叶尔羌流域不同类型洪水洪峰传播速度及时间分析

阿尼克孜·麦麦提

(新疆喀什水文勘测局，新疆 喀什 844000)

1 叶尔羌流域概况

叶尔羌河作为中国最大内陆河流塔里木河的主要源流之一，其补给主要来源于冰雪[1]。叶尔羌多年径流均值为64.5亿 m3，水量较为充沛，最大和最小径流分别为88亿 m3和44.7亿 m3，最丰水年份径流为最枯水年份径流的倍数高达1.97倍[2]。叶尔羌河流域径流年际变化幅度较高，夏季是径流年内分布最为集中的季节，径流量占全年径流量的比例达到80.3%[3]。流域危害较大的洪水位突发型洪水，洪水陡涨陡落，上涨历时段且变化较为迅猛，产生的洪水灾害和损失较大[4]。叶尔羌流域洪水主要为冰川溃坝型、暴雨洪水型以及冰川融雪型三类，海拔在5 000 m以上的受到高空热量影响面积占总流域面积的比例达到30%以上，此高度带分布较为集中的永久积雪和冰川，叶尔羌河流域冰川总面积为5 574 km2。太阳辐射随着海拔高度的增加而逐步增强，且受地形和气温影响较大。冰雪融雪洪水受地形和气温极值变化影响，其洪水总量也不断增加。夏季当气温持续升高易出现较大量级的融雪洪水。叶尔羌河流域低山河山前地带在夏季会出现局部的暴雨洪水，这类洪水常和融雪洪水进行遭遇产生较大量级的洪水。一般暴雨洪水量级较小，出现的频次也不高，但在局部区域易出现较大程度的坡面侵蚀，出现山洪泥石流的危害。第三类洪水位冰川突发型洪水，这类洪水出现在叶尔羌河流上游的克勒青流域，流域永久积雪和冰川占整个叶尔羌流域的面积比例高达45.8%，根据相关数据表明叶尔羌河流域冰川突发型洪水均来源于其上游的克勒青河流。我国大型冰川区最为集中的区域位于喀喇昆仑山区，这一区域也是我国冰川突发洪水发生规模较大的地区。这类型洪水和消融洪水有明显区别，同时具有较为强烈的侵蚀作用，在个别河段发生泥石流的频次较高。

2 水文站点情况

叶尔羌河流从1950年代以来设立国家基本水文(水位)站点13处，目前有部分站点因不同原因已经停测或者被撤销，本文选用具有较长洪水数据系列的库鲁克栏杆、卡群、衣干其渡口、48团渡口站作为研究站点，选用各站点建站以来到2018年的洪水数据用于分析叶尔羌河流域洪水传播速率以及传播时间。选用站点的基本情况见表1。

表1 选取的水文站点基本情况

3 不同类型洪水主要特征

3.1 冰川溃坝突发型洪水

(1)洪峰特征：这类型洪水洪峰具有较大的年际变化，通过对库鲁克栏杆溃坝性洪水洪峰频率分析研究表明叶尔羌河流域溃坝型洪水最大的净峰值Cv可以达到1.7；

(2)洪水历时特征：溃坝型洪水不仅出现在汛期，在枯水季节也会出现此类洪水，根据水文站实测洪水数据表明溃坝型洪水在10-11月出现的频次已经达到4次。溃坝型洪水属于突发洪水，结合各站点实测洪水数据统计洪水总的历时在18～40 h之间，涨洪时间占洪水总历时的比例在1.5%～22%之间；

(3)洪量特征：场次洪水洪量一般不大，通过对叶尔羌各水文站点实测洪水数据分析，冰川溃坝型场次洪水占年径流总量的比例一般在2%以内。冰川溃坝型洪水洪峰沿程衰减率较高，衰减率明显高于消融型洪水的衰减率。

3.2 冰川消融型洪水

(1)洪峰特征：年内消融型洪水变化相对幅度较小，结合各水文站实测洪水数据分析，叶尔羌河流域冰川消融型洪水洪峰年际变化Cv值一般在0.33左右，洪峰最大和最小值得比值为2.94；

(2)洪水历时特征：洪水一般在7月份发生频次较高，洪水发生和气温变化较为密切，洪水过程具有明显的日变化特征。洪水历时一般较长，以1973年叶尔羌较大冰雪消融型洪水为例，其洪水从起涨到消退经历的时间长达382 h，涨洪时间占总洪水时间的比例达到51.3%。

(3)洪量特征：场次洪量一般较大，洪水沿程衰减率较低，以1966年叶尔羌消融型洪水为例，洪水从上游到下游，其洪水衰减率达到6.50 m3/s·km。

3.3 暴雨型洪水特征

(1)洪峰特征：暴雨洪水主要集中在夏季的7月中旬到8月下旬，洪峰流量一般较小，结合流域水文站实测洪水数据，1998年发生的暴雨洪水其洪峰值为3 116 m3/s，在历史暴雨洪水中排第一位，该洪峰实测值仅为溃坝型洪水最大峰值的0.5倍。

(2)洪水历时特征：暴雨洪水陡涨陡落，过程较为简单，相比于消融型洪水历时较短，以1987年叶尔羌流域暴雨洪水为例，该场次暴雨洪水属于中游局部暴雨产生的洪水，洪水历时仅为6 h就已经结束，洪水起涨到洪峰出现的时间为80 min。

(3)洪量特征：场次洪水总量一般较小，结合衣干其渡口洪水数据统计，3 d洪量最大值为3.9亿 m3，达到30 a一遇的频率。洪水沿程坦化较为明显，以1962年叶尔羌流域暴雨洪水为例，场次暴雨洪水沿程衰减率可达到4.1 m3/s·km。

3.4 不同洪水类型统计分析

结合叶尔羌河各水文站点不同类型洪水实测数据，对流域1954-2018年以来的不同类型洪水洪峰流量和发生时间进行统计分析，如表2所示。从统计结果可看成，冰雪消融型洪水的洪峰流量最大值和最小值结余冰川溃坝突发型和暴雨洪水之间，这也同样说明了叶尔羌河流域三种不同类型的洪峰特征。叶尔羌河主要补给来源于消融补给，相比于其他类型洪水消融型洪水其过程较为稳定。暴雨洪水受到局部降雨的影响主要集中低山区域，洪峰流量相比于其他类型洪水较小，但流量最大值高于其他类型洪水的流量最大值，这也表明在较大范围暴雨情形下，暴雨洪水的洪峰流量有所增加。溃坝突发型洪水最大值明显高于其他洪水，这也体现在溃坝型洪水峰高量大且陡涨陡落的变化特点。不同类型洪水变差系数值在0.26～0.59之间变化，洪峰流量不稳定型高低排序分别为：冰川溃坝突发型洪水>暴雨型洪水>消融型洪水。

表2 叶尔羌流域不同类型洪水洪水统计特征

4 洪水传播特征分析

4.1 消融型洪水传播特征

从各站点实测洪水数据进行统计分析，消融型洪水是叶尔羌河流域发生频次最高的洪水，对不同区间段的消融型洪水平均传播速率和传播时间进行统计分析，如表3所示。从表中可看出，叶尔羌河流域各区间段消融型洪水传播速率和传播时间相比于流域溃坝型洪水，较为缓慢，且洪水传播的衰减率明显低于溃坝型洪水，从上游水文站到下游流域出口断面消融型洪水传播速率和时间逐步增加。叶尔羌流域消融型洪水传播特征和洪量的相关度较低，受洪水坦化作用传播速率和传播时间的影响因素较多，当洪水在多处河段漫发时，洪水传播速度受到两岸滩地和树木的阻碍影响较高。

表3 叶尔羌流域不同区间段消融型洪水传播特征

4.2 冰川溃坝突发洪水传播特征

冰川溃坝型突发洪水属于叶尔羌流域分布较为特殊的洪水，不仅在汛期发生，在枯水季节也能发生，对不同河段区间段的冰川溃坝型突发洪水的传播特征进行统计，如表4所示。库鲁克栏杆～卡群区间河段处于山谷地段，河段平均传播流速较大，卡群～衣干其渡口处于平原地带，河道坡度较低，传播流速较小，此外由于水利工程调蓄影响，洪水传播速率逐步变缓，卡群～48团渡口由于漫滩较为严重，洪水传播速率逐步减小。叶尔羌流域山区及山前冲积平原的洪水传播速率高于其他类型洪水，衣干其渡口下游由于地势较为平坦，洪水传播速率和其他类型洪水较为接近。

表4 叶尔羌流域不同区间段冰川溃坝突发型洪水传播特征

4.3 暴雨洪水传播特征

结合各区间河段水文站点实测洪水数据，对叶尔羌流域暴雨洪水的传播特征也进行了统计分析，如表5所示。叶尔羌流域暴雨洪水主要是超渗产流机制，暴雨洪水主要集中在7月下旬到8月上旬之间，场次洪水过程较短，洪量一般较低，洪水过程线陡涨陡落的变化特点，洪水衰减率受坦化作用较为明显，从上游到下游，洪峰平均衰减率高于消融型洪水。从各区间河段洪水传播速率和传播时间可看出，叶尔羌流域暴雨洪水洪水传播速率高于消融型洪水，但洪水传播的速率要低于溃坝型突发洪水。

表5 叶尔羌流域不同区间段暴雨型洪水传播特征

4.4 最大洪水传播特征

对叶尔羌流域近些年来最大洪水的特征进行了统计分析，分析不同区间河段的洪水传播特征，统计结果见表6。从统计结果可看出，库鲁克栏杆～卡群区间河段的洪水平均传播时间在7～15 h内，这一区间段位于山谷，因此洪水传播速率较短，但总体平均洪水传播速率受漫滩以及水利工程调蓄的影响，传播速率要高于卡群～衣干其渡口河段。从衣干其渡口～48团渡口，其洪水传播时间达到29～60 h，这一区间河段主要是因为山前和冲积平原地带，河段坡度较缓，因此其洪水传播时间以及传播速率明显高于其他河段。从48团渡口水文站到流域出口断面，由于坡度开始增加，加大了洪水传播速率，此外由于该区间河段较短，使得其洪水传播时间介于7～19 h之间。

表6 叶尔羌流域不同区间段最大洪水传播特征

5 结语

(1)叶尔羌流域不同类型洪水变差系数值在0.26～0.59之间变化，洪峰流量不稳定型高低排序分别为：冰川溃坝突发型洪水>暴雨型洪水>消融型洪水。

(2)叶尔羌流域消融型洪水传播特征和洪量的相关度较低，受洪水坦化作用传播速率和传播时间的影响因素较多，当洪水在多处河段漫发时，洪水传播速度受到两岸滩地和树木的阻碍影响较高。

(3)叶尔羌流域山区及山前冲积平原的冰川溃坝洪水传播速率高于其他类型洪水，衣干其渡口下游由于地势较为平坦，洪水传播速率和其他类型洪水较为接近。

(4)叶尔羌流域暴雨洪水衰减率受坦化作用较为明显，从上游到下游，洪峰平均衰减率高于消融型洪水。