大渡河干流暴雨洪水特性初步分析

吳付華，樊明蘭，程琳

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610072)

1 流域概況

大渡河是岷江的最大支流，發(fā)源于青海省境內(nèi)的果洛山南麓，分東、西兩源，東源為足木足河，西源為綽斯甲河，兩源在雙江口匯合后始稱大渡河。該流域地處青藏高原東南邊緣向四川盆地西部的過(guò)渡地帶，地理位置界于東經(jīng)99°42'～103°48'，北緯28°15'～33°33'間。干流河道全長(zhǎng)1062 km，流域集水面積77400 km2(不含青衣江)。

大渡河流域形狀較狹長(zhǎng)，兩岸支流發(fā)育較對(duì)稱，流域總體略呈“L”型，地勢(shì)總的特點(diǎn)是北部高，中部隆起，西南部最高，東南部最低。雙江口以上為丘狀高原、山原地貌，主源河道平均坡降達(dá)6.2‰。山原的東南自雙江口以下開(kāi)始進(jìn)入峽谷區(qū)，直至銅街子均屬高山峽谷地貌，河流下切劇烈，水流湍急，為典型的山區(qū)河流。銅街子至河口段屬四川盆地邊緣，水流平緩，沙洲和岔流較發(fā)育。

大渡河瀘定以上流域周界高程一般在3000 m以上，有不少4000～5000 m 高的山峰，瀘定以下分水嶺有一些較低的埡口，高程在2000 m 左右，成為水汽的主要通道。

2 流域暴雨特性分析

2.1 形成暴（大）雨的主要天氣系統(tǒng)及環(huán)流形勢(shì)

形成大渡河流域降水最主要的天氣系統(tǒng)有西風(fēng)槽、切變線和低渦。5～10月南支西風(fēng)急流北移，在中緯度地區(qū)與北支急流合并，印度熱低壓大大加深，西太平洋副高脊線由15°N 向北移到25°N，在22°N 以南出現(xiàn)了東風(fēng)急流，在東風(fēng)急流的下方為印度西南季風(fēng)氣流。此時(shí)西南、東南季風(fēng)盛行，攜入大量水汽，使流域內(nèi)氣候溫暖濕潤(rùn)，降雨及雨日集中。

大渡河流域發(fā)生大的降水過(guò)程時(shí)的環(huán)流形勢(shì)主要有兩種:(1)烏拉爾山阻塞高壓，高壓以東為低槽;(2)烏拉爾山至貝加爾湖一帶被∪型低槽控制。統(tǒng)計(jì)表明兩種環(huán)流形勢(shì)情況分別約占30%和60%。兩種環(huán)流形勢(shì)的共同特點(diǎn)為:受太平洋副熱帶高壓、中緯度西風(fēng)帶系統(tǒng)等共同作用，西南氣流將大量暖濕空氣輸送到大渡河流域，與冷空氣相遇往往形成流域內(nèi)強(qiáng)降水過(guò)程。

在有利于環(huán)流形勢(shì)情況下，較強(qiáng)的小股冷空氣東移，其槽尾切變線南伸至大渡河上游一帶，在高原切向摩擦、高原熱力及地形的共同作用下，切變線上常伴隨有低渦，造成以上游為主的長(zhǎng)歷時(shí)降水過(guò)程;當(dāng)降水系統(tǒng)自西北向東南移至大渡河中、下游地區(qū)，位勢(shì)渦度往往垂直輸送，中緯度常出現(xiàn)低渦，地面則常為冷鋒系統(tǒng)，在地形等作用下，水汽上移較為困難，往往形成中、下游暴雨過(guò)程。

2.2 暴（大）雨的時(shí)、空分布

據(jù)資料分析，大渡河流域受西南季風(fēng)和北方冷空氣共同影響，5～10月雨量約占全年降水的80%～90%，雨日亦占全年的80%左右，但暴(大)雨一般發(fā)生在6～9月，以7月居多，個(gè)別年份亦有早在4月(如1979年4月29日在田灣)，或晚至10月(如1973年10月5日在栗子坪)發(fā)生，暴雨的年最大一日雨量多發(fā)生在8月。一次暴雨過(guò)程一般為l～2 d，主雨段約12 h，且多夜雨。

瀘定以上流域集水面積58943 km2，流域平均高程3640 m，由于地勢(shì)高亢，水汽不足，暴雨極少，實(shí)測(cè)資料分析一日最大、三日最大和五日最大面雨深分別為17.7 mm、40.3 mm 和58.8 mm;一日最大點(diǎn)雨量一般在50 mm 以下，僅偶爾少數(shù)站點(diǎn)曾出現(xiàn)過(guò)日降雨大于50 mm 的記錄，如1968年7月12日在阿壩測(cè)得一日最大點(diǎn)雨量為62.8 mm。

瀘定以下流域地勢(shì)漸低，受地形影響，雨區(qū)分布呈現(xiàn)多中心，但主要暴雨區(qū)有兩個(gè)。安順場(chǎng)、田灣一帶東北面與著名的青衣江暴雨區(qū)相鄰，受西面大雪山(主峰貢嘎山海拔達(dá)7000 m 以上)、東北面大相嶺大地形作用，盆地渦旋氣流經(jīng)兩次爬升形成暴雨區(qū)，該區(qū)暴雨頻次約為2.4次/a，但雨強(qiáng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及相鄰的青衣江暴雨區(qū);尼日河暴雨區(qū)屬于安寧河暴雨區(qū)，偏南的暖濕氣流沿開(kāi)闊的安寧河河谷北上與北方冷空氣在尼日河上游交綏構(gòu)成暴雨區(qū)，該區(qū)暴雨頻次約為1.5～2次/a，且雨強(qiáng)較大。瀘定以下流域大部分地區(qū)一日最大單點(diǎn)暴雨在100 mm 以下，但個(gè)別地區(qū)如南箐曾在1968年7月9日也發(fā)生過(guò)雨量為206 mm 的暴雨。

3 實(shí)測(cè)洪水特性分析

3.1 洪水發(fā)生時(shí)間統(tǒng)計(jì)分析

大渡河干流主汛期為6～9月，年最大流量多出現(xiàn)在6、7月份，以7月份出現(xiàn)的機(jī)會(huì)最多，約占50%左右，8月份出現(xiàn)年最大流量的機(jī)會(huì)較少，約占10%左右，9月份又相對(duì)較多，約占20%左右，毛頭碼及以下河段部分區(qū)域進(jìn)入暴雨區(qū)，6月發(fā)生年最大洪水幾率較上游略小。統(tǒng)計(jì)大渡河干流主要測(cè)站年最大流量最早、最晚發(fā)生時(shí)間及對(duì)應(yīng)流量可以發(fā)現(xiàn)，干流各河段年最大洪水最早發(fā)生于6月上旬，最晚發(fā)生于9月下旬，如大金站分別于2006年6月4日、1994年9月23日發(fā)生了洪峰流量分別為1450 m3/s、1820 m3/s 的年最大洪水，但6月上旬、9月下旬發(fā)生年最大洪水的機(jī)率一般較少，且量級(jí)相對(duì)亦不大。

3.2 洪水年際變化分析

年最大洪水洪峰流量的年際變化主要用洪峰流量的離均系數(shù)CK和全距系數(shù)K 表示。其中離均系數(shù)CK為歷年年最大洪峰流量最大值與年最大洪峰流量多年平均值的比值;全距系數(shù)K 為歷年年最大洪峰流量最大值與最小值的比值。統(tǒng)計(jì)大渡河干流各主要測(cè)站年最大洪水洪峰流量年際變化(表1)可以看出，大渡河干流流域洪水年際變化相對(duì)較小，CK和K 分別在1.34～1.84和1.74～3.78之間。

3.3 洪水過(guò)程線形狀分析

表1 大渡河干流各主要測(cè)站年最大洪水年際變化統(tǒng)計(jì)表

大渡河瀘定以上上游河段，因受高程、地形及地理位置的影響，大多數(shù)地區(qū)少有暴雨發(fā)生，加之集水面積大、流域形狀狹長(zhǎng)、支流多沿干流對(duì)稱發(fā)育、匯流不集中、植被較好和地表有利于下滲和滯流等原因，形成的洪水具有量大、峰不高，緩漲緩落，歷時(shí)較長(zhǎng)的特點(diǎn)，最大漲率每小時(shí)僅100 m3/s左右，洪水過(guò)程多呈多峰型，大中洪水一次歷時(shí)一般為5～11 d。

瀘定以下中、下游處于青衣江、馬邊河及安寧河暴雨區(qū)的波及范圍，暴雨出現(xiàn)機(jī)會(huì)較多，是本流域洪水的主要來(lái)源地區(qū)。其洪水過(guò)程線峰值附近往往陡漲陡落，相對(duì)而言峰高、量不大，最大漲率每小時(shí)可達(dá)1000 m3/s 左右，一次洪水歷時(shí)10天左右。

此外，各站洪水的集中程度可以用峰、量比表示，即用洪峰流量與時(shí)段洪量過(guò)程的平均流量之比表示。分析各站平均峰、量比亦可發(fā)現(xiàn)，各站點(diǎn)峰、量比值均相對(duì)較小，上游河段Qmax/Q1日max、Qmax/Q7日max僅分別為1.04和1.25左右，下游河段受部分地區(qū)暴雨加入，造峰能力有所增強(qiáng)，峰、量比值略有增加，Qmax/Q1日max、Qmax/Q7日max分別在1.1和1.3左右，說(shuō)明一般情況下，上游河段洪水過(guò)程漲落平緩，洪水較為集中，下游河段受區(qū)間暴雨加入，洪水漲落相對(duì)而言較為迅速，洪水集中程度不及上游河段。

3.4 洪峰模數(shù)和單位面積產(chǎn)洪量分析

通過(guò)對(duì)各水文站資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從各站多年平均洪峰、洪量及模數(shù)(表2，各站統(tǒng)計(jì)資料年限同表1)可以看出:洪峰模數(shù)和單位面積產(chǎn)洪量在農(nóng)場(chǎng)以上基本上相當(dāng);受局地降水強(qiáng)度加強(qiáng)影響，農(nóng)場(chǎng)以下河段開(kāi)始逐漸加大。

3.5 大洪水相應(yīng)性分析

表2 大渡河干流有關(guān)水文站多年平均洪峰、洪量及模數(shù)統(tǒng)計(jì)表

統(tǒng)計(jì)各站點(diǎn)間同步實(shí)測(cè)洪水系列中前10大洪水發(fā)生的時(shí)間及洪峰流量可以得出以下結(jié)論:瀘定以上河段因基本上無(wú)暴雨分布，洪水主要由長(zhǎng)歷時(shí)連續(xù)降水形成，各站年最大洪峰相應(yīng)性甚好，前10大年最大洪峰流量發(fā)生時(shí)間絕大多數(shù)相對(duì)應(yīng)，僅在各自排位順序上略有不同。瀘定以下河段受安順場(chǎng)、田灣及尼日河一帶暴雨加入形成的造峰效應(yīng)影響，相當(dāng)面積差值的兩站間洪水相應(yīng)性(如大金～瀘定與瀘定～銅街子比較)遠(yuǎn)不及上游河段，甚至相鄰兩站點(diǎn)間洪水排位都相差較大。以沙坪、銅街子兩站為例，兩站集水面積僅相差1368 km2(占銅街子的1.8%)，而在兩站同步實(shí)測(cè)系列中，1985年、1991年洪水在銅街子站分別為首大和第六大，而同為沙坪站年最大洪水的該兩場(chǎng)洪水排位則遠(yuǎn)在前10位以外。從洪峰流量也可以看出:這兩場(chǎng)洪水的洪峰流量在銅街子/沙坪站分別為7640/5100 m3/s、6600/5070 m3/s，峰值流量相差均在1500 m3/s 以上，可見(jiàn)，區(qū)間加入暴雨洪水造峰能力之強(qiáng)。

3.6 洪水組成分析。

(1)洪水平均組成分析。

大渡河干流瀘定以上及瀘定～銅街子洪水地區(qū)組成情況見(jiàn)表3、4。

從平均情況看:瀘定以上各部分洪水占瀘定站洪水之比基本相當(dāng)于相應(yīng)的集水面積比;瀘定站時(shí)段洪量占銅街子站時(shí)段洪量的65%左右，小于其面積比77.2%;瀘定河段～銅街子區(qū)間各部分洪水占銅街子站洪水之比往往大于相應(yīng)的集水面積比，特別是毛頭碼～銅街子區(qū)間洪峰及短歷時(shí)時(shí)段洪量(如1～3 d)，受本區(qū)域暴雨加入影響，其占銅街子站的份額往往遠(yuǎn)大于相應(yīng)的集水面積比。

表3 大渡河瀘定以上干流洪水地區(qū)組成統(tǒng)計(jì)表(1959～2009年同步系列)

表4 大渡河瀘定～銅街子洪水地區(qū)組成統(tǒng)計(jì)表(1985～2009年同步系列)

(2)典型洪水組成分析。

大渡河流域較大洪水洪量主要來(lái)源于瀘定以上河段。瀘定以下河段中、下游區(qū)域受暴雨強(qiáng)度顯著加強(qiáng)、支流地勢(shì)陡峻、源短流急等共同影響，所形成的洪水一般呈峰高、量不大、形狀瘦峭、歷時(shí)較短的單峰過(guò)程，與瀘定以上河段來(lái)水遭遇可形成中下游河段洪水之主峰，往往起到造峰作用。本流域洪水按地區(qū)來(lái)水遭遇情況可概括為三種類型，即:上游來(lái)水為主型，中、下游來(lái)水為主型和上、中游洪水遭遇型。

上游來(lái)水為主型:暴雨洪水主要發(fā)生在瀘定以上河段時(shí)，下游基本無(wú)大暴雨洪水加入。如調(diào)查的1904年，實(shí)測(cè)的1981年、1992年洪水，這類洪水均具有峰型胖，洪量大、歷時(shí)長(zhǎng)的特點(diǎn)，瀘定以上河段來(lái)水可占銅街子站的70%～80%左右。

中、下游來(lái)水為主型:暴雨洪水主要發(fā)生在瀘定以下河段時(shí)，上游基本無(wú)大暴雨洪水加入。如實(shí)測(cè)的1939年、1955年和1960年，該類洪水均為瘦峭的單峰，瀘定以上河段來(lái)水一般僅占銅街子站的50%左右，特別是短歷時(shí)來(lái)水(如洪峰、1～3日洪量)甚至可以低至40%左右。

上、中游洪水遭遇型:由于高山縱橫，不利于暴雨的空間擴(kuò)展，形成的局部地區(qū)性暴雨較多，該類型洪水發(fā)生機(jī)會(huì)甚少。其相應(yīng)的降雨在時(shí)空分布上大多是上游先降雨，然后逐步向中下游擴(kuò)展和移動(dòng)，且降雨強(qiáng)度有所加強(qiáng)，降雨量亦明顯增加，上、中游均發(fā)生較大洪水，如實(shí)測(cè)的1954年、1965年和1998年洪水，該類洪水過(guò)程一般較為肥胖，瀘定以上河段來(lái)水可占銅街子的60%～70%。

3.7 洪水傳播時(shí)間分析

根據(jù)實(shí)測(cè)資料分析:大金～丹巴河道距離為98 km，洪水平均傳播時(shí)間為5 h;丹巴～瀘定、瀘定～農(nóng)場(chǎng)、農(nóng)場(chǎng)～毛頭碼河道距離分別為131 km、101 km、85 km，洪水平均傳播時(shí)間均為6 h;毛頭碼～沙坪、沙坪～銅街子河道距離均約64 km，洪水平均傳播時(shí)間均為3 h。

4 各主要站點(diǎn)設(shè)計(jì)洪水統(tǒng)計(jì)參數(shù)分析

根據(jù)大渡河干流各主要水文站插補(bǔ)延長(zhǎng)后的洪水系列，加入各自歷史洪水，共同組成不連續(xù)系列，并進(jìn)行洪水頻率分析計(jì)算(表5)，結(jié)合各站年最大洪峰統(tǒng)計(jì)參數(shù)變化規(guī)律及流域暴雨洪水分布特性可以得出以下結(jié)論:各站年最大洪峰均值由上游至下游逐漸增大;瀘定、農(nóng)場(chǎng)以上流域少有強(qiáng)暴雨分布，Cv從上游大金至下游農(nóng)場(chǎng)隨控制集水面積增大而逐漸減小;農(nóng)場(chǎng)以下各河段雖然控制集水面積較大，但受青衣江、安寧河暴雨區(qū)波及影響，區(qū)間造峰能力顯著增強(qiáng)，各站Cv值仍開(kāi)始緩慢回升。

5 結(jié)語(yǔ)

表5 大渡河干流各主要水文站設(shè)計(jì)洪水成果表

(1)大渡河流域降水最主要的天氣系統(tǒng)有西風(fēng)槽、切變線和低渦，5～10月為流域雨季，其中6～9月為流域暴(大)雨集中期，尤以7月居多。

(2)與流域降水特性相一致，流域6～9月為汛期，其中年最大洪水約半數(shù)出現(xiàn)在7月。

(3)大渡河流域上游地區(qū)遠(yuǎn)離流域水汽通道，受地形不利于水汽輸送影響，少有暴雨出現(xiàn);中、下游河段鄰近流域水汽通道，受青衣江、安寧河暴雨區(qū)影響，在田灣～安順及尼日河一帶形成暴雨區(qū)。

(4)大渡河流域上游地區(qū)洪水主要由長(zhǎng)歷時(shí)連續(xù)降水形成，洪水過(guò)程具有緩漲緩落，峰高量大，歷時(shí)長(zhǎng)的特點(diǎn)，一般為中下游較長(zhǎng)歷時(shí)時(shí)段洪量的主要來(lái)源。中、下游受青衣江、安寧河暴雨區(qū)影響，區(qū)間洪水加入往往起到造峰作用，洪峰及短歷時(shí)時(shí)段洪量增加顯著，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其隨集水面積變化之比，使本河段洪水過(guò)程峰值附近往往陡漲陡落，是本河段防洪及相關(guān)涉河建設(shè)項(xiàng)目需關(guān)注的重點(diǎn)之一。

(5)由于本流域集水面積較大，相對(duì)整個(gè)流域面積而言暴雨分布有限，且多以鋒面雨形式在中、下游河段出現(xiàn)，加之流域形狀等諸多因素共同作用，使得本流域各站洪水具有年際變化不大，各站CV值相對(duì)較小且上下游變化緩慢等特點(diǎn)。