阿拉沟水文站洪水规律分析

谢 伟

（吐鲁番水文勘测局，新疆 吐鲁番 838000）

阿拉沟河流经巴州和静县、乌鲁木齐市和吐鲁番地区的托克逊县，尾闾为吐鲁番市境内的艾丁湖。阿拉沟水文站是阿拉沟河流域唯一控制性国家基本水文站，为了提高阿拉沟河短、中、长期洪水的预测预报，就需对阿拉沟洪水规律进行研究。

1 概 况

阿拉沟河发源于天格尔山南侧和阿拉沟山北侧，由阿拉沟、夏尔沟、乌拉斯台沟三大支流汇合后进入托克逊县境内，下游与艾维尔沟汇合后流出山口，水文站位于出山口，断面以上集水面积1 861km2，河长100km，流域最高海拔4 400m，流域平均海拔3 080m，水系呈树枝状，流域内有冰川69条，冰川面积17.1km2，冰储量0.5 975km3。

该站1956年11月设立于乌鲁木齐南山矿区（现称托克逊县阿乐惠镇）阿拉沟河出山口附近。因1996年特大洪水将该站测验设施冲毁，次年下迁至原断面下游5km处，中间无支流汇入，迁移前、后测验断面以上集水面积变化不大，符合断面迁移前、后资料合并统计的测验规范要求。该站除1958年10~12月、1959年1~6月流量资料缺测外，其余时段资料完整，测验、整编规范，数据载入国家二级水文数据库，精度可靠。

2 洪水影响因子分析

阿拉沟洪水受气温降雨影响较大，分析洪水就需对这些影响因子进行分析。

2.1 气温

位于出山口的阿拉沟水文站多年平均气温为10.6℃，一年中7月最热，1月最冷，极端最高气温43.0℃，出现时间为2010年6月19日；极端最低气温-23.5℃，出现时间为1967年1月5日。最大冻土深为60cm。受地势影响，气温随海拔高程的增高而逐渐降低，气温的年变化和日变化较大。受地势影响，气温随海拔高程的增高而逐渐降低，气温的年变化和日变化较大[1-3]。主要气象要素特征值统计见表1。

表1 阿拉沟水文站多年气温、降水量、蒸发量月年统计表

2.2 降水

阿拉沟站降水量的年内分配主要受水汽条件和地理位置的影响，多集中在6~9月，而1~3月、10~12月降水量极少，年最大降水量出现在7月，占年降水量的28.2%。全年中6~8月份降水最多，3个月的降水量达32.5mm，占年降水量的72.5%；9月至次年5月降水总量为12.3mm，占全年降水量的27.5%。9月至次年5月各月平均降水日数最大为5d，出现在9月，其他月份平均降水日数为1~3d。各月降水量见表1。阿拉沟站在年内变化较大，其中春季降水量约占年降水量的11.4%；夏季约占72.2%；秋季约占13.2%；冬季约占3.2%；最大4个月降水量占年降水量的83.9%。说明，阿拉沟降水量的年内和四季分配极不均匀。

阿拉沟水文站多年平均降水量为44.8mm，降水量最大年份85.7mm（1969年），最少年份仅6.3mm（1980年）。最大一日降水量27.4mm，出现在1989年9月6日。阿拉沟站按5a一个时段对年降水量和降水量统计参数对比分析来看可知，阿拉沟站各时段Cv值在0.26~0.37之间，多年降水量最大年（1969年85.7mm）与最小年（1986年6.3mm）的比值为13.6，说明降水量年际变化不大。

2.3 蒸发

阿拉沟站蒸发为Φ20cm（蒸发皿观测），多年平均蒸发量2 476.1mm，其中4~9月蒸发量为2 042.6mm，占全年蒸发量的82.5%，10月至次年3月蒸发量为433.5%，占全年蒸发量的17.5%。各月蒸发量见表1。

通过上述资料的收集整理可知，阿拉沟站气温高、降水量小，蒸发量大，降水与蒸发主要集中于夏季的5~8月。

3 洪水分析

3.1 一至性分析

阿拉沟水文站建于1956年11月，1956—2021年河道基本断面变动有2次，1956—1997年断面未变动，1997年基本断面下迁约5km，集水面积增加19km2，区间无支流汇入和支出，且两个基本断面之间没有大规模引水及人类开发活动，1957—2014年洪水系列一致性较好。

阿拉沟水库位于水文站上游4km处，水库于2015年开始蓄水运行，2015—2021年系列为出库流量并非天然，需对2015—2021年洪水系列进行一致性处理[4-6]。

分别用1957—2014年阿拉沟站7~8月平均流量与洪峰流量流量、各时段洪量及6~8月平均流量与洪峰流量、各时段洪量建立关系，其中与7~8月相关性较差，与6~8月平均流量关系尚好（相关系数0.78~0.86），见表2。因此，用此关系插补2015—2020年年最大流量和各时段洪量，见表3。

表2 阿拉沟站各时段洪量与6~8月平均流量相关

表3 2015—2021年最大流量和各时段洪量插补值

截止2021年，阿拉沟水文站已有65a连续洪水系列资料。阿拉沟水文站警戒流量为110m³/s，保证流量为250m³/s。通过对65a洪水系列资料分析，阿拉沟水文站超警戒洪水有15场，超保证洪水有2场（1996年、1998年）。

3.2 代表性分析

将阿拉沟站1957—2021年实测连续洪峰流量资料，按不同年限进行统计参数计算，均值与Cv值在55a以后趋于稳定。实测洪峰流量与均值见表4，洪峰流量模比系数差积曲线图见图1。

图1 阿拉沟站洪峰流量模比系数差积曲线图

表4 阿拉沟站1957—2021年实测洪峰流量与均值

从图1可看出，该系列有较完整的增减通过分析阿拉沟站洪峰流量系列包括了较明显的增减变化过程：其中1957—1986年、2017—2021年为小洪水年群；1987—1994年、2001—2018年为中洪水年群；1995—2000年、2012—2016年为明显的大洪水年群。 该站在65a连续洪水系列中包含了大、中、小洪水年份，随着系列长度的增加，系列趋于稳定，具有完整的代表性。阿拉沟水文站洪峰流量模比系数累积平均曲线见图2。

图2 阿拉沟水文站洪峰流量模比系数累积平均曲线

从图2可知，该站洪峰流量及3日洪量均值随系列长度增加曲线趋近1.0。自2021年向前推，2021—2019年递减、2019—2012年递增、2012年—2001年和1998—1987年较为平缓过程，2001—1998年后明显的递增过程，1998年后平缓的递减过程，当系列长度50a以上时，均值波幅＜5%，渐趋稳定。

3.3 设计洪水设计

阿拉沟站连续洪峰流量系列有65a（1957—2021年）按连序系列（重现期为66a），采用P-Ⅲ型曲线优选适线计算设计洪峰流量成果。见表5。

表5 阿拉沟站洪峰流量设计成果表

4 洪水规律分析

4.1 融雪洪水

由于阿拉沟水文站在系列过程中存在缺测年份，因此本次统计了阿拉沟建站以来57场洪水过程，其中冰雪融水性洪水发生了3场，占比5.3%，发生时间为6月6日~ 8月7日，洪水量值为19.1m³/s~32.9m³/s。从实测洪水资料来看，冰雪融水型洪水过程具有明显的日变化，与升温过程关系密切，洪水历时较长，峰不大，涨落平缓，该类洪水与前期山区降雪量、气温回升速度呈正相关关系。

4.2 暴雨洪水

阿拉沟水文站发生的29次暴雨型洪水中，其中6月仅发生7次，7月发生17次，8月发生6次；6月发生超警戒流量2次，7月发生超警戒流量5次，8月未发生超警戒流量。从实测洪水资料来看，暴雨型洪水起涨时间一般为2~10h，洪水持续时间为24~70h。洪峰流量一般为起涨流量的10~60多倍。

4.3 混合型洪水

本次统计了阿拉沟建站以来57场洪水过程，其中混合型洪水发生了25场，占比43.9%，发生时间为6月24日~ 8月28日，洪水量值为34.7~490m³/s，河流基流一般为3~7m³/s。从实测洪水资料来看，混合型洪水一般多出现在6~8月，洪水过程具有明显的日变化，洪水前期有数日高温天气，出现融（冰）雪洪水，后期遇降水天气，从而形成洪水。

经分析洪峰流量与各时段降水量的相关性表明：水文站降水与山区降水的同步性、量值差异较大。阿拉沟水文站位于河流出山口，本次分别采用水文站洪水前1日、3日、5日、10日日平均气温与洪峰流量做相关分析，基本无相关关系。

5 结论与建议

5.1 结论

1）阿拉沟河洪水主要来源于降水，以暴雨洪水为主（占比50.9%），洪水多发生在6~8月，中低山区为主发生区。河流发生混合型洪水比例为43.9%，发生冰雪融水性洪水的比例仅为5.3%，从实测资料来看，洪水发生时间为6月6日~8月28日，水文站未发生过春洪。

2）阿拉沟河影响洪水产生的因素主要为降水和气温，主要由大尺度天气系统过境造成，加之前期连续高温后，南支气流充沛的水汽和冷空气配合，因此可造成流域中、低山区大范围降水，流域形成超渗产流，从而发生暴雨洪水。

3）本次统计的54场洪水过程中，发生超警戒洪水20次，其中暴雨型洪水10次，混合型洪水10次；发生超保证洪水2次，皆为混合型洪水。分析表明混合型洪水峰高量大，洪水持续时间较长，容易造成危害。

4）本次将阿拉沟水文站洪峰流量与各时段降水量进行相关分析，相关性较差，原因为阿拉沟水文站位于河流出山口（高程778m），水文站降水与山区降水的同步性、量值都存在较大差异。

5）本次将阿拉沟水文站洪峰流量与各时段气温进行相关分析，相关性也较差。

6）本次历史洪水规律分析缺少一些重要的参考因子，比如山区降水量数据及山区雪线高程等资料。

5.2 建议

1）随着气候的变化，极端天气出现的频率在不断增加，而暴雨的不确定性和阿拉沟洪水的多样性特点，需要我们不断加强对洪水规律的分析和监测研究，并尝试采用多种方法计算，以提高洪水预报精度。

2）为了能更好预测短、中、长期河道洪水的发生与变化趋势，为洪水的合理利用和水资源科学保护提供科学依据，需要我们对气温、降雨、雪山等洪水影响因素不断加强监测，进行深入研究，切实处理好人与自然的关系。