烏魯木齊市達坂城區(qū)黑溝河小流域治理工程設計洪水計算

高俊雙，楊 晗

(1.廣州市水利科學研究所，廣州100055;2.嫩江尼爾基水利水電有限責任公司，黑龍江嫩江161005)

1 前言

黑溝河地處新疆烏魯木齊市達坂城地區(qū)柴窩堡－達坂城盆地中，北倚東天山北麓博格達峰，南面為天山中段山脈天格爾山，東面為喀拉塔格山，流域三面環(huán)山，西面開闊呈半封閉狀態(tài)。

黑溝河發(fā)源于東天山博格達峰南坡，由北向南流。上游出山口以上有4條支流分布于左右岸，黑溝河為主河道，流域形狀呈扇形，河源與博格達峰南坡冰川群相連。各支流匯合后沿長7 km左右的山谷至出山口;出山口后呈散射狀進入達坂城谷地農(nóng)業(yè)區(qū)。黑溝河渠首(水文巡測站斷面)以上河長24 km，集水面積172 km2，河道平均坡降98‰;黑溝渠首以下至與阿克蘇河交匯處河長34.28 km，河道比降為1.7% ～3.6%。

黑溝河坡陡流急。由于受盆地內(nèi)水文地質(zhì)條件影響，山區(qū)地表水在運移過程中滲漏較大，地表水、地下水經(jīng)多次轉(zhuǎn)化，在達坂城區(qū)東南以泉水形式復出，匯入白楊河。

2 洪水類型及洪水特性

黑溝河流域的洪水成因主要是冰川融水和汛期的暴雨。洪水類型有融雪(冰)型洪水、暴雨洪水及暴雨與融雪混合型洪水。

2.1 融雪(冰)型洪水

“三河”流域發(fā)源于博格達峰南坡高山帶，這里降水量較豐沛，現(xiàn)代冰川發(fā)育，黑溝河冰川覆蓋率為11.5%，因而每當夏季氣溫連續(xù)上升，便出現(xiàn)融冰型洪水。這類洪水的主要特征是日變化明顯，對于某個固定斷面，峰谷出現(xiàn)時間較有規(guī)律;此類洪水與氣溫變化、冰川面積、積雪變化情況等有密切的關聯(lián)性，一般融雪(冰)型洪水規(guī)模小。

2.2 暴雨型洪水

博格達山位于西風帶，主要影響其降水的是西北氣流，據(jù)中科院考察:由于渦動氣流的影響，博格達峰南坡降水不少于北坡，且集中于夏季，因而夏季常出現(xiàn)暴雨洪水。暴雨型洪水的主要特征是峰高量小歷時短，漲率大，峰顯時間不固定，洪水常挾帶大量懸移質(zhì)和漂浮物。

2.3 暴雨與融雪(冰)混合型洪水

暴雨與融雪(冰)混合型洪水多發(fā)生在夏季6、7、8這3個月，因為高溫天氣與降水都集中于夏季。該類洪水的特征是在有規(guī)律的冰川融水基礎上疊加一個尖瘦的暴雨洪峰，峰高量大，歷時較長，漲勢迅猛，突發(fā)性強，常構(gòu)成洪水災害。

黑溝河洪峰出現(xiàn)于7月底至8月初，而11月底至次年4月的流量較小。

3 設計洪水計算

黑溝河渠首洪峰流量資料系列較短，建立黑溝河渠首與英雄橋水文站洪峰流量相關關系，其相關系數(shù)0.871。利用英雄橋水文站洪峰流量插補黑溝河渠首洪峰流量，延長年數(shù)未超過實測年數(shù)的50%，延長后黑溝河渠首洪峰流量系列1977～2008年共計32 a。建立的相關關系物理成因概念清晰、實測點據(jù)較多，相關程度較高，插補值在系列中沒有突出偏大、偏小現(xiàn)象。

1977～2008年連續(xù)32 a洪峰流量系列，加入歷史調(diào)查洪水作為特大值，進行頻率計算，計算結(jié)果見表1，流量相關圖見圖1。

表1 渠首站洪峰流量頻率計算成果表m3/s

圖1 英雄橋站與黑溝洪峰流量相關圖

4 計算節(jié)點設計洪水推求

在河流節(jié)點起始位置和計算節(jié)點末端布設相應的調(diào)查斷面，以計算節(jié)點起始位置和計算節(jié)點末端的洪水流量為控制，進行同場次洪水的衰減率計算，求得單位河長衰減率。

由于黑溝河沒有進行過洪水衰減的實驗工作，上下游洪峰流量衰減分析采用烏魯木齊河的實測資料進行分析。根據(jù)歷年觀測分析及實地考察，烏魯木齊洪水主要形成于高山地區(qū)。從大西溝河源起，沿途各支流洪水不斷匯入，出山口后進入散失區(qū)即沿途下滲衰減。自英雄橋站至烏拉泊站48 km河道，洪水沿程大量下滲損失，建立烏魯木齊河英雄橋站與烏拉泊站相應洪水系列，見表2。

表2 英雄橋站與烏拉泊站相應洪峰流量對照表

根據(jù)洪水沿程衰減損失情況可知，連續(xù)發(fā)生數(shù)日洪水時，出山口以后下墊面中含水量的增加，相對衰減量會逐漸減少。

依據(jù)表2英雄橋站與烏拉泊站相應較大的15場次洪水的洪峰流量進行分析，相對衰減率35.9%，相對衰減率0.747%/km2;絕對衰減量51.6 m3/s/km2，絕對損失量1.08 m3/s/km2。

依據(jù)黑溝河洪水沿程衰減的特點，采用相對衰減率0.747%/km2，由黑溝渠首斷面設計洪水成果乘以洪水衰減率，求得河道治理工程位置設計洪水成果，見表3。

表3 黑溝河河道治理工程節(jié)點設計洪水結(jié)果表

圖2 黑溝河渠首站洪峰流量頻率計算圖

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