洪水進(jìn)行頻率分析及計(jì)算,并以P-Ⅲ型曲線適線,對(duì)于經(jīng)驗(yàn)頻率按下式計(jì)算[1]。

        (1)

        (2)

        式中:Pm為調(diào)查期N年中序號(hào)為M的經(jīng)驗(yàn)頻率;M為實(shí)測(cè)洪水由大到小排列序號(hào);n為實(shí)測(cè)的洪水個(gè)數(shù);N為考證年至今的年數(shù),頻率計(jì)算見(jiàn)圖2,流域內(nèi)代表站流量計(jì)算成果見(jiàn)表1。

        圖2 頻率-洪峰流量關(guān)系圖

        表1 伊吾河干流各代表站流量頻率計(jì)算成果表 m3/s

        在進(jìn)行各水文測(cè)站年最大流量頻率計(jì)算時(shí),計(jì)算的Cv值通常偏小,當(dāng)偏態(tài)系數(shù)Cs=2.0Cv,采用圖解法進(jìn)行頻率適線,在考慮經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)子和理論頻率擬合良好的原則上,充分考慮到稀遇洪水。再通過(guò)程序的分析與計(jì)算,伊河流域內(nèi)系列年最大流量多年均值分別為29.6 m3/s,50年一遇和100年一遇的的洪水分別為85.3 m3/s、96.9 m3/s。當(dāng)前,水文洪水頻率分析與計(jì)算大部分是通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法,使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法來(lái)計(jì)算頻率,隨著樣本水文數(shù)據(jù)的變化,水文頻率計(jì)算的精度會(huì)受一定影響。

        5 結(jié)語(yǔ)

        伊吾河是哈密市內(nèi)最大的一條河流,河流穿過(guò)伊吾縣城后流經(jīng)葦子峽鄉(xiāng),最終流入下游毛湖鎮(zhèn)。近多年來(lái),該流域內(nèi)隨著水文氣象站網(wǎng)與自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備、預(yù)報(bào)系統(tǒng)的逐步建立,以及峽溝水庫(kù)一系列水利防洪工程建設(shè)完成,對(duì)伊吾河洪水泛濫進(jìn)行了有效的控制,洪水災(zāi)害的損失減少到最低。通過(guò)研究分析并掌握該站洪水特性,對(duì)于該流域防汛抗洪以及水資源合理開(kāi)發(fā)利用起著十分重要的作用。

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