榆樹溝水文站歷史洪水規律研究

吳江濤

(新疆哈密水文勘測局,新疆 哈密 839000)

1 流域水文特性說明

1.1 自然流域概況

榆樹溝水文站為國家基本水文站,位于哈密市天山鄉榆樹溝達娃村,榆樹溝水文站設立于1955年,1958年撤消。1979年恢復觀測,新斷面位于老斷面上游13 km處,觀測至今。新斷面地理位置東經93°57′,北緯43°05′,海拔高度1 670 m。榆樹溝站流域面積308 km2,多年平均徑流5 200×104m3,流域平均高程3 091 m,研究區域內地形變化趨勢由北高向南逐漸降低。河源最高峰高程4 886 m,終年冰雪覆蓋。

1.2 下游水利工程現狀

榆樹溝站測驗斷面以下8 km建有榆樹溝水庫,水庫1988年施工建設,于2001年年底投入運行。工程建成后,對哈密社會發展及防洪、抗旱、水資源高效利用發揮了重要作用。榆樹溝水庫是一項集工業、供水、農業灌溉、城市防洪等為一體的綜合水利工程,主要任務是保證工業供水,保障農業灌溉,合理調度生態用水,減少地下水使用量。水庫下有供水對象三水廠;東西河壩、303省道綠化、石油綠化;南湖鄉、石城子村、陶家宮鄉、火箭農村、紅星一場、三場。

2 歷年最大洪水分析

榆樹溝站自1979年設立至今已有43年觀測資料,從實測水文資料中統計的不同月份發生洪水頻次統計見表1。

從榆樹溝站歷年最大洪水歷史資料來看,發生暴雨洪水4次,季節性融雪洪水4次,暴雨融冰雪混合型洪水35次。6-8月年最大洪水出現概率達到90.7%,,其中6、7、8、月份,分別占9.3%、51.2%、30.2%。

3 暴雨性洪水規律分析

3.1 洪水資料統計

榆樹溝站暴雨洪水一般在發生在5月下旬-6月,洪水特點為陡漲陡落,洪峰流量高且洪量大,破壞性極強,流域內暴雨洪水特點呈現為年際變化較大,季節性分布明顯,洪水中含沙量大,有較強的破壞性。根據榆樹溝水文站歷年來發生的48次暴雨型洪水中,其中5月僅發生4次,6月發生44次;6月發生超警戒流量1次,超保證流量0次。從實測洪水資料來看,暴雨型洪水起漲時間一般為2～10 h,洪水持續時間為24～36 h。洪峰流量一般為起漲流量的5～15倍。

3.2 典型場次洪水分析

一般情況下,流域內前期有小范圍降雨,在強降雨過程發生后,即可發生暴雨洪水,并且歷時較短,持續時間通常只有幾小時,洪水過程呈尖峰型。例如榆樹溝水文站2014年6月27日發生的暴雨洪水,最大流量39.3 m3/s,當日降水量為3.4 mm,前一日累計降水量為29.2 mm,前兩日累計降水量為2.8 mm。6月27日5點流量為6.15 m3/s,5點42分猛漲到39.3 m3/s,漲水時間僅42 min。根據多年暴雨洪水數據分析統計當前一日降水量3.2～23.6 mm,前三日累計降水4.6～37.5 mm時,榆樹溝水文站發生暴雨洪水的可能性較大。

2014年6月27日暴雨洪水過程線見圖1,6月27日暴雨洪水前期各影響要素統計值見表2。

圖1 實測洪水過程線

表2 2014年6月27日洪水前期各影響要素統計值

3.3 洪峰流量與降水量相關分析

根據榆樹溝1979-2021年實測資料選用6月發生的29場暴雨洪水做分析,本次分別采用榆樹溝水文站暴雨洪水當日、前1日、前2日降水量與洪峰流量做相關分析,洪峰流量與前1日降水量相關較好,與當日、前2日降水量相關較差,分析原因是水文站降水與山區降水的同步性、量值差異較大。洪峰流量與當日、前1日、2日降水量相關分析圖見圖2、圖3、圖4。

圖2 洪峰流量與當日降水量相關分析

圖3 洪峰流量與前1日降水量相關分析

圖4 洪峰流量與前2日降水量相關分析

4 混合型洪水規律分析

4.1 洪水資料統計

本次統計了榆樹溝水文站建站以來77場混合型洪水,發生時間為7-8月,洪水量值為5.0～100.0 m3/s。從實測洪水資料來看,融冰雪暴雨混合型洪水一般多出現在7-8月,持續高溫天氣,高山積雪或冰川快速融化,形成河流洪水,后期強降雨過程,從而形成較大混合型洪水。榆樹溝水文站發生的77次混合型洪水中,7月發生57次,8月發生20次;7月發生超警戒洪水2次、超保證流量2次(2007年7月19日和2015年7月2日),8月發生超警戒洪水2次、超保證流量1次(2015年8月12日),混合型洪水統計表見表3。

表3 混合型洪水統計表

4.2 典型場次洪水分析

榆樹溝水文站2015年8月12日發生的暴雨融冰混合型洪水,最大流量100.0 m3/s,當日降水量為0.9 mm,前1日降水量為28.0 mm,前2日降水量為0.0 mm。前1日平均氣溫為22.8 ℃,前2日平均氣溫為23.5 ℃,前3日平均氣溫為24.3 ℃,前5日平均氣溫為24.7 ℃。8月12日0點流量為6.85 m3/s,6點38分洪水漲到27.4 m3/s,8點00分洪水漲到65.5 m3/s,9點58分洪水漲到100.0 m3/s,洪水從0點漲水到最高峰歷時10 h,洪水洪峰高,歷時長,洪量大,陡漲緩落。根據多年暴雨融冰雪洪水數據分析統計當日降水量3.2～23.6 mm,前1日降水3.5～37.5 mm時,前期天氣持續高溫,榆樹溝水文站發生暴雨融冰雪洪水的可能性較大。

2015年8月12日暴雨融冰雪混合洪水過程線見圖5,8月12日暴雨融冰雪混合洪水前期各影響要素統計值見表4。

圖5 實測洪水過程線

表4 2015年8月12日洪水前期各影響要素統計值

4.3 洪峰流量與降水量相關分析

根據榆樹溝1979-2021年實測資料選用7月、8月發生的58場暴雨融冰雪混合洪水做分析,本次分別采用榆樹溝水文站暴雨融冰雪洪水當日、前1日降水量與洪峰流量做相關分析,洪峰流量與當日、前1日降水量相關較好。做當日和前1日相關圖時刪除了部分數據,分析原因是水文站降水與山區降水的同步性、量值差異較大。洪峰流量與當日、前1日降水量相關分析圖見圖6、圖7。

圖6 洪峰流量與當日降水量相關圖

圖7 洪峰流量與前1日降水量相關圖

4.4 洪峰流量與氣溫相關分析

根據榆樹溝1979年至2021年實測資料選用7月、8月發生的77場暴雨融冰雪混合洪水做分析,本次分別采用榆樹溝水文站暴雨融冰雪洪水前3日、5日氣溫與洪峰流量做相關分析,洪峰流量與前3日、5日氣溫相關較差。洪峰流量與前3日、5日氣溫相關分析圖見圖8、圖9。

圖8 洪峰流量與前3日平均氣溫相關圖

圖9 洪峰流量與前5日平均氣溫相關圖

5 結語

(1)榆樹溝水文站洪水主要來源于降水,以暴雨融冰雪混合型洪水為主,比例占81.4%,洪水多發生在7-8月,中低山區為主發生區。河流發生暴雨型洪水比例為9.3%,發生在6月中下旬居多;發生冰雪融水型洪水的比例為9.3%,發生在4月下旬5月中上旬居多。從歷年洪峰流量實測資料來看,榆樹溝站每年4-5月會發生春季融冰雪型洪水,洪水量級較小,暴雨型洪水多發生在6月,洪水量級相比冰雪融水型洪水要大,洪水的量級取決于集水區暴雨的強度大小。

(2)影響榆樹溝流域洪水產生的因素主要為降水和氣溫,當流域內強天氣過程發生時,前期持續高溫天氣[1],冷熱空氣相遇,流域內可出現大范圍、強降水天氣過程,流域形成超滲產流,從而發生暴雨融冰雪型洪水。

(3)本次統計的歷年最大的43場洪水過程中,發生超警戒洪水4次,其中暴雨型洪水1次,混合型洪水3次;發生超保證洪水2次,都為暴雨融冰雪混合型洪水。通過研究分析后,混合型洪水峰高量大,洪水持續時間較長,容易造成危害。

(4)本次將榆樹溝水文站洪峰流量與各時段降水量(當日、前一日、兩日)進行相關分析,洪峰流量與前一日降水量相關較好,與當日、前兩日降水量相關較差。原因為水文站位于河流出山口(高程1 670 m),水文站降水與上游山區降水的同步性、量值都存在差異。將發生暴雨融冰雪洪水當日、前一日降水量與洪峰流量做相關分析,相關性較好。

(5)本次將榆樹溝站洪峰流量與各時段氣溫進行相關分析,相關性較差。

(6)本次歷史洪水規律分析缺少一些重要的參考因子,比如山區降水量數據及山區雪線高程等資料。