孔雀河第三分水樞紐洪水水文分析

□ 克斯?fàn)枺ㄐ陆鸵艄闼乃Y源勘測(cè)局）

1 概況

孔雀河位于巴州庫爾勒市、尉犁縣、若羌縣境內(nèi)，發(fā)源于博斯騰湖。孔雀河從出湖口至第三分水樞紐主要共有6處水利工程。一是揚(yáng)水站:位于孔雀河出湖口處，1983年正式運(yùn)行，由東、西兩個(gè)泵站組成，是孔雀河的主要河源之一。二是達(dá)吾提閘:位于揚(yáng)水站下游38.05km，他什店（五）水文站上游7.16km處，主要作用是向孔雀河輸水。三是鐵門關(guān)水庫:位于他什店（五）水文站下游9.51km處，其水庫壩址與他什店水文站斷面在同一位置，是一座日調(diào)節(jié)水庫。四是第一分水樞紐:位于鐵門關(guān)水庫壩址（他什店水文站斷面）下游11.33km處，于1968年1月建成，工程規(guī)模屬中（3）型，主要由攔河泄洪閘、左右岸引水渠進(jìn)水閘等組成。五是第二分水樞紐:位于第一分水樞紐下游5.28km處，于1998年10月1日建成，工程規(guī)模屬中（3）型，主要由橡膠壩、泄洪檢修沖砂閘、左右岸進(jìn)水閘等組成。六是第三分水樞紐:位于第二分水樞紐下游32.11km處，于1990年6月建成，工程規(guī)模屬?。?）型，主要由攔河橡膠壩、檢修沖砂閘、左右岸進(jìn)水閘等組成。

2 基本資料情況

孔雀河第三分水樞紐地區(qū)屬資料比較少的區(qū)域，由于上游有哈滿溝的暴雨洪水匯入，本次分析計(jì)算共選用周邊水文、氣象、水管站參證站10個(gè)，其中6個(gè)為水文站，3個(gè)為水管站，1個(gè)為氣象站，選用參證站中石灰窯、他什店（五）、大山口、黃水溝、克爾古提、迪那河水文站均為巴音郭楞水文水資源勘測(cè)局管轄。選用參證站中巴音郭楞氣象站為國家基本氣象站點(diǎn)?？兹负由嫌嗡苷緸樗锬竞恿饔虬鸵艄愎芾砭炙茌牭乃苷尽５夏呛铀苷緸檩喤_(tái)縣水利局管轄的水管站。

3 哈滿溝洪水設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 參證站設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算

由于哈滿溝無實(shí)測(cè)水文監(jiān)測(cè)資料，計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰流量需選取參證站，本次設(shè)計(jì)洪峰流量的計(jì)算選取處于同氣候區(qū)內(nèi)的迪那河、黃水溝、克爾古提水文站作為參證站。

迪那河、黃水溝、克爾古提水文站出山口具有1957-2012年56年水文站實(shí)測(cè)和水管站實(shí)測(cè)的年最大洪峰流量系列資料，采用皮爾遜Ⅲ型曲線按照連續(xù)系列進(jìn)行適線，不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量見表1。

表1 迪那河、黃水溝、克爾古提水文站設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

3.2 哈滿溝入河口設(shè)計(jì)洪峰流量

3.2.1 洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法

受資料條件之限，采用成都科技大等三院校合編的《工程水文及水利計(jì)算》一書提出的“洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法”，推求調(diào)查斷面設(shè)計(jì)洪峰流量

公式如下:

式中:QP—哈滿溝入河口設(shè)計(jì)洪峰流量（m3/s）；KP—設(shè)計(jì)洪峰流量模比系數(shù)；Qd—哈滿溝調(diào)查歷史洪水洪峰流量（m3/s）；Kd—調(diào)查洪峰流量模比系數(shù)。

分別選用大山口、黃水溝、克爾古提、迪那河水文站作為模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法的參證站。采用以上參證站的實(shí)測(cè)洪峰流量樣本，按照連續(xù)系列，編制洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線，據(jù)此求得不同頻率下的KP值。入河口1981年的洪水直接借用溝口的洪水調(diào)查值219m3/s。根據(jù)1981年發(fā)生洪水的重現(xiàn)期66年（1.52%），來推求哈滿溝入河口設(shè)計(jì)洪峰流量，見表2。

表2 哈滿溝入河口設(shè)計(jì)洪峰流量頻率計(jì)算成果表

3.2.2 洪峰模數(shù)法

選用處于同一氣候區(qū)內(nèi)的或產(chǎn)洪方式相近的迪那河、黃水溝、克爾古提水文站作為參證站，利用式（2），計(jì)算出哈滿溝入河口的設(shè)計(jì)洪峰流量。見表3。

表3 洪峰模數(shù)法推求的哈滿溝入河口設(shè)計(jì)洪峰流量一覽表單位:m3/s

計(jì)算公式:

式中:Q—設(shè)計(jì)流域和參證站的設(shè)計(jì)洪峰流量（m3/s）；F—設(shè)計(jì)流域和參證站的集水面積（km2）；n—面積比修正因子。本次采用洪峰模數(shù)法推求設(shè)計(jì)洪峰流量時(shí)，所選參證站和設(shè)計(jì)站存有一定的產(chǎn)洪能力差異，根據(jù)其地形差異、匯流差異、降水特性差異特別是產(chǎn)洪區(qū)集水差異等，迪那河、克爾古提水文站面積比修正因子取值為2/3，黃水溝與哈滿溝流域集水面積差異很大，面積比修正因子取值為1/2。

3.2.3 由設(shè)計(jì)暴雨推理公式法

哈滿溝入河口無降水觀測(cè)資料，不能滿足設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水的要求。因此，本次選擇離哈滿溝入河口最近（相距6km），有長系列降水量資料的他什店（五）水文站為設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪峰流量的參證站。

根據(jù)降水量資料分析，他什店（五）水文站一次降水一般多在4-8h，很少有超過24h的，哈滿溝入河口集水面積較小，為全面匯流，應(yīng)用《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》推理公式中短歷時(shí)（t<=24h）設(shè)計(jì)暴雨來推求哈滿溝入河口設(shè)計(jì)洪峰流量。

3.3 成果合理性分析

哈滿溝洪水資料貧乏，給設(shè)計(jì)洪水計(jì)算帶來了一定的困難，本次采用3種方法對(duì)哈滿溝入河口設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行分析計(jì)算，用以進(jìn)行對(duì)比分析和相互驗(yàn)證。

推薦使用地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法計(jì)算的設(shè)計(jì)洪峰流量成果。由于黃水溝和克爾古提水文站集水面積與哈滿溝入河口以上集水面積差異較大所致，洪峰模數(shù)法推求的設(shè)計(jì)洪峰流量成果可作對(duì)比分析及參考用。設(shè)計(jì)暴雨推理公式法推求設(shè)計(jì)洪峰流量，由于公式中涉及到多個(gè)未確定的參數(shù)，所選用參數(shù)沒有經(jīng)實(shí)測(cè)資料驗(yàn)證，任意性較大，用此法推求成果僅供參考。具體見表4。

表4 哈滿溝入河口不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量表流量單位:m3/s

4 洪峰流量相對(duì)衰減率的確定

巴州水文水資源勘測(cè)局技術(shù)人員分別于2010年1月11日、12日和2013年7月5日，在孔雀河他什店（五）水文站和第一、二、三分水樞紐進(jìn)行了流量測(cè)驗(yàn)。他什店（五）水文站流量測(cè)驗(yàn)在水文站的基本測(cè)流斷面進(jìn)行，利用雙鎖纜車測(cè)流。第一、二、三分水樞紐的流量測(cè)驗(yàn)，分別在分水樞紐下游的橋上測(cè)流。根據(jù)測(cè)流數(shù)據(jù)，進(jìn)行河道洪水衰減率推算。由于此時(shí)水量較大，孔雀河的引水渠道沒有引水，流量無明顯日變化，因此此流量計(jì)算的洪水沿程衰減率可代表各段的洪水沿程衰減率。計(jì)算公式見公式（3）。

P衰減率—上游至下游洪峰流量沿程衰減率；Q上游—上游實(shí)測(cè)流量值；Q下游—下游實(shí)測(cè)流量值；L—各測(cè)流斷面之間的距離。

5 石灰窯水文站設(shè)計(jì)洪水

5.1 實(shí)測(cè)資料法

將石灰窯水文站29年（1954-1982年）連序洪峰流量，運(yùn)用矩法對(duì)系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)估算，選配型頻率曲線。適線時(shí)，側(cè)重考慮上部和中部的點(diǎn)據(jù)。石灰窯水文站年最大洪峰流量設(shè)計(jì)成果見表5。

表5 石灰窯水文站設(shè)計(jì)洪峰流量統(tǒng)計(jì)參數(shù)及成果表流量單位:m3/s

5.2 哈滿溝設(shè)計(jì)值疊加他什店（五）水文站最大洪峰流量

5.2.1 疊加他什店（五）水文站實(shí)測(cè)最大洪峰流量

經(jīng)過對(duì)他什店（五）水文站1982-2012年的實(shí)測(cè)洪水資料進(jìn)行查閱、復(fù)核，確定該站從建站至今的最大洪峰流量為158m3/s，發(fā)生在2002年博斯騰湖經(jīng)孔雀河向塔里木河第四次應(yīng)急輸水期間。

哈滿溝位于他什店（五）水文站下游5.22km處，根據(jù)確定的他什店（五）水文站至第一分水樞紐的洪峰相對(duì)衰減率（0.548%）將他什店（五）水文站最大洪峰流量衰減至哈滿溝入孔雀河處，計(jì)算得衰減后的值為153m3/s。再疊加采用的哈滿溝入河口處設(shè)計(jì)洪水。

5.2.2 石灰窯水文站設(shè)計(jì)洪水

石灰窯水文站位于哈滿溝入孔雀河口處下游11.62km處，根據(jù)確定的洪峰流量相對(duì)衰減率，采用推算公式（4），將設(shè)計(jì)洪峰流量推算到石灰窯水文站處。

Q石—石灰窯水文站斷面不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量；Q他、哈—哈滿溝疊加他什店（五）不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量；S損—他什店（五）至石灰窯水文站之間的洪峰流量相對(duì)衰減率；L—石灰窯水文站至他什店（五）水文站之間距離。

5.3 同頻率設(shè)計(jì)洪水疊加法—疊加石灰窯水文站1954-1982年6-8月最大基流頻率成果

5.3.1 石灰窯水文站1954-1982年最大基流頻率計(jì)算

將石灰窯水文站29年（1954-1982年）6-8月最大的基流樣本，運(yùn)用矩法對(duì)系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)估算，選配型頻率曲線。適線時(shí)，側(cè)重考慮上部和中部的點(diǎn)據(jù)。石灰窯水文站年最大基流設(shè)計(jì)成果（略）。

5.3.2 石灰窯水文站設(shè)計(jì)洪水

哈滿溝入孔雀河河口位于石灰窯水文站上游11.62km處，根據(jù)確定的洪峰流量相對(duì)衰減率，采用推算公式（4），將哈滿溝設(shè)計(jì)洪峰流量推算到石灰窯水文站處。根據(jù)推算到石灰窯水文站的哈滿溝設(shè)計(jì)洪水和石灰窯水文站6-8月最大基流的設(shè)計(jì)頻率成果，按照同頻率疊加，得到石灰窯水文站包含哈滿溝洪水匯入的設(shè)計(jì)洪峰流量。

6 第三分水樞紐設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

6.1 近似天然條件下工程場址設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

天然狀況下工程場址設(shè)計(jì)洪水，從最不利情況出發(fā)，即不考慮十八團(tuán)大渠和庫塔干渠的分洪任務(wù)，孔雀河洪水全部經(jīng)過第一分水樞紐流向第二分水樞紐。

第一分水樞紐位于石灰窯水文站下游4.00km處，根據(jù)確定的他什店（五）水文站至第一分水樞紐之間的洪峰流量相對(duì)衰減率，采用推算公式（5），將石灰窯水文站的設(shè)計(jì)洪峰流量推算到第一分水樞紐。然后根據(jù)確定的第一分水樞紐至第二分水樞紐之間的洪峰流量相對(duì)衰減率，根據(jù)公式（5），將第一分水樞紐的設(shè)計(jì)洪峰流量推算至第二分水樞紐。再根據(jù)確定的第二分水樞紐至第三分水樞紐之間的洪峰流量相對(duì)衰減率，根據(jù)公式（5），將第二分水樞紐的設(shè)計(jì)洪峰流量推算至第三分水樞紐，推算結(jié)果見表6。

表6 天然條件下各斷面不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量表流量單位:m3/s

Q上i—上游斷面不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量；Q下i—下游斷面不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量；S損i—各斷面之間平均每公里洪水衰減率；Li—各斷面之間河道距離；

6.2 工況條件下工程場址設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

工況狀況下，考慮第一分水樞紐處的十八團(tuán)大渠和庫塔干渠分洪任務(wù)，其分洪指標(biāo)按塔里木河流域巴音郭楞管理局制定的《孔雀河防洪預(yù)案》中指出，當(dāng)?shù)谝环炙畼屑~達(dá)到120m3/s時(shí)，十八團(tuán)大渠承擔(dān)23m3/s的分洪任務(wù)，庫塔干渠承擔(dān)27m3/s的分洪任務(wù)，當(dāng)?shù)谝环炙畼屑~達(dá)不到120m3/s時(shí)，不引洪。下游的第二、第三分水樞紐處的引水渠道位于庫爾勒市市區(qū)，屬人口密集地，不承擔(dān)分洪任務(wù)。

根據(jù)確定的石灰窯至第一分水樞紐之間的洪峰流量相對(duì)衰減率，采用推算公式（5），將石灰窯水文站的設(shè)計(jì)洪峰流量推算到第一分水樞紐。然后將設(shè)計(jì)頻率洪水值>120m3/s的減去十八團(tuán)和庫塔干渠的分洪量，得到工況下第一分水樞紐的設(shè)計(jì)洪水。第一分水樞紐以下的引水口再無分洪任務(wù)，根據(jù)確定的第一分水樞紐至第二分水樞紐之間的洪峰流量相對(duì)衰減率，根據(jù)公式（5），將第一分水樞紐工況下的設(shè)計(jì)洪峰流量推算至第二分水樞紐，得到工況下第二分水樞紐的設(shè)計(jì)洪水。

根據(jù)確定的第二分水樞紐至第三分水樞紐之間的洪峰流量相對(duì)衰減率，根據(jù)公式（5），將第二分水樞紐的設(shè)計(jì)洪峰流量推算至第三分水樞紐工況下的設(shè)計(jì)洪峰流量，推算結(jié)果見表7。

表7 設(shè)計(jì)工況下各斷面不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量表流量單位:m3/s