新疆阿克蘇市城市防洪規(guī)劃水文計算

□李春梅 □王書峰（阿克蘇水文水資源勘測局）

阿克蘇市轄區(qū)地勢由西北向東南傾斜，西南部印干山區(qū)，海拔在1200～1410m，縱坡1/125～1/1000，面積844.43km2。阿克蘇河洪水、西湖水庫潰壩洪水和印干山山洪下泄受災(zāi)區(qū)域是阿克蘇西城區(qū)，而主要的受災(zāi)區(qū)是位于西城區(qū)的西工業(yè)園區(qū)；柯克亞和臺蘭河附近山洪溝洪水下泄受災(zāi)區(qū)域是阿克蘇東城區(qū)，其中東城區(qū)洪水受災(zāi)是最頻繁的。對阿克蘇市城市有影響的水系包括該流域內(nèi)的河流、洪溝，主要有阿克蘇河、柯克亞河、臺蘭河、柯克亞河與臺蘭河之間的山洪溝、西湖水庫潰壩洪水、城市周邊山洪溝（主要指對西工業(yè)園區(qū)有直接威脅的印干山山洪溝）。對以上6處斷面設(shè)計洪水計算，旨在為阿克蘇市城市防洪工程設(shè)計提供參考依據(jù)。

一、研究區(qū)概況

該區(qū)屬暖溫帶荒漠干旱氣候，流域內(nèi)年平均氣溫9.9℃～11.5℃，極端氣溫分別為43.9℃、-28.4℃。受垂直分帶影響，由北向南，溫度逐漸升高。阿克蘇市的降水分兩部分，一是城市同周邊以南地區(qū)；二是城市以北溫宿境內(nèi)北部山區(qū)，包括柯克亞流域，這部分地區(qū)降水是城市周邊主要河道洪水的來源。

（一）城市附近平原區(qū)降水

城市附近平原區(qū)是干旱型氣候，年平均降水量43.9～65.3mm，降水量主要集中在夏季，最大降水出現(xiàn)在7月，最小月降水量多出現(xiàn)在11、12月，一般占年降水量的0.5%～1.8%。

（二）城市北部山區(qū)柯克亞河和臺蘭河流域降水

氣象特征與城區(qū)迥然不同，帶有半濕潤氣候特征。據(jù)阿克蘇城郊?xì)庀笈_統(tǒng)計，平原區(qū)多年降水量62mm，最大年降水量123.4mm，最小年降水量25.5mm；山區(qū)降水量500～700mm，出山口降水量177.6mm，遠(yuǎn)大于平原區(qū)。

柯克亞河全流域面積1098km2，是阿克蘇河流域范圍的一條小支流，流經(jīng)阿克蘇市東城區(qū)進(jìn)入下游，最后向南跨越多浪渠由喬格塔電站前匯入阿克蘇新大河，全長82km。其中山區(qū)河段長36km，有3條支流，全在干流的西側(cè)。

表1 臺蘭河臺蘭水文站多年平均月水量統(tǒng)計表 單位：108m3

阿克蘇市城市防洪洪水計算斷面是阿克蘇市城西沿城而過的易爾瑪斷面；阿克蘇河西大橋（新大河）水文站；東沿城而過的柯克亞爾河柯克亞爾水文站、卡爾斯亞溝實驗林場大橋、火車站鐵路橋、六團(tuán)公路橋、喬格塔電站。

二、水文測站及基本資料

根據(jù)本次防洪規(guī)劃的需要，選用4處國家基本水文站或?qū)Ｓ盟恼?，作為洪水水文分析計算的主要參證站。各站概況簡述于下：

柯克亞爾水文站：設(shè)立在柯克亞爾河出山口處，距溫宿縣迎賓路以上23.5km，是柯克亞爾河出山口水量控制站，集水面積497.5km2。該站設(shè)立于1956年9月23日，于1958年1月1日撤銷，僅有14個月不完整資料。

臺蘭站：該站設(shè)立于1956年10月，觀測至今，是臺蘭河干流水量控制站。該站位于臺蘭河出山口處，測站以上集水面積1324km2。該站為新疆水文水資源局所轄國家基本水文站，測驗及資料整編嚴(yán)格按國家標(biāo)準(zhǔn)及部頒規(guī)范，資料精度可靠。

西大橋（新大河）站：該站設(shè)立于1951年9月，觀測至今，是阿克蘇河（新大河）干流水量控制站。該站位于阿克蘇市西大橋，測站以上集水面積43123km2。該站為新疆水文水資源局所轄國家基本水文站，觀測項目完整，測驗及資料整編嚴(yán)格按國家標(biāo)準(zhǔn)及部頒規(guī)范，資料精度可靠。

三、各計算斷面的洪峰流量計算

（一）阿克蘇市東城洪水概述

阿克蘇市東城洪水主要來源于柯克亞爾河流域的山前暴雨洪水，暴雨區(qū)域主要集中在柯克亞爾河以東臺蘭河以西之間，東城洪水洪峰流量的形成，從成因上講，與大河不完全相同。影響大河洪峰形成的因素很多，所以洪水的成因復(fù)雜，一條大河可能有多種成因，而東城洪水的洪峰流量則比較突出，靈敏地反映該河流的各項單項因素影響。即洪峰流量對局地暴雨強(qiáng)度的大小和分布的反映特別靈敏，暴雨特征對洪峰流量特征有強(qiáng)烈影響。

（二）卡爾斯亞洪溝實驗林場大橋斷面洪峰流量計算

1.地區(qū)洪峰流量綜合頻率曲線法

受資料條件之限，采用成都科技大學(xué)等三院校合編的《工程水文及水利計算》一書提出的“地區(qū)洪峰流量綜合頻率曲線法”，推求調(diào)查斷面設(shè)計洪峰流量，公式如下：

式中：Qp為設(shè)計洪峰流量（m3/s）；Kp為設(shè)計洪峰流量模比系數(shù)；Qd為調(diào)查歷史洪水洪峰流量（m3/s）；Kd為調(diào)查洪水洪峰流量模比系數(shù),本文采用2007年洪水調(diào)查值254m3/s，模比系數(shù)Kd=3.625。

表2 設(shè)計值頻率 洪峰流量表

2.地區(qū)綜合經(jīng)驗公式法

經(jīng)驗公式是利用南疆幾個地區(qū)已有水文站的資料，將多年平均洪峰流量與主要影響洪峰流量的因素建立經(jīng)驗公式。

本次計算利用南疆巴州至克州8處有實測洪水的中小河流水文站建立的小流域暴雨洪峰流量經(jīng)驗公式進(jìn)行分析計算，其公式為：

式中：Qm為多年平均年最大洪峰流量 (m3/s)；F為控制斷面流域面積(km2)；L為河流長度(km)；J為河道縱坡(‰)；f為流域形狀系數(shù),f=F/L2；Pm為流域多年平均最大24h降雨量(mm)。

用公式求出各設(shè)計頻率的洪峰流量:

式中：Qp—設(shè)計洪峰流量(m3/s)；Kp—皮爾遜Ⅲ型曲線的模比系數(shù)；Qm—多年平均年最大洪峰流量(m3/S)。

（三）依來克溝西蘭其大橋斷面洪峰流量計算

1.地區(qū)洪峰流量綜合頻率曲線法

受資料條件之限，采用成都科技大學(xué)等三院校合編的《工程水文及水利計算》一書提出的“地區(qū)洪峰流量綜合頻率曲線法”，推求調(diào)查斷面設(shè)計洪峰流量，公式如下：

表3 綜合經(jīng)驗公式法計算設(shè)計洪峰流量成果表

式中：Qp為設(shè)計洪峰流量（m3/s）；Kp為設(shè)計洪峰流量模比系數(shù)；Qd為調(diào)查歷史洪水洪峰流量（m3/s）；Kd為調(diào)查洪水洪峰流量模比系數(shù),本文采用2007年洪水調(diào)查值117m3/s，模比系數(shù)Kd=3.625。

表4 設(shè)計值頻率 洪峰流量表

2.直接選配頻率曲線法

對依來克溝調(diào)查的歷史洪水最大洪峰流量進(jìn)行排位，確定其重現(xiàn)期,詳見表5。將歷史洪水資料點繪頻率曲線，推得依來克溝西蘭其大橋斷面設(shè)計洪峰流量，成果見表6。

表5 依來克溝西蘭其大橋歷史洪水排位表

表6 直接選配頻率曲線法計算設(shè)計洪峰流量成果表

（四）其他斷面的洪峰流量計算

1.卡爾斯亞洪溝實驗林場大橋洪水調(diào)查斷面

調(diào)查斷面位于314國道右側(cè)約2km處。在此處施測了1個橫斷面，3處洪痕，縱坡施測50m，比降為0.71%，采用比降面積法推算洪峰流量，依據(jù)河道的河段特性、河床組成等因素，經(jīng)計算，該處調(diào)查流量為254m3/s。

2.卡爾斯亞洪溝火車站鐵路大橋洪水調(diào)查斷面

該處位于314國道南側(cè)，河道基本穩(wěn)定、順直，洪痕清晰。此處施測橫斷面1處，洪痕3處，縱坡施測50m，河床比降為0.69%，采用比降面積法推算洪峰流量，依據(jù)河道的河段特性，河床組成等因素，經(jīng)計算，該處調(diào)查流量為212m3/s。

3.喬格塔電站洪水調(diào)查斷面

該處位于卡爾斯亞洪溝入新大河上游100m，河道基本穩(wěn)定、順直，洪痕清晰。此處施測橫斷面1處，洪痕3處，縱坡施測50m，河床比降為0.69%，采用比降面積法推算洪峰流量，依據(jù)河道的河段特性、河床組成等因素，經(jīng)計算，該處調(diào)查流量為177m3/s。

根據(jù)各斷面洪水調(diào)查的洪峰流量，與卡爾斯亞洪溝實驗林場大橋洪水調(diào)查的洪峰流量進(jìn)行同倍比放大，計算各斷面洪水的設(shè)計洪峰流量，結(jié)果見表7。

表7 卡爾斯亞洪溝各斷面不同頻率下的設(shè)計洪峰流量成果表 （單位:m3/s）

（五）印干山山洪溝水文分析計算

該洪溝匯水面積47.5km2，20年一遇洪峰模數(shù)為0.288，天山北坡20年一遇相應(yīng)洪峰模數(shù)為0.39，伊犁地區(qū)相應(yīng)洪峰模數(shù)為0.16，吐魯番、哈密地區(qū)相應(yīng)洪峰模數(shù)為0.24，從洪峰模數(shù)來看計算成果是合理的。

四、結(jié)語

阿克蘇市城市防洪洪水計算斷面是以阿克蘇市城西沿城而過的易爾瑪斷面；阿克蘇河西大橋（新大河）水文站；東沿城而過的柯克亞爾河柯克亞爾水文站、卡爾斯亞溝實驗林場大橋、火車站鐵路橋、六團(tuán)公路橋、喬格塔電站；臺蘭河臺蘭水文站、依來克溝西蘭其大橋斷面及西工業(yè)園區(qū)上游洪水溝的降雨資料為參證，對阿克蘇市城市進(jìn)行暴雨分析。主要成果體現(xiàn)在以下3點：

第一，采用小流域洪水計算推理公式在前人分析成果的基礎(chǔ)上，使用GIS軟件提取地形圖信息，得到?jīng)_洪溝面積、長度、平均比降等參數(shù)。計算得到各設(shè)計頻率的洪峰流量、沖洪溝出山口斷面各頻率設(shè)計洪峰流量。

第二，根據(jù)阿克蘇水文水資源勘測局實測的斷面資料得到河床平均坡降及選用河床糙率計算防洪各斷面分級流量，建立水位流量關(guān)系，制成水位流量對照表。

第三，根據(jù)已計算的防洪節(jié)點設(shè)計洪水，結(jié)合繪制的各防洪節(jié)點水位流量對照表，計算出各防洪點的設(shè)計洪水位。

［1］馬俊英，劉志輝.新疆干旱區(qū)流域防洪決策支持系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計［J］.新疆大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2002，（3）：354-357.

［2］陸智，劉志輝，閆彥.新疆融雪洪水特征分析及防洪措施研究［J］.水土保持研究，2007，（6）：256-258，261.

［3］王棟，朱元甡.防洪系統(tǒng)風(fēng)險分析的研究評述［J］.水文，2003，（2）：15-20.