塔里木河流域洪水演進研究進展

張向萍 吳建軍 王遠見

摘要：塔里木河流域洪水多是由暴雨或冰雪融水導致的。開展塔里木河洪水演進的研究有助于優化現有的塔里木河流域防洪預案，直接服務于汛期的防洪管理。通過收集大量文獻資料，結合現有研究成果，針對塔里木河三源流（阿克蘇河、葉爾羌河、和田河）洪水演進研究、塔里木河干流洪水演進研究等進行評述，提出了塔里木河洪水演進研究中需要關注的關健問題：①揭示塔里木河三源流及干流洪水演進規律；②構建塔里木河干流水沙演進數學模型；③提出塔里木河干流防洪安全與洪水資源利用協同調控模式。

關鍵詞：洪水演進；洪水資源；塔里木河流域

中圖分類號：TV122 文獻標志碼：A doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2018.03.007

1 塔里木河流域概況與洪水來源

塔里木河流域位于我國新疆維吾爾自治區南部，北倚天山，西臨帕米爾高原，南靠昆侖山和阿爾金山，流域面積102萬km2（其中國內流域面積99.6萬km2）。該流域三面環山，中心是塔克拉瑪干大沙漠，地勢西高東低。氣候干燥少雨，日溫差大，蒸發強烈，屬于典型的溫帶大陸性氣候區。

塔里木河自身不產流，歷史上塔里木河流域的九大水系均有水匯入干流，受人類活動與氣候變化等影響，車爾臣河、克里雅河、喀什噶爾河、開都河一孔雀河、渭干河等逐漸與塔里木河失去地表水聯系，目前僅有和田河、葉爾羌河和阿克蘇河三條源流向干流供水（見圖1）。

在三條源流中，阿克蘇河是塔里木河干流水量的主要來源區，其次是和田河，葉爾羌河所占的比重最小，但是葉爾羌河的突發性洪水有時也會影響塔里木河干流的洪水。據實測資料統計，從阿克蘇河、和田河、葉爾羌河來的洪水占塔里木河干流阿拉爾站洪峰流量的比重分別為62.2%、36.2%和1.6%，占3d洪量比重分別為54.3%、44.7%和1.0%[1]。

塔里木河洪水多是由暴雨或冰雪融水導致的，按成因可分為4種類型：暴雨型洪水、冰雪融水洪水、冰湖潰決洪水和混合型洪水。

暴雨型洪水和冰湖潰決洪水屬于突發性洪水[2]。突發性暴雨洪水往往與暴雨的范圍、降雨量、歷時和強度等相對應，這類洪水多發生在塔里木盆地北部、天山南坡，南部昆侖山中低山帶亦有出現，其特點是洪峰高、洪量小、漲落快、歷時短，一般對塔里木河源流造成局部危害，對塔里木河干流影響不大。冰湖潰決洪水往往發生快、來勢猛、洪峰高、水量大，難以預報，且歷時短、退水快。

冰雪融水是塔里木河洪水的主要來源，它與產流區積雪和冰川的規模、熱量條件以及源流來洪的時空分布情況密切相關，洪水特點是洪峰高、洪量大、歷時長，一年中有多次洪峰出現，落水慢。

混合型洪水主要是由暴雨洪水和融雪洪水相互疊加形成的[3]。它形成的條件是流域大面積積雪、較強的降雨和較高的地表溫度。按成因可以分為季節積雪融水與暴雨混合洪水、高山冰雪融水與暴雨混合洪水兩種情況。前者多發生在春季或初夏，洪水歷時較長，洪量較大，日變化過程不明顯；后者多發生在夏季，洪峰高，洪量大。

獨特的自然環境導致塔里木河洪水兼具災害和水資源雙重性質。作為一種自然災害，塔里木河洪水沖毀或淹沒農田、村莊、道路和油井，甚至威脅群眾的生命安全，具有很大的危害性。塔里木河沿岸防洪線長、點多、面廣，沿程斷面過流能力不均衡，并且兩岸堤防薄弱。以塔里木河干流為例，干流河段河道全長1321km，但是兩岸堤防不足600km，有近一半河段兩岸無堤防約束。目前受經濟和技術條件的限制，塔河流域至今仍沒有全面實施防洪規劃，每年都要投入大量人力物力防洪。倘若發生一定級別洪水，更是難以應付，極大地加重了新疆塔里木河流域管理局和沿岸群眾的負擔。防洪成為制約塔里木河流域經濟社會發展最嚴重、最緊迫的問題之一。另外，塔里木河流域位于西北干旱區，水資源缺乏，生態環境脆弱，水是維持當地人口、社會、經濟和環境可持續協調發展的一個關鍵因素。在此背景下，研究塔里木河流域洪水演進顯得尤為重要，不僅有助于防洪減災，還有助于根據洪水演進特點和規律來確定洪水資源的利用方向，促使災害洪水向資源洪水轉變。

2 塔里木河洪水發生時間及洪峰型式

塔里木河流域夏季光熱充足，為冰雪融化提供了熱量條件。如果遇到大幅度升溫，或者持續時間較長的高溫天氣，塔里木河流域就極易發生洪水。塔里木河干流的大洪水主要發生在7月下旬到8月上旬，是由冰雪融水和暴雨共同形成的。根據塔里木河進口水文站阿拉爾站多年洪水資料分析：塔里木河干流一般每年汛期發生大小洪水2～4次，發生1000m3/s以上的洪水平均每年2次，流量大于300m3/s的時間平均每年52d，大于600m3/s的時間平均每年21d，一次洪水歷時30d左右[4]（見圖2）。

經實測資料分析，塔里木河干流控制斷面阿拉爾的洪水過程呈單峰型或連續多峰型。雖然塔里木河各源流冰川融水在時間上具有同步性，但是各源流產流條件不同，匯流范圍大小不一，河道長短不一，洪水匯入塔河干流的時間也不一致，這就造成了阿拉爾斷面洪水過程型式的多樣性[1]。如果三源流中某一條源流形成洪水或者三條源流的洪水恰好同時遭遇，那么就形成單峰型洪水，它的特點是洪峰高，洪量大，對塔里木河造成威脅。如果三源流洪水錯時形成，那么就形成連續多峰型洪水過程，這種類型洪水過程一般矮胖，洪峰不高，但洪量較大，歷時較長，洪水沿程削減相對較少，對塔里木河干流威脅較嚴重。

3 塔里木河洪水演進研究進展

目前，關于塔里木河洪水演進的研究主要分為塔里木河三源流洪水演進與塔里木河干流洪水演進兩類。

3.1 塔里木河三源流洪水演進研究

3.1.1 阿克蘇河洪水演進研究

阿克蘇河由托什干河和庫瑪拉克河兩大支流組成，河流全長588km。兩大支流在喀拉都維匯合后，流經山前平原區，在肖夾克匯入塔里木河干流。流域面積6.23萬km2，其中山區面積4.32萬km2、平原區面積1.91萬km2。

蔣艷[5]選取托什干河109場洪水和庫瑪拉克河67場洪水的傳播過程進行分析，認為庫瑪拉克河洪峰流量大于托什干河的，傳播速度也大于托什干河洪水的；庫瑪拉克河各種類型洪水傳播速度由大到小依次為冰川湖潰決洪水Ⅲ（主要發生在主汛期7-8月）、冰川湖潰決洪水Ⅱ（主要發生在主汛期8-9月）、冰川湖潰決洪水Ⅰ（主要發生在非汛期5-6月或10-12月）以及消融洪水。托什干河洪水傳播速度最快的為暴雨洪水，其次為夏季消融型洪水，最后為春季融雪型洪水。就夏季高山冰雪消融型洪水而言，托什干河洪水的傳播速度大于庫瑪拉克河的。若托什干河和庫瑪拉克河同時發生洪水，兩河洪峰時刻相差通常不超過24h，兩場洪峰可能匯合并且同時到達西大橋（新大河）站。同時，她還嘗試應用MIKE11模型中的HD水動力學模塊、NAM降雨徑流模塊和FF實時校正模塊建立了阿克蘇河流域洪水預報模擬系統，并對阿克蘇河流域1999年夏季洪水過程進行預報模擬，對阿拉爾站的水位和流量過程預測模擬取得了較好的效果。

張傳榮[6]分析了阿克蘇河洪水特征，認為托什干河主汛期在5-8月，庫瑪拉克河和阿克蘇河的主汛期在7-8月，庫瑪拉克河對阿克蘇河干流洪水作用更大。

塔里木河流域干流管理局[7]調研發現當庫瑪拉克河協合拉站和托什干河沙里桂蘭克站合成流量在300m3/s以上時，1.5d以后水頭到達塔河干流阿拉爾斷面。

3.1.2 葉爾羌河洪水演進研究

葉爾羌河發源于喀喇昆侖山北麓的拉斯開木河，由主流克勒青河和支流塔什庫爾干河組成，同時有提孜那甫河、克里雅河和烏魯克河等支流匯入，河流全長1165km。流域面積7.98萬km2，其中山區面積5.69萬km2、平原區面積2.29萬km2。該流域處于布古里沙漠和塔克拉瑪干沙漠之間，氣候干燥，蒸發強烈，平原降水少[1]。

葉爾羌河是一條洪水多發型河流，也是新疆境內洪峰流量最大的河流，實測最大洪峰流量6270m3/s。葉爾羌河洪水動態規律極為復雜，王景榮[8]、陳亞寧[9]指出葉爾羌河災害性突發洪水系由冰川阻塞湖泄洪所導致，并總結了它的發生規律：①大部分突發性洪水由葉爾羌河上源的克亞吉爾特索湖迅速排水所致；②洪水多出現在8月底至9月中旬，遲于年內最高氣溫出現日期。丁輝等[10]根據1954年以來50多年的洪水資料，分類總結了葉爾羌河洪水發生規律。

艾海提·依迪熱斯[11]、李德祥[12]將葉爾羌河的洪水分為冰雪消融型洪水、冰川“潰壩型”洪水、暴雨型洪水和混合型洪水，并總結了每種洪水的發生特征。冰雪消融型洪水洪峰年際變化小，發生時間集中在6-9月，與升溫過程密切相關，有明顯的日變化，洪水歷時長，起漲平緩，峰型多為復式，洪水沿程衰減率較小。冰川“潰壩型”洪水峰值年際變化大；時程分布特別，漲落迅速，過程較短，場次洪水總量不大，大洪水峰型單一，沙峰高，沙量大，洪水沿程衰減率較大。暴雨型洪水發生時間集中，較大洪水基本發生在7月中旬至8月下旬，洪水峰值較“潰壩型”洪水低，洪水過程單一，陡漲陡落，洪水歷時較消融型短，洪水被迅速坦化，沙峰高，沙量大。混合型洪水主要是暴雨洪水與冰雪消融型洪水遭遇或者冰川“潰壩型”洪水與冰雪消融型洪水遭遇，特征是在有規律的流量日變化過程線上疊加一尖瘦的降水洪峰，洪水峰高量大，歷時長。

3.1.3 和田河洪水演進研究

和田河上游有分別發源于昆侖山和喀喇昆侖山北麓的玉龍喀什河和喀拉喀什河，干流全長319km。流域面積4.93萬km2，其中山區面積3.80萬km2、平原區面積1.13萬km2。和田河干流流經塔克拉瑪干大沙漠腹地，氣候干燥，降雨稀少，蒸發劇烈，徑流主要來自上游兩條支流。和田河洪峰流量和洪量大小取決于兩大支流的匯流狀況。

塔里木河流域干流管理局[7]提出和田河當烏魯瓦提出庫和同古孜勒克合成流量在500m3/s以上時，5d以后水頭到達塔河干流阿拉爾斷面。祖力波亞·伊力哈木等[13]將和田河洪水分為春季洪水和夏季洪水，其中80%為夏季洪水。他還將和田河支流喀拉喀什河的洪水分為冰雪融水型洪水、暴雨型洪水、冰雪融水和暴雨混合型洪水。左敏等[14]基于MODIS對和田河夏季漫流進行監測分析，認為和田河中下游漫流已經到了相當嚴重的程度。程鵬等[15]、田家巾[16]分別對1999年和2015年和田河特大洪水成因進行分析，認為兩次洪水都是暴雨和冰雪融水混合型洪水。

鑒于塔里木河流域自然環境的獨特性和三源流洪水發生條件的特殊性，以及該區域研究資料少、研究難度大，目前關于塔里木河三源流洪水演進的研究還不多。在三源流洪水演進研究中，關于阿克蘇河的研究稍多，其次是葉爾羌河，和田河最少。在研究內容上，側重對洪水的成因和特征進行描述和總結；在技術手段上，偏重對洪水資料的統計分析，利用數值模擬、遙感等手段也成為一個趨勢。但是，既缺乏長序列、長河段洪水演進的研究，又缺乏典型年份洪水案例的研究。

3.2 塔里木河干流洪水演進研究

塔里木河干流開始于三源流的交匯處——肖夾克，歸宿于臺特瑪湖，全長1321km，流域面積1.76萬km2。塔里木河干流按地貌特點可以分為三段：肖夾克至英巴扎為上游，河道順直，洪水流經該河段時水量大幅削減，大洪水時能削減60%左右；英巴扎至恰拉為中游，河道彎曲，漢道多，河段過流能力較弱，洪水期能耗散英巴扎斷面90%以上水量；恰拉至臺特瑪湖為下游，河床穩定、順直，各段河道特性見表1。

據阿拉爾站實測資料，塔里木河歷史最大洪峰流量發生于1956年，阿拉爾站洪峰流量達2520m3/s。在塔里木河干流洪水傳播過程中，中水以上持續時間較長。受洪水漫溢及引水影響，洪峰在向下游傳播過程中逐漸減小，峰形逐漸坦化，傳播時間拉長。據塔里木河流域干流管理局2016年調研，河道洪水自阿拉爾傳播至恰拉需要9～25d，到恰拉斷面基本不存在明顯的洪峰。

胡春宏等川對1966年、1982年、1983年、 1984年、1994年、1995年、1998年和1999年汛期沿程各站的洪水過程線進行分析，阿拉爾站洪水至新其滿站時尚能保持峰形，但至烏斯滿河口時，已失去原有洪水過程的形狀。阿拉爾站流量超過400m3/s時，烏斯滿河口處的流量均為200m3/s左右，變化很小。

李偉佩等[4]從洪水傳播時間、洪峰削減和洪量損失幾個方面分析了1966年和1999年塔里木河干流洪水演進特征。王亞軍[17]以塔里木河上游的洪泛區為研究對象，利用洪水水文水力學、數學模型和GIS洪水仿真模型模擬了塔里木河上游的洪水演進過程，實現了洪水的可視化管理。

關于塔里木河干流洪水演進的研究比三源流的稍多，但同樣偏重于對現象的描述和對一些實測水文資料的統計分析，基于MIKE、GIS、水沙數值模擬等現代技術對塔里木河干流洪水過程進行模擬的研究剛剛起步，關于水沙長序列和典型年份洪水演進模擬和預測的研究依然缺乏。

3.3 塔里木河洪水資源化利用研究

洪水是一種自然災害，但同時它還具有資源的屬性和功能。如果對洪水進行有效的統一管理并加以合理利用，尤其是在干旱的塔里木河流域，發揮經濟、社會、環境和生態等方面的效益，那么它就會由災害洪水轉化為資源洪水。

目前，關于塔里木河流域徑流和水資源合理利用及配置的研究不少，但是關于洪水資源化利用的研究還很有限。王寶玉[3]初步總結了塔里木河洪水資源利用情況，提出了洪水資源利用的方向，包括：建設山區控制性水庫，攔蓄洪水；整治寬淺河道，修筑兩岸堤防，提高輸水效率；保持中小洪水集中輸水，滿足必要的下游生態需水要求，引水渠道設計中考慮引洪灌溉因素，適當加大引水規模；有條件的地區可進行引洪回灌，補償地下水；開展塔里木河全流域水量統一調度，利用開都河汛期來水，攔蓄洪水向下游尾閭輸水。

4 未來塔里木河洪水演進研究需要關注的關鍵問題

基于以上探討，筆者認為未來塔里木河洪水演進研究中需要關注如下關鍵問題。

（1）揭示塔里木河三源流及干流洪水演進規律。掌握洪水演進規律是模擬和預測洪水過程的前提。根據現有實測水文資料，結合現場查勘，研究塔里木河流域三源流（阿克蘇河、和田河與葉爾羌河）及干流不同流量級洪水位變化、洪峰傳播時間和洪峰流量沿程變化等方面的規律，為構建塔里木河干流水沙演進數學模型、提出現狀條件下塔里木河三源流及干流河道洪水演進模式、開展洪水預報和預測未來塔里木河洪水演進過程提供依據。

（2）構建塔里木河干流水沙演進數學模型。基于塔里木河三源流及干流洪水演進規律，結合塔里木河干流主河道斷面沖淤數據、水沙輸移數據，計算干流河道輸水輸沙能力，提出適用于塔里木河干流的平灘流量、挾沙力、動床阻力計算方法和適合塔里木河干流的挾沙能力公式、糙率公式，構建準確實用的塔里木河干流水沙演進數學模型，提出塔里木河三源流及干流河道洪水演進模式，為實施不同類型、不同量級洪水預報提供平臺。

（3）提出塔里木河干流防洪安全與洪水資源利用協同調控模式。基于構建的塔里木河干流水沙演進數學模型，針對不同量級、不同來源、不同時段、區段和場次的洪水分別展開洪水演進計算，在考慮兩岸生態補水條件下，提出現狀條件下塔里木河干流防洪安全與洪水資源利用的協同調控模式，優化塔里木河流域現有的防洪預案并直接服務于汛期的防洪管理，為塔里木河防洪管理提供技術支撐。

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