西雙版納河流行洪能力特性分析

周安輝

（云南省水文水資源局西雙版納分局，云南 景洪 666100）

0 引言

為實(shí)時掌握西雙版納河流行洪能力和沿河防洪情況，本文對全州的河流行洪能力和洪水預(yù)警能力進(jìn)行調(diào)查分析，致力于強(qiáng)化西雙版納防汛服務(wù)措施、提高防汛工作成效。通過對西雙版納行洪能力特性的分析，探究如何科學(xué)合理地完善水文工作，同時提出在行洪能力分析工作中開展有效的工作管理和服務(wù)，鍛煉水文隊伍勘察能力、野外作業(yè)能力和應(yīng)急能力等，增強(qiáng)全州河流暴雨期洪水特性、河流及周圍特性、水文能力等數(shù)據(jù)的收集分析能力，加強(qiáng)水利工程建設(shè)和監(jiān)測暴雨預(yù)警能力建設(shè)，增強(qiáng)西雙版納水文服務(wù)及防汛工作能力。

1 概況

1.1 西雙版納地勢特點(diǎn)

西雙版納轄一市兩縣，總?cè)丝谠?20 萬左右。西雙版納地處云南西南邊陲，屬于北回歸線以南的熱帶季風(fēng)氣候，全州常年濕潤多雨、高溫炎熱，全年基本分為兩季，即雨季和旱季。西雙版納雨季集中在6—10 月，旱季在11 月到翌年的5 月，年平均降水1540 mm，雨季降水量占全年降水量的80%。西雙版納境內(nèi)所有河流均屬于瀾滄江水系，涉及范圍超過50 km2的河流數(shù)量有123 條。

為了解決西雙版納防洪和農(nóng)業(yè)發(fā)展等問題，政府在全州建立了大量的水庫和水電站，全州水庫總數(shù)已經(jīng)達(dá)到197 座，以適應(yīng)西雙版納雨季較長的特點(diǎn)，同時也兼顧了防洪功能。根據(jù)對全州的年降水量分布情況進(jìn)行分析，西雙版納整體降水量從北向南呈遞減趨勢。

1.2 西雙版納形成暴雨洪水的過程

西雙版納處于自然分界線哀牢山南麓，無量山西側(cè)，瀾滄江下游，屬于熱帶季風(fēng)氣候，受到西南季風(fēng)環(huán)流和西太平洋副熱帶高壓邊緣東南季風(fēng)的作用，雨季多集中在6—10 月。雨季多暴雨的主要原因是天氣的切變和低渦等。

西雙版納的暴雨洪水主要是從4 月下旬開始的，西風(fēng)帶南部支流逐漸減弱，西太平洋副熱帶高壓位置向北移動，導(dǎo)致西雙版納出現(xiàn)大雨和洪水的情況，但這時候的大雨剛開始形成，一般降雨級別較小。

5—6 月，西太平洋副熱帶高壓逐漸向北移動，西南季風(fēng)形成了低壓氣旋，并開始向內(nèi)陸移動，因此導(dǎo)致西雙版納自南向北開始進(jìn)入真正的雨季。雖然此時也會出現(xiàn)暴雨洪水天氣，但降水量依然不是整個雨季最大的，只有遇到特殊天氣的時候，才會出現(xiàn)較嚴(yán)重的暴雨降水。根據(jù)近些年總體統(tǒng)計來看，此時降水產(chǎn)生的洪水概率僅占4.1%左右。

7—8 月中旬，西太平洋副熱帶高壓從西向北移動，高空屬于西風(fēng)槽，低渦又格外活躍，地面所產(chǎn)生的低壓鋒系越來越頻繁，再加上西南、東南暖濕氣流變強(qiáng)并持續(xù)向北移動，這個過程會攜帶大量水汽覆蓋內(nèi)陸大部分地區(qū)，從而形成阻塞性暴雨天氣，導(dǎo)致暴雨頻繁發(fā)生，而且勢頭猛烈、強(qiáng)度頗大，一次暴雨天氣普遍會持續(xù)長達(dá)3 d，全流域由此進(jìn)入了集中降雨期，這個時段的降水量占全年的60.5%。

8 月下旬之后，西太平洋副熱帶高壓開始西進(jìn)，瀾滄江整個流域出現(xiàn)了短暫的伏旱天氣，這時暴雨洪水量開始減少，但是受西雙版納地形的整體影響，在特殊天氣下仍然有出現(xiàn)大暴雨的可能性，大概占全年的8.3%。

9 月之后，西太平洋副熱帶高壓開始逐步減弱，暴雨天氣也隨之進(jìn)入低潮。雨帶開始向南移動，但是不排除暴雨降雨的情況，同時期降水量約占全年的14.6%。

10—11 月中旬，開始出現(xiàn)西風(fēng)帶南支急流，西太平洋副熱帶高壓開始減弱并向南退回，這時候開始進(jìn)入秋汛洪水的季節(jié)，降水和洪水量都會開始減弱，但由于受到地勢的影響，可能還會出現(xiàn)一定范圍的降雨天氣。但除非遇到特殊天氣，否則西雙版納全州不會出現(xiàn)大暴雨天氣，事實(shí)上，這個時期出現(xiàn)極端天氣的概率較低。

11 月下旬之后，受西風(fēng)環(huán)流控制，西風(fēng)帶南支急流開始形成，空氣中的水汽含量開始大幅下降，強(qiáng)降雨天氣開始減少，暴雨天氣也會隨之減少，這種狀態(tài)會一直持續(xù)到汛期結(jié)束，隨后開始進(jìn)入旱季。至此，西雙版納整個雨季結(jié)束。

2 河流行洪能力分析

2.1 防洪防護(hù)對象調(diào)查分析

本文通過西雙版納現(xiàn)有的水文資料及相關(guān)水利工程資料匯總，并使用現(xiàn)有的測量、測流和定位等設(shè)施對橫縱斷面、水位、流量及防護(hù)對象分布情況進(jìn)行了測量，提出在調(diào)查的同時也要對簡易河流段洪水情況進(jìn)行資料整理的建議。此次調(diào)查主要基于西雙版納境內(nèi)河流基本情況和實(shí)際分布情況，結(jié)合近50 年的洪水淹沒情況、河段治理情況、現(xiàn)有的行洪能力、水利工程分布情況等進(jìn)行調(diào)查分析。涉及的范圍主要是西雙版納內(nèi)所屬的一市兩縣洪水災(zāi)害的調(diào)查評估，從而完善50 km2以上河流洪水災(zāi)害的調(diào)查分析。由于前期搜集材料過程中并沒有發(fā)現(xiàn)50 km2以上的河流行洪資料，通過對一市兩縣的調(diào)查可以對這些沒有搜集到的資料進(jìn)行補(bǔ)充。此外，交通港口和較大規(guī)模的農(nóng)田也一并納入了本次調(diào)查的范圍[1]。

2.2 河道防洪防護(hù)分布情況

本次行洪能力分析主要針對50 km2以上河流進(jìn)行篩查，主要面向河流沿線居民、工農(nóng)業(yè)企業(yè)、村寨、交通領(lǐng)域，其中涉及景洪市的調(diào)查對象有105 個，排除不容易受到洪水災(zāi)害的對象，最后有23 條河流、69 個防護(hù)對象符合調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)而接受了調(diào)查。在勐?？h調(diào)查中涉及21 條河流，47 個防護(hù)對象，而這47 個防護(hù)對象中有25 個是山洪災(zāi)害調(diào)查點(diǎn)，在最后篩查中確定了14 個河段作為重點(diǎn)防護(hù)對象，主要分布在流沙河的干流和支流等地。在勐臘縣同樣涉及26 條河流，各類防護(hù)對象為66 個，其中重點(diǎn)防護(hù)對象為45 個。

2.3 西雙版納河流行洪能力現(xiàn)狀分析

經(jīng)過對西雙版納全州70 條河流中的182 個斷面行洪能力與預(yù)警預(yù)報能力進(jìn)行分析，其中有18 個斷面可以用作水文站預(yù)警，剩下的可以采用雨量的方式進(jìn)行預(yù)警。行洪能力重現(xiàn)期分析如表1 所示。

表1 西雙版納全州182 個斷面行洪能力重現(xiàn)期分析

此次行洪能力分析主要采用的方法是測量現(xiàn)場河流斷面，運(yùn)用曼寧公式計算水位的流量關(guān)系，通過戶外實(shí)測流量進(jìn)行調(diào)整，最后得到災(zāi)害水位對應(yīng)的流量數(shù)據(jù)。同時也可以通過以下4 種方法計算斷面的頻率，從而設(shè)計對應(yīng)的流量數(shù)值，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查估計頻率作為調(diào)整對象，最終確定會發(fā)生災(zāi)害的流量設(shè)計頻率[2]。

2.3.1 水文站測量分析法

在多種測量法當(dāng)中，有水文站實(shí)測資料的，要首先選用實(shí)測計算值來設(shè)計洪水流量計算。例如，東風(fēng)農(nóng)中橋斷面旁邊原先就建有東風(fēng)農(nóng)中橋水文站，這樣就可以用水文站實(shí)測的最大流量頻率進(jìn)行洪水流量計算。原水文站實(shí)測最大頻率統(tǒng)計參數(shù)如下。

均值：28.4 m3/s，cv=0.47，cs/cv=3.0。

經(jīng)過原參數(shù)所計算出的成果為：①2 年一遇，25.5 m3/s；②5 年一遇，37.9 m3/s；③10 年一遇，46.2 m3/s；④20 年一遇，54.1 m3/s；⑤50 年一遇，64.0 m3/s。

2.3.2 水文比擬法分析

在西雙版納河流上下游或者河流周圍有水文站的，當(dāng)流域遇到暴雨和產(chǎn)匯流條件類似的時候，就可以采用水文比擬法來計算。根據(jù)暴雨和產(chǎn)匯流情況，西雙版納在瀾滄江左側(cè)有暴雨的區(qū)域?yàn)? 個，產(chǎn)流區(qū)域?yàn)? 個，匯流區(qū)域?yàn)? 個，因此從各個暴雨平均值來看，西雙版納所屬的瀾滄江左側(cè)岸邊各地的變化量較小；而右側(cè)暴雨區(qū)域?yàn)? 個，產(chǎn)流區(qū)域?yàn)?個，匯流區(qū)域?yàn)? 個，從平均值來看，右側(cè)岸邊各地變化量也比較小。

當(dāng)參證站與設(shè)計站的流域面積相差較大，而流域內(nèi)自然地理?xiàng)l件比較一致，降雨又比較均勻時，可以按照式（1）計算。

式中：Q設(shè)——設(shè)計站洪峰流量或洪水總量；Q參——參證站洪峰流量或洪水總量；F設(shè)——設(shè)計站流域面積；F參——參證站流域面積；n——指數(shù)。

洪水在相對的范圍內(nèi)具有互為因果的特點(diǎn)，因此，對西雙版納河流左右岸各個水文站所涉及的最大洪峰時期的流量進(jìn)行樣本計算，洪峰期流量的均值數(shù)據(jù)分別如圖1 至圖4 所示。

圖1 西雙版納瀾滄江左岸年最大洪峰流量均值與流域面積的關(guān)系

圖3 西雙版納瀾滄江左岸最大洪峰流量均值與流域面積比的關(guān)系

圖4 西雙版納瀾滄江右岸最大洪峰流量均值與流域面積比的關(guān)系

從圖1、圖2 可以看出，洪峰整體流量會隨著面積的遞減而有所減少。通過對曼安水文站最大洪峰流量均值與流域面積比可以看出，西雙版納河流及周圍瀾滄江左岸各個水文站進(jìn)行對比建立關(guān)系，得到了冪函數(shù)指數(shù)。從而看出左側(cè)洪峰流量和流域面積的系數(shù)為2015.8，與對比的曼安站流量值差-2%，指數(shù)n=0.8634。而西雙版納和周邊瀾滄江右岸的洪峰流量和流域面積的系數(shù)為131.38，與勐海站值相差1.3 m3/s，n=0.589。從這些圖和數(shù)據(jù)資料可以看出，水文比擬法是采用了流域較近的距離進(jìn)行對比的，其中引用了暴雨和產(chǎn)匯流所需條件相類似的水文站數(shù)據(jù)作為計算設(shè)計洪水情況的依據(jù)。

圖2 西雙版納瀾滄江右岸年最大洪峰流量均值與流域面積的關(guān)系

2.3.3 暴雨洪水查算方法

查算方法主要是根據(jù)《云南省暴雨洪水查算實(shí)用手冊》中的方法進(jìn)行，短歷時暴雨參數(shù)則是按照《云南省暴雨參數(shù)統(tǒng)計圖集》進(jìn)行查算。

2.3.4 水文手冊查算法

計算方法是根據(jù)《云南省水文手冊》中最大洪峰模數(shù)、最大洪峰、最大洪量變差系數(shù)的方法進(jìn)行計算。

通過與現(xiàn)場勘查情況進(jìn)行綜合測算，暴雨洪水查算法和水文手冊查算法所產(chǎn)生的誤差較大，而在上文所提到的水文站測量分析法和水文比擬法與西雙版納地區(qū)河流實(shí)際情況較為符合。考慮到這些年來西雙版納地區(qū)普遍偏旱，結(jié)合分析調(diào)查的方法和結(jié)果，這兩種分析方法在可控范圍之內(nèi)，所得到的成果也比其他方法更為科學(xué)合理[3]。

3 結(jié)語

根據(jù)西雙版納河流區(qū)域形成暴雨的情況，受到當(dāng)?shù)貧夂虻挠绊?，洪水在時間段的分布上也會呈現(xiàn)出較為明顯的季節(jié)性差異。因此，在行洪能力分析上也會根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛞蛩睾秃樗纬傻臈l件不同，改進(jìn)分析方法，設(shè)計相應(yīng)的對策。

此外，西雙版納河流地區(qū)行洪能力還存在些許問題，例如：①已建成的水文站和規(guī)劃中的水文站對洪水防護(hù)對象的預(yù)警覆蓋率還比較低；②由于西雙版納地區(qū)很多河流處于自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，且大部分處于無人區(qū)，因而無法將雨量站建設(shè)聯(lián)系起來，對整體水文站預(yù)警和雨量的監(jiān)測預(yù)警都會產(chǎn)生比較大的影響；③西雙版納河流所涉及的防護(hù)對象和相應(yīng)河段還存在河道不暢通的情況，嚴(yán)重影響河道行洪能力。這些都是阻礙西雙版納河流行洪能力的影響因素，在設(shè)計行洪能力方案和措施的時候需要著重考慮。

而在西雙版納河流行洪能力分析中可以通過以下措施解決上述問題：①隨著高科技手段的不斷開發(fā)和運(yùn)行，可以將雷達(dá)測雨量的設(shè)施引入自然保護(hù)區(qū)或者無人區(qū)，在無法安裝雨量站的地段安裝雷達(dá)裝置進(jìn)行雨量測量，從而提高該區(qū)域內(nèi)的雨量實(shí)時監(jiān)測能力；②當(dāng)?shù)卣畱?yīng)根據(jù)西雙版納特殊地區(qū)河流行洪能力情況為水文站提供資金補(bǔ)助，用于維修水文站和雨量站的設(shè)備，提高監(jiān)測設(shè)備的暢通率；③動員西雙版納河流及周邊沿河城鎮(zhèn)和村寨居民參與臨村河段的保護(hù)工作，保證臨村河流段的行洪能力不下降；④對于較為重要的防洪河段，整合水文站上游的水文監(jiān)測系統(tǒng)，將搜集的數(shù)據(jù)情況實(shí)時上傳到總數(shù)據(jù)庫，從而提高行洪預(yù)警能力。