九寨沟流域设计洪峰流量与面积关系指数的研究

王春华

（四川省阿坝州水文水资源勘测局，四川 汶川 623000）

2017年8月8日21时19分46秒，四川省九寨沟县发生7.0级地震，震中位于九寨沟景区的核心区域，景区内的道路破坏严重。九寨沟流域灾后恢复重建涉水工程，设计洪水是根据参证站设计洪。九寨沟流域森林资源丰富，河流湿地多、湖泊密布，存在地下暗河，流域水系自身的蓄水调节能力较强。根据九寨沟流域内的水文站实测洪峰流量资料，对该流域洪峰流量与面积关系指数进行初步研究。

1 九寨沟流域概况

1.1 自然地理

九寨沟位于四川省西北部的阿坝藏族羌族自治州九寨沟县，发源于九寨沟县漳扎镇南岷山尕尔纳峰则查洼沟。九寨沟属长江流域嘉陵江水系的上游，系白河右岸支流，白水江二级支流。九寨沟由南向北汇入白河，白河与黑河在九寨沟县两河口汇合后称为白水江，白水江在甘肃文县境内汇入白龙江，白龙江在广元昭化镇注入嘉陵江[1]。

九寨沟处于青藏高原东北边缘向四川盆地的过渡地带，地貌上属岷山山脉的深切割高山峡谷区，地势北低南高，海拔高度由1996 m（九寨沟口）至4764 m（尕尔纳峰），南北相对高差达2768 m。九寨沟集水面积660 km2，植被覆盖率85.5%，森林覆盖率63.5%。九寨沟下段分为树正沟和扎如沟，沿树正沟而上诺日朗又分为日则沟和则查洼沟，平面呈“Y”字型展布，沟长约50 km。

1.2 洪水特性

九寨沟流域森林资源丰富，河流湿地多、湖泊密布，流域水系自身的蓄水调节能力较强，汇流时间长，河流水位变幅小。根据2004年～2017年沟口站的水位记录显示，水位年变幅在0.26 m～0.75 m，洪枯水变化不大，一次洪水持续时间较长，涨退率均小，峰形圆滑近似“铃”形。流域最大洪峰流量均出现于5月～10月，主要发生于9、10月，个别年份出现在7月和8月的。据实测洪水资料分析，洪水过程多为峰小量大的肥胖单峰形。洪水涨落过程缓慢。一次洪水过程历时一般20 d～30 d，洪峰峰项历时5 d～10 d，多数为单峰过程。洪水的年际变化不大[2]。

1.3 九寨沟流域流量站网分布

为了在时间上掌握九寨沟流域的水资源量和水环境年内变化和年际间的变化规律，在空间上掌握该流域水资源量和水环境面上的变化和不同高度的变化规律，分析生态区域水文特性，在九寨沟流域设立6个水文站。九寨沟流域洪峰流量与面积关系指数的研究选取控制较好、收集资料较长的4个水文站，具体信息见表1[3]。

表1 九寨沟流域水文站点信息表

2 流域设计洪峰流量与面积关系指数分析

2.1 分析方法及公式

根据沟口、黑角桥、平安桥、孔雀河四个流量站历年实测的最大洪峰流量及各站组成连序系列进行频率计算。通过数学期望公式，计算实测系列的经验频率，采用矩法计算洪水系列统计参数的初值，P-III型理论频率曲线进行适线，目估适线法确定统计参数并推求设计值。在同频率下对设计洪峰流量与面积关系指数研究分析[4]，由式（1）推求设计洪峰流量与面积关系指数，见式（2）：

式中：Qx、Qα为设计断面及参证站设计洪峰流量（m3/s）；Fx、Fα为设计断面及参证站集水面积（m2）；n为面积关系指数。

2.2 面积关系指数

对沟口、黑角桥、平安桥、孔雀河四个水文站20年一遇（P=5%）的设计洪峰流量与对应的集水面积进行分析。

2.2.1 九寨沟流域分析

将四个水文站的设计洪峰流量与对应的集水面积取对数建立直线相关关系，绘制相关关系图，见图1。

图1 设计洪峰流量与对应的集水面积关系

由图1可知，斜率为0.51，即九寨沟流域面积关系指数为0.51，相关系数为0.73，其相关程度不高，与九寨沟流域特性、下垫面、资料长度等因素有关。

2.2.2 相邻站点分析

由于九寨沟流域内河流湿地、湖泊密布，地下水系发达，分析的综合面积关系指数相关程度不高。以九寨沟流域四个水文站相邻站点对面积关系指数进行分析研究，成果如下：

1）九寨沟流域沟口站—黑角桥站面积关系指数n1=1.558；

2）九寨沟流域黑角桥站—平安桥站面积关系指数n2=6.579；

3）九寨沟流域平安桥站—孔雀河站面积关系指数n3=0.302。

3 成果分析

1）洪峰流量与面积关系指数受地理位置、降水分布、湖泊湿地的影响，九寨沟流域的不同河段，流域面积关系指数相差较大，沟口站—黑角桥站—平安桥站面积关系指数比经验面积关系指数大，特别是黑角桥站—平安桥站的面积关系指数n2要大许多。根据实地勘察，黑角桥站到平安桥站之间有九寨沟流域的第二大湖泊犀牛海和众多的湖泊，有较强的蓄水调节能力。

2）平安桥站—孔雀河站之间虽有较大的湖泊镜海等，起到蓄水调节的作用，但面积关系指数n3比经验面积关系指数小很多。经过九寨沟流域的实地勘察，长海—五彩池—上季节海—下季节海和下季节海以下河道长时间断流或者基本不过流，表明存在地下暗河，结合平安桥站—孔雀河站面积关系指数分析，地下暗河的出口在孔雀河站以上河段。

4 结语

结合九寨沟自然地理条件、洪水特征和流量站网分布，选取沟口、黑角桥、平安桥、孔雀河四个站历年实测的最大洪峰流量系列与集水面积数据，通过数学期望公式，计算实测系列的经验频率，P-III型理论频率曲线进行适线，目估适线法确定统计参数并推求设计洪峰流量，绘制设计洪峰流量与面积相关关系图。对其进行分析可知：洪峰流量与面积关系指数受地理位置、降水分布、湖泊湿地的影响，九寨沟流域的不同河段，流域面积关系指数相差很大。九寨沟流域设计洪峰流量与面积关系指数的研究可为灾后恢复重建的涉水工程用面积比拟法推求工程位置的设计洪水，特别是在日则沟河段推求设计洪水时，面积关系指数的相关分析具有参考价值。