桂江中游平樂水文站洪水時程分布及組成規律分析

吳立愿

（廣西壯族自治區水文中心，南寧 530023）

0 引言

桂江是珠江流域西江水系左岸一級支流，流域面積1.87萬km2，平樂水文站是桂江中游控制站，其集水面積為1.22萬km2，斷面以上流域面積大于500 km2的支流有4條，左岸支流有田家河、恭城河，右岸有甘棠江和荔浦河，斷面以上有青獅潭、斧子口、小溶江、川江、峻山、巴江口等大中型水庫。1952—2020年近70年間，共有38年發生超警洪水，占比55%，1954、1956（5、6月份共出現2場）、1976、1978、1992、1996、2002、2005、2008、2017、2020年共11年出現12場大于8690 m3/s的洪水（依據珠江委設計洪水成果應用建議，平樂水文站5年一遇洪水對應流量為8690 m3/s），2000年以后發生中等洪水的頻次顯著上升[1]，有必要對桂江中游的洪水時程分布及組成規律進行分析。

現圍繞桂江中游的洪水的研究分析比較少，黃運才，吳曉紅[2]對桂江平樂1978年5月與1954年4月的洪水進行比較分析，駱艷珍[3]對桂江平樂1978年5月與2008年6月的暴雨洪水進行比較分析，均是針對兩場大洪水進行總結分析，存在一定的的局限性。在組成規律的研究上，熊瑩[4]對長江上游干支流洪水組成與遭遇進行了研究，陳立華等[5]在2018年對西江流域梧州站干支流洪水組成及遭遇規律進行了研究。

在以往研究的基礎上，采用水文學分析法從暴雨分布、洪水組成、洪水傳播時間以及洪水量級等方面，分析其洪水組成及遭遇規律。

1 桂江中游洪水年內分布特征及年代際特征

1.1 年內分布特征

1952—2020年桂江平樂水文站年最大流量發生在各月次數和比重如表1所示。從表1可知，桂江從4月份開始進入汛期，洪水多發生在5～7月，超過70%的年最大流量出現在5、6月。其中發生中等以上洪水的月份為1954年4月、1956年5月、1956年6月、1976年7月、1978年5月、1992年7月、1996年4月、2002年6月、2005年6月、2008年6月、2017年7月、2020年6月，20世紀中葉至末期中等以上洪水在4～7月均有出現，21世紀以來則主要出現在6月份。

表1 桂江平樂水文站年最大流量發生月份頻次統計表

1.2 序列分析

1.2.1 趨勢性分析

對桂江平樂水文站1952—2020年年最大流量資料序列采用坎德爾（Kendall）秩次相關檢驗[6、7]、游程檢驗[8]兩種方法進行趨勢性分析。兩種統計檢驗中都顯示無趨勢，則認為該序列無趨勢性。

桂江中游平樂水文站1952—2020年共有38 a發生超警洪水，占比54.3%；發生中等以上洪水的年份分布則具有不均勻性特征，1954年出現1場，1956年2場，出現在1957—2000年的僅為4場，2000年以后的有5場，2000年以后中等洪水的發生概率顯著上升。桂江平樂水文站年最大流量過程線見圖1。

圖1 桂江平樂水文站年最大流量過程線圖

1.2.2 周期性分析

采用小波分析法[9]對桂江平樂水文站1952—2020年年最大流量資料序列中的周期項進行識別，小波分析法是將年最大流量資料序列看成是由不同周期的規則波動迭加而成，在分離周期時逐步分解出一些比較明顯的周期成分，然后疊加起來作為該序列的周期項。經分析，桂江平樂水文站的年最大流量資料序列具有周期性，第一周期長度為22 a，第二周期長度為28 a，第三周期長度為30 a。桂江平樂水文站年最大流量序列周期分析見圖2。

圖2 桂江平樂水文站年最大流量序列周期分析圖

1.2.3 年代際分布特征

計算每個年代的年最大流量均值，再與歷年均值相比，1950年代～2010年代與歷年均值的距平分別為：3.2%、-4.5%、9.4%、-7.1%、1.7%、6.1%、2.9%，即明顯偏大（大于5%）的有1970年代和2000年代，明顯偏小（小于5%）的有1980年代，其次是1960年代。桂江平樂水文站年最大流量年代際柱狀圖見圖3。

圖3 桂江平樂水文站年最大流量年代際柱狀圖

2 桂江平樂水文站干支流洪水頻率及遭遇分析

桂江平樂水文站10 a一遇以上的5場洪水是1954年4月、1956年6月、1978年5月、2008年6月、2020年6月洪水，其中1954年4月與1956年6月洪水，桂林水文站和陽朔水文站缺乏歷史流量資料，可以從收集到的桂林、荔浦、恭城、平樂4站的降雨情況進行分析。對上游各水文站的洪水頻率逐場進行分析，統計結果見表2，桂江平樂水文站的10 a一遇以上的洪水基本是上游干支流來水共同影響，平樂站的洪水量級以大于上游各站的洪水量級居多，分述如下：

表2 桂江中游10 a一遇洪水各站最大流量及重現期統計表

（1）1954年4月暴雨洪水：上游桂林站以上的降雨與1978年5月相當，按照雨洪同頻考慮，即桂林站的洪水量級為5 a一遇，支流恭城河的洪水超過10 a一遇，荔浦河的洪水超2 a一遇，由于干支流洪水遭遇疊加，平樂水文站的洪水接近20 a一遇。

（2）1956年6月暴雨洪水：上游桂林站以上的降雨較1978年5月、2008年6月的降雨小，即桂林站的洪水量級小于5 a一遇，支流恭城河的洪水為10 a一遇，荔浦河的洪水超5 a一遇，平樂水文站的洪水為10 a一遇。

（3）1978年5月暴雨洪水：上游桂林站的洪水量級為5 a一遇，陽朔站的洪水量級為10 a一遇，支流恭城河的洪水為接近20 a一遇，荔浦河的洪水超5 a一遇，平樂水文站的洪水接近20 a一遇，干流和支流恭城河的來水比重約為85%。

（4）2008年6月暴雨洪水：上游桂林站的洪水量級為5 a一遇，陽朔站的洪水量級為10 a一遇，支流恭城河的洪水為10 a一遇，荔浦河的洪水超2 a一遇，平樂水文站的洪水接近20 a一遇，干流和支流恭城河的來水比重約為80%。

（5）2020年6月暴雨洪水：上游桂林站未有明顯洪水，陽朔站的洪水量級為超過5 a一遇，支流恭城河的洪水小于5 a一遇，荔浦河的洪水小于2 a一遇，平樂水文站的洪水接近20 a一遇。

3 洪水類型及典型年分析

3.1 洪水類型及典型年分析

按致洪的暴雨分布、時程分配以及干支流洪水組合綜合分析，可將洪水類型分為上游型、中游型、下游型、區間型、全流域型等類型的洪水，從5場10 a一遇以上的洪水分析，桂江平樂水文站的洪水大多屬于全流域型洪水。

（1）1954年4月暴雨洪水：暴雨可分為兩小場暴雨，暴雨走向為先干流后支流、先上游后支流，洪峰與暴雨對應呈現雙峰型前鋒大后峰小，洪峰流量分別為11 200、8510 m3/s，屬全流域型洪水。

（2）1956年6月暴雨洪水：降雨為全流域降雨和支流追峰雨疊加，即1956年6月15日全流域降暴雨，6月16日其余區域雨勢減弱，支流恭城河繼續降暴雨，洪峰呈現單峰型，洪峰流量為10 100 m3/s，屬全流域型洪水。

（3）1978年5月暴雨洪水：與1954年4月比較類似，暴雨也可分為兩小場暴雨，暴雨走向為先干流后支流、先上游后支流[3]，洪峰與暴雨對應呈現雙峰型（前鋒大后峰小），洪峰流量分別為11 400、9340 m3/s，屬全流域型洪水。

（4）2008年6月暴雨洪水：分為兩小場暴雨，次雨峰在前主雨峰在后，降雨量上游大下游小，全流域降雨疊加，第一場降雨起到提高江河底水及滋潤土壤的作用，使后一場降雨的產流量增加，洪峰呈現雙峰型（前鋒小后峰大），洪峰流量分別為4340、11 500 m3/s，屬全流域型洪水。

（5）2020年6月暴雨洪水：分為兩小場暴雨，第一場降雨出現在6月6日～7日，為上游小，中游區間大，造成平樂站出現洪峰，平樂水文站的洪峰呈現單峰型，洪峰流量為11 300 m3/s，屬中游區間型洪水；第二場降雨出現在6月8日～10日，主要集中在上游，由于桂江上游青獅潭、小溶江、斧子口、川江4座水庫攔蓄洪水明顯，最大攔洪流量達3450 m3/s，有效降低桂林水文站洪峰水位和流量，該站出現最大流量為2680 m3/s，上游的洪水不斷坦化且區間雨量小，洪水傳遞至平樂水文站，平樂水文站只出現小幅復漲，經還原計算，如無水庫調蓄錯峰影響，平樂水文站的洪峰將呈現明顯的雙峰型，第2個洪峰流量約為7000 m3/s。

3.2 2020年6月暴雨洪水

3.2.1 暴雨

受高空槽、切變線和弱冷空氣共同影響，2020年5月29日～6月10日，我區遭受連續性強降雨過程，雨區高度重疊，柳州、桂林、河池等地大部降大到暴雨，其中6月6日～7日，桂江中上游出現強降雨過程，荔浦、陽朔、臨桂、恭城、平樂等地降大暴雨至特大暴雨。桂林市2020年6月5日～8日面雨量圖見圖4。桂江平樂水文站斷面以上面平均降雨量180.2 mm，其中桂江陽朔水文站斷面以上面平均降雨量127.9 mm，荔浦河荔浦水文站斷面以上面平均降雨量96.5 mm，恭城河恭城水文站斷面以上面平均降雨量293.7 mm，大旺河雙和水文站斷面以上面平均降雨量88.5 mm，陽朔—荔浦—雙和—恭城區間面平均降雨量205.9 mm。

圖4 桂林市2020年6月5日～6月8日面雨量圖

6日，桂江平樂水文站斷面以上面平均降雨量118.5 mm，陽朔縣高田鎮界底站日雨量達343.5 mm，荔浦市雙江鎮廣渡站日雨量達313.5 mm，7日，桂江平樂水文站斷面以上面平均降雨量61.7 mm，其中荔浦市馬嶺鎮大沖口站日雨量達196.5 mm，陽朔縣高田鎮高田站日雨量達153 mm。8日～10日，強降雨轉移至桂江上游與洛清江上游，受上游4座水庫影響，此時的降雨已對桂江中游的洪峰無影響。

最大1 h雨量為陽朔縣高田鎮陽朔龍潭站92 mm（7日05時～06時），最大3 h雨量為陽朔縣金寶鄉古洞塘站181 mm（6月7日04時～07時），最大6 h雨量為荔浦市雙江鎮龍坪站280.1 mm（6月7日05時～11時），最大12 h雨量為陽朔縣高田鎮高田站351.0 mm（6月7日0時～12時），最大24 h雨量為荔浦市雙江鎮龍坪站455.5 mm（6月6日18時～7日18時），最大48 h雨量為荔浦市雙江鎮龍坪站475.0 mm（6月6日09時～8日09時）。暴雨中心主要位于中游右岸的荔浦、陽朔，最大24 h降雨量超過300 mm的有24個站，荔浦市雙江鎮龍坪站455.5 mm（6日18時～7日18時）、陽朔縣高田鎮高田站434.0 mm（6日18時～7日18時），重現期均超100 a一遇。

3.2.2 洪水

桂江支流馬嶺河（廣西荔浦市）出現50 a一遇特大洪水，桂江平樂縣平樂水文站于6月6日20時起漲，起漲水位97.61 m，相應流量2780 m3/s，至6月8日01時出現105.87 m的洪峰水位，漲幅達8.26 m，超警6.37 m，為接近20 a一遇洪水，是1936年建站以來第二大洪水（建站以來最高水位是2008年6月13日106.09 m，最大流量11 500 m3/s）。桂江平樂水文站2020年6月洪水過程線圖見圖5。

圖5 桂江平樂水文站2020年6月洪水過程線圖

3.2.3 洪水組成

按上游洪水傳播時間分析平樂水文站洪水組成，桂江陽朔水文站來水占比43%。對于陽朔水文站的洪峰，桂林水文站來水占比17%，桂林—陽朔區間來水占比83%，陽朔的來水主要為桂林—陽朔區間來水，荔浦河荔浦水文站占比2%，恭城河恭城水文站占比25%，陽朔—荔浦—恭城區間來水占比30%。

從降雨、洪水等綜合分析，2020年6月洪水屬于中游區間型洪水，為桂林水文站以下至平樂水文站區域暴雨造成的洪水。

3.3 水利工程影響

桂江平樂水文站以上的水庫運行情況：青獅潭水庫在20世紀20年代末投入使用，峻山、巴江口在本世紀初投入使用，斧子口、小溶江、川江3座水庫在2015年左右投入使用。水利工程對河道來水的影響越來越明顯，如2019年6月上旬，桂江上游青獅潭、斧子口、小溶江和川江4座水庫削峰量達3000 m3/s，使桂江上游近100 a一遇的特大洪水削減為10 a一遇中洪水，陽朔及以下河段均未超警。對于2008年6月洪水，青獅潭水庫攔洪1.6億m3，恭城河峻山水庫攔洪0.45億m3，均發揮了攔洪削峰作用。2008年6月洪水期間，受特大暴雨影響，沙子溪水庫（陽朔縣高田鎮樂響村委沙子溪村南偏東1 km處，總庫容25.93萬m3，是一座集防洪、灌溉等綜合利用的小（2）型水庫）6月7日上午出現潰壩[2]，增加了區間的來水量，抬高了洪峰水位；如果無桂江上游4座水庫攔洪削峰，桂江平樂水文站洪峰將為雙峰型（前鋒大后峰小）。

4 結論

（1）1952—2020年桂江中游洪水多發生在5～7月，超過70%的年最大流量出現在5、6月，21世紀以來的中等以上洪水則主要出現在6月份，2000年以后中等洪水的發生概率顯著上升。

（2）桂江平樂水文站1952—2020年年最大流量資料序列無趨勢性，但有周期性。

（3）1952—2020年桂江中游10 a一遇以上洪水除2008年6月的洪水屬于桂林至平樂中游區間型洪水外，其余多數為全流域性洪水。

（4）在水文分析預報及防汛過程中，要充分考慮水利工程的影響。