新疆叶尔羌河苏盖提吐乎防洪工程洪水特征分析

麦麦提明·依比布拉

(新疆维吾尔自治区塔里木河流域喀什管理局，新疆 喀什 844700)

1 概 述

洪水是河道流域范围内常见的自然灾害，会给流域影响范围内的居民带来严重的经济损失和生命威胁[1-2]。在河道治理工程中，准确分析河道洪水特征是十分必要的[3-4]。叶尔羌河位于新疆西南部，处于塔里木盆地的西南缘，东西南北分别与塔克拉玛干沙漠、喀什噶尔流域、喀喇昆仑山、天山接触。叶尔羌河流域总面积为8.73×104km2，其中国内面积8.44×104km2，全长1 165 km，是塔里木河的三大源流之一[5-6]。作为新疆区域内一条大型河流，其一旦发生洪水灾害将带来严重的损失。因此，准确分析其洪水特征是十分重要的，可为河流防洪治理提供参考。

苏盖提吐乎防洪工程位于新疆喀什地区莎车县亚格艾热克乡叶尔羌河勿甫渠首上游叶尔羌河西岸。防洪工程所处地段河道纵坡1/200，砂卵石河床，两岸绝大部分为耕地。工程河段分布有流域性骨干工程2处(西岸总干渠、勿甫渠首)。本河段由于河道坡度大、流速大，对两岸冲刷严重，河道主流时而发生变化，为游荡性河床。

2 洪水类型

根据研究，叶尔羌河的洪水主要可分为4种类型：冰雪消融型、冰川溃坝型、暴雨型以及混合型洪水。

叶尔羌河流域冰川、季节性积雪十分发育，这是冰雪消融型洪水最为主要的物质条件。每逢气温上升，积雪、冰川消融对河水进行补给，若温度上升较为剧烈，则冰雪将大量融化，从而形成冰雪消融型洪水，这种类型的洪水在叶尔羌河流域极为常见。

在叶尔羌河上游，发育有较多的冰川，拦截河水形成堰塞湖。在特定的条件下，拦截河水的冰川在瞬间发生破坏，大量高水头的河水奔流而下，形成冰川溃坝型洪水。

暴雨型洪水由其名字可知，在持续降雨条件下，叶尔羌河流域出现超渗产流情况，形成暴雨型洪水。

混合型洪水是指流域内出现以上2种或3种类型的洪水。多种类型的洪水在行洪断面出现洪水过程的叠加，从而形成复杂洪水。根据资料收集，叶尔羌河流域的混合型洪水主要包括两类：暴雨+冰川消融洪水、冰川消融+溃坝洪水。溃坝型洪水在气温持续上升时间极易发生，且消融型洪水在气温上升段也极易出现。因此，两种类型的洪水同时发生的频率较高，洪水一旦爆发将造成不可估量的损失。

3 洪水特征分析

3.1 消融型洪水特征

1973年7月，在叶尔羌河流域发生了冰川消融型洪水，喀群站记录了此次洪水过程，洪水过程线见图1。

图1 1973年7月喀群站消融型洪水过程线

从图1可知，此次洪水历时较长约400 h，洪水上涨过程较为缓慢，洪水峰型为复式，涨水自1973年7月14日开始至7月29日退去，最大洪峰流量为2 220 m3/s。其中，涨洪历时为洪水总历时的51.3%，在达到最大峰值之前共出现8次洪峰极大值。

通过多年来洪水资料的收集，喀群站实测最大最小洪峰值之比仅为3.44，洪水峰值系列Cv=0.40。该类型洪水在每年6-9月份较为集中，其中7月份发生峰值超过2 000 m3/s的洪水最多。消融型洪水对温度较为敏感，洪水过程与日温度变化关系密切。

3.2 溃坝型洪水特征

1984年，在叶尔羌河流域发生了冰川溃坝型洪水，喀群站记录了此次洪水过程，洪水过程线见图2。

图2 1984年喀群站溃坝型洪水

从图2可知，此次洪水历时约20 h，洪水上涨过程极快，洪水发生前叶尔羌河流量为900 m3/s，洪水发生后至洪峰流量4 700 m3/s总用时为18 min，洪水上涨速率为204 m3/s·min，洪水来势汹涌，摧毁力极强。

根据资料分析，该类型洪水洪峰单一，单次洪水总量不大。根据统计，每年溃坝型洪水总量约占叶尔羌河年径流量的0.2%～2%。与消融型洪水相比，溃坝型洪水最为显著的特点是峰值大、水量少、历时短。与冰川消融型洪水多发生于温度较高的时间不同，冰川溃坝型洪水在冬季也时有发生，冰川溃坝后往往携带大量的泥沙，对河道、岸坡形成严重的冲刷。

3.3 暴雨型洪水特征

1987年7月，叶尔羌河发生暴雨型洪水，此次洪水过程线见图3。

图3 1987年7月喀群站暴雨型洪水过程线

从图3可知，此次洪水总历时为6 h 12 min，该洪水的主要形成原因是库鲁克栏干站下游中低山区域的小范围降水所致，涨水过程总长1 h 20 min。此次洪水的最显著特点是洪水过程单一，历时短暂，洪水流量陡增陡减。

根据多年洪水统计，1987年7月发生的洪水洪峰为1 960 m3/s，洪水总水量为0.476×108m3，是历年暴雨洪水的最大洪峰流量。同时，暴雨型洪水在每年的7月中旬至8月上旬较为集中，洪水爆发后将迅速坦化。

3.4 混合型洪水特征

根据定义可知，混合型洪水是两种或者两种以上洪水类型的叠加。从理论上而言，该类型洪水的特征由参与叠加的洪水类型的特征决定，不同洪水的发生时间、规模等不同的因素。因此，不同的混合型洪水特征不同，较为复杂。

喀群站自有观测记录以来，溃坝型+消融型洪水组合的混合型洪水发生频率较低，仅在1971年8月发生过一次，喀群站检测的洪水峰值流量为4 570 m3/s。大规模的溃坝型+消融型混合洪水发生频率低，但小规模的溃坝+消融洪水时有发生，但是由于洪峰较大，在向下游运移的过程中，迅速坦化，在到达喀群站时已经混为一体，难以分辨。1971年8月混合洪水过程线见图4。

图4 1971年8月喀群站混合型洪水过程线

从图4中可知，1984年发生了溃坝型洪水，洪水峰值为4 700 m3/s，洪水总历时为18 min，洪水自喀群站至依干其渡口站，洪峰衰减了44.4%，而1971年8月的溃坝+消融混合型洪水至依干其渡口，衰减36.8%。这表明混合型洪水与单一的溃坝型洪水相比，沿程衰减较弱。同时，1971年8月洪水自涨水至峰值历时10 h，洪水总历时约20 h，洪水影响时间明显长于溃坝型洪水。根据分析，不考虑1971年8月洪水的基流340 m3/s，此次溃坝洪水峰值约3 120 m3/s，与消融型洪水混合后，洪水峰值增大约50%，达到4 570 m3/s。

4 洪峰系列三性分析

4.1 可靠性分析

本次计算采用的喀群站为国家基本水文站点，资料采集、整编和刊印均严格按国家行业规范要求执行，资料质量可靠，能够满足本次洪水水文分析计算精度要求。

4.2 一致性分析

4.2.1 喀群水文站一致性分析

喀群水文站自设立以来没有发生过迁移，其出山口以上河段无水利设施，流域气候条件和下垫面因素基本稳定，因此资料系列具有一致性。

4.2.2 依干其渡口水文站一致性分析

喀群洪水及叶尔羌河水利枢纽引水概况见表1。各渠首引水流量的平均值为269 m3/s，仅占同期喀群站洪峰流量的12.9%。随洪峰流量的增大，各渠首引水流量反而减少，如1999年8月11日洪水，各渠首合计引水流量为213 m3/s，仅占喀群站洪峰流量6 070 m3/s的3.5%，引水流量仅占喀群至依干其渡口站洪峰沿程坦化量的8.1%。点绘喀群站与依干其渡口站历年洪峰流量相关图(图5)，自上世纪90年代以来，两者关系未出现系统性偏差，这说明喀群至依干其渡口站区间，自上世纪70年代以来径流运行条件是基本一致的，区间各渠首引水流量对洪峰流量影响可忽略不计。

表1 喀群历年最大洪峰流量与各枢纽同时间引水情况统计

图5 喀群站与依干其渡口站洪峰流量相关图

4.3 代表性分析

本次只针对实测年最大流量样本作代表性分析。

4.3.1 模比系数差积曲线分析

喀群站含溃坝型洪水的年最大洪峰流量及消融型洪水洪峰流量系列模比系数差积曲线见图6。由图6可知，溃坝型洪水年际变化较为剧烈，1984-1996年为小洪水年群，其他年份洪水周期约为5～6年。

图6 喀群站洪峰流量模比系列差积曲线图

4.3.2 模比系数累积平均过程线分析

由图7可见，当系列长度在10年以上，自2012年向前推对含溃坝型洪水的年最大洪峰流量模比系数累积曲线在1上下波动，波幅小于5%。当系列长度在33年以上时，模比系数累积曲线稳定趋近于1，波幅小于2%，具有较好的代表性。

图7 喀群站洪峰流量模比系数累积平均过程线

4.3.3 长短系列统计参数对比分析

从表2中可以看出，随着洪水资料系列长度的增加，Cv值与均值渐趋稳定，当系列长达35年以上，均值相对误差为1.2%～3.6%之间，Cv值相对误差为0.0%～-5.8%之间，系列已具有较好的代表性。相应的依干其渡口站有41年(1972-2012年)实测洪峰系列，也具有较好的代表性。

表2 喀群站不同长度洪峰系列统计参数对照表

综合上述分析，喀群站和依干其渡口站洪峰流量系列较长，且具有一定的代表性，将之作为参证站设计洪水依据，以及用之反映叶尔羌河洪峰流量年际变化的一般规律，是较可靠的。

5 结 论

1) 叶尔羌河流域洪水主要包括4种类型，即暴雨型、消融型、溃坝型、混合型洪水。不同类型的洪水差异性较大，其中消融型洪水具有显著的复式洪峰特征，洪水历时较长；暴雨型洪水历时短、洪水过程单一；溃坝型洪水历时最短、沿程衰减率高；混合型洪水是多种类型洪水的叠加，危害程度较高。

2) 通过对洪峰的可靠性、一致性、代表性分析，喀群站的洪水特征可作为此次苏盖提吐乎防洪工程建设的参考，可为防洪工程洪水设计提供参考。