新疆地區暴雨洪水特征及成因分析

程 凡

(新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000)

0 引 言

新疆位于E73°40′-E96°18′和N34°25′-N48°10′之間，是中國最大的省級行政區域。新疆地處內陸深處，典型的溫帶大陸性氣候，溫差大，日照時間充足，年日照時間可達2 500～3 500 h。新疆的年平均降水量約為150 mm，降水量少，但各地之間的降水差異很大；它主要包括塔里木河、伊犁河和額爾齊斯河三大河系；降水稀少，氣候干燥，每年都會發生嚴重的極端惡劣天氣。

由于暴雨洪水對人類和城市的破壞性極大，加之新疆經濟相對落后、水資源匱乏，因此分析新疆暴雨洪水的特點和成因，對新疆水資源的利用具有重要意義。

1 暴 雨

項目研究區地處干旱半干旱地區，受其水分輸送條件和特殊的自然地理因素的影響，地區暴雨頻發。盆地上方的主要水源是西風氣流，攜帶冷水和濕水的氣流沿阿拉套山和科古琴山向東進入流域。流域下游夏季氣溫高，氣候干燥，下墊面蒸發強烈，有利于暖氣團的形成。特別是博爾德塔拉谷地附近的低丘地帶，由于準噶爾盆地和博爾德塔拉谷地的高溫高壓、熱量傳遞、溫度氣團的變化，加上地形影響，容易形成鋒面暴雨，再加上植被覆蓋的區域性差異，降雨量較多，往往會導致局部暴雨洪水。參考降水和洪水觀測資料，適當降低區域內暴雨標準，以降水強度≥10 mm/h或≥20 mm/d降水作為暴雨分類標準。

1.1 暴雨成因

該地區有兩個主要的水汽來源，即西部路徑和北部路徑。西部路線來自潮濕的大西洋西風緯向環流。雖然它靠近博爾塔拉河流域，但對流層上部全年都是自由的，幾乎沒有障礙物。一路上，受到黑海、地中海、咸海和大量水汽補充，所以空氣流入博爾塔拉河流域，經常造成降水天氣。北線流經西伯利亞西部，進入博爾塔拉河流域，受西伯利亞冷空氣團控制，主要以冷卻為主，降水很少。每年6-8月份，新疆受南亞大陸熱量低壓影響，天氣變化更加頻繁。據統計，自20世紀60年代以來，流域及附近的中低山區發生了數十起暴雨洪水災害，發生頻率遠高于其他地區。

從地形上看，阿拉套山和科古琴山形成的博爾塔拉山谷有利于水汽在西部的積累，阿拉塔山和科古琴山前的隆起帶形成山谷環流。但這兩個因素阻礙了氣團和鋒面運動，使得山前降水時間延長，降水強度增加。另一個因素是在氣溫熱的變化條件下，沉淀的前幾天暴雨出現交替，植被覆蓋率較低，當天氣好時暴露在陽光的一天，溫度迅速上升，土壤水分蒸發，潮濕的空氣不斷上升的通脹，晚上邊坡快速冷卻，冷濕空氣沿著山坡下沉，熱身底部上升的熱空氣冷卻很容易形成沉淀，如果此時有一股西風的水汽沿著山坡爬升，則更有可能形成靜止鋒和特大暴雨[2]。

綜上分析可以得到，暴雨不僅受天氣系統的影響，還受特殊地形因素的影響。

1.2 暴雨特征情況

1.2.1 年內分布不均，年際間頻發

依照暴雨指標統計歷年各月暴雨發生次數的資料，研究區共包括兩個水文站。1號水文站1959-2016年的58年中，共發生287次較大降水。2號水文站1961-1966年、1979-1993年的21年中，共發生102次較大降水。具體數據見表1。

統計兩站平均每年暴雨發生的次數，1號水文站4.95次/年，2號水文站4.86次/年，兩站每年暴雨發生次數比較接近。在一定的范圍內，暴雨發生次數隨流域下墊面高程增加而逐漸增多。

1.2.2 暴雨量小、歷時短，局部性強

根據資料可以看到，流域降水相對較小，兩個水文站觀測到的最大次降水量也不大，降水持續時間相對較短。從幾次大暴雨的降雨過程中可以推斷，暴雨中心范圍小，局部區域強，從而導致洪水災害。

2 洪水類型、成因及特征分析

該地區洪水主要來自盆地上游的融冰融雪洪水和中低山的暴雨洪水。根據洪水的特征、成因和發生時間，流域洪水可分為3種類型：冰雪融化型、暴雨降水型和混合洪水型。以烏爾達克孜河附近的2號水文站為參考站，對各種洪水的洪水類型、成因及特點進行分析。

2.1 冰雪融水型洪水

烏爾都克賽河冰雪融化洪水主要是由于中高山冰雪融化造成，一般發生在春季和夏季。它比其他洪水發生得早，洪峰流量較小，持續時間較長。這種洪水的發生時間早晚、大小與氣溫上升速度和高溫天氣持續時間密切相關，洪水總量大小取決于前期氣溫回升快慢和高溫天氣持續時間長短情況，同時洪水受氣溫影響，歷時較長。圖1是2號水文站1980年5月8-14日的冰雪融水過程。

由圖1可得到此類洪水特征如下：①洪水過程具有明顯規律的日變化周期；②洪水漲落緩慢，洪峰形狀呈現“矮胖狀”。

2.2 暴雨降水型洪水

在中低山麓丘陵地區，暴雨和洪水較為常見，洪水的發生時間與暴雨的發生時間相吻合。洪水的大小和強度取決于暴雨的大小和強度。根據環流情況和天氣系統的不同，可以將暴雨洪水分為兩類。

第一類暴雨洪水是當一個大的天氣系統與西風環流穿過時，前面的區域是活躍的，低槽或低渦系統深，移動速度慢，還有一個阻塞高壓在東方，有一個低東風氣流輸送水汽，導致大范圍的降水在山區，持續好幾天，通常形成一個大的洪水。

另一類暴雨洪水是由局部環流形成的強對流天氣引起的。這種暴雨多發生在夏季的午后、傍晚或夜間。暴雨分布范圍小，暴雨強度強，持續時間短，多發生在低山麓。此外，暴雨中心區域下墊面植被覆蓋度低，地面坡度大，溝壑縱橫，各河道溝槽出水口靠近集水區，暴雨洪水發生前河道水量較小，且水勢較平穩。這種洪水的特點是匯流迅速、力量兇猛、起落陡峭、洪水曲線呈三角峰形、峰高小、持續時間短。這種洪水一般對水庫的安全影響不大，但能夠帶來大量泥沙，使得水庫大量淤積，對交通道路、橋涵、渠首、渠道等引水建筑物具有較大的破壞力。圖2為2號水文站1984年7月的一場暴雨洪水過程線圖。

由圖2可得到此類洪水特征如下：①暴雨洪水多陡漲陡落，峰形呈尖瘦狀；②暴雨洪水洪峰大小和過程長短與暴雨強度大小、降水時長有關。

圖2 2號水文站1984年7月的一次暴雨洪水過程線

暴雨常發生地區植被稀少，受到暴雨的侵蝕，水流攜帶大量的沙子，鹽分高，有時會在局部地區造成泥石流，甚至引發大規模滑坡。

2.3 混合洪水

混合洪水是指前兩種洪水疊加而成的洪水。由于疊加效應，這種洪水的洪峰流量和總洪量都遠遠大于融雪型洪水和暴雨型洪水。由于混合洪水的組成不同，它具有前兩種洪水的特點，洪峰流量和洪水總量都遠遠超過前兩種單一洪水的特征。圖3為2號水文站1981年7月24-26日混合型洪水過程線。

圖3 2號水文站1981年7月24～26日混合洪水過程線

以上3種類型洪水大多發生于每年的6-8月份。通過對2號水文站夏洪頻次分析發現，烏爾達克賽河年最大洪水發生在7月份的頻次最高，達到57.1%；其次是8月份，為23.8%；最少的是5月份，僅為4.8%。具體數據見表2。

表2 2號水文站夏洪頻次分析

3 結 語

暴雨洪水一直以來對于地區的危害是巨大的，不管是對經濟還是對居民生活都產生著不可估量的影響。本文以新疆地區為研究區域，針對新疆地區的暴雨洪水情況進行分析，通過對新疆研究區暴雨特點、暴雨成因、洪水特點以及洪水成因等方面的詳細分析，為今后暴雨洪水分析與預報、防汛減災等方面，積累豐富的經驗和科學的決策依據，也為相關水利工程建設水文計算分析提供參考依據。