天山南坡柯坪河設(shè)計洪水分析

趙宏濤

（水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計研究院 新疆 烏魯木齊 830000）

1 流域概述

柯坪河流域位于新疆天山南脈黑爾塔格山（又名柯爾塔格山）南麓，地理位置介于東經(jīng)77°00′～79°05′，北緯40°20′～40°55′之間，行政隸屬阿克蘇地區(qū)柯坪縣。流域北部以黑爾塔格山為界與托什干河相鄰，流域南部以孔卡山為分水嶺與塔里木盆地西北邊緣相接，流域西部與恰克馬克河、布谷孜河相望，柯坪河經(jīng)出山口后由西向東穿過柯坪縣，最后匯入阿恰河。

柯坪河流域地勢北高南低、西高東低，全流域分北部山區(qū)和南部盆地兩部分。北部黑爾塔格山海拔在3400m左右，無常年積雪，基本無植被覆蓋，為陡峭山區(qū)；南部為由南向東南傾斜的盆地，高程在1600m～2400m之間，地面多為礫石戈壁覆蓋。

柯坪河主要是由泉水匯集而成[1]，但其出山口以上流域面積（4428km2）較大，又值暴雨高值區(qū)，當(dāng)上游山區(qū)發(fā)生暴雨時，時常產(chǎn)生暴雨洪水，危及下游柯坪縣城安全，但該流域無水文站長期控制，其設(shè)計洪水一直無明確統(tǒng)一的計算成果。

2 氣候、暴雨及洪水特性

2.1 氣候特性

柯坪河流域地處塔里木盆地的西北邊緣[2]，是西南天山支脈南麓中低山區(qū)?？缕汉恿饔驓夂蛱攸c是西、南部山區(qū)冬暖夏涼熱量不足，無霜期較短，冬季有逆溫帶，山區(qū)無終年積雪；流域中部盆地為溫帶干旱區(qū)，光熱資源豐富，日照充足，多風(fēng)沙，降水稀少，蒸發(fā)較大，氣候干燥，屬于典型的北溫帶大陸性干旱氣候。

2.2 降水及暴雨特性

柯坪河流域地勢北高南低、西高東低，受地形影響，流域內(nèi)年降水量地區(qū)分布較不均，由西北山區(qū)向東南盆地逐漸減少。據(jù)柯坪氣象站1960年～2009年降水資料統(tǒng)計，多年平均降水量為93.6mm，最大1日降雨量為73.8mm（2009.8.19）；降水主要集中在夏秋季節(jié)，連續(xù)最大5個月降水量出現(xiàn)在5月～9月，占多年平均降水量的83.7%；7月份是降水最大的月份，占年降水量23.1%；冬季11月是降水量最小的月份，占年降水量0.4%。

柯坪河流域位于黑爾塔格暴雨高值區(qū)，暴雨主要發(fā)生在5月～9月，根據(jù)柯坪氣象站的降雨資料統(tǒng)計，單次暴雨總歷時一般不超過24小時，且大暴雨在9月份也多次發(fā)生。

2.3 洪水特性

柯坪河洪水按成因可分為暴雨型洪水和季節(jié)性融雪型洪水[3]。其中春末夏初的4月～5月主要為積雪消融洪水，而夏秋季節(jié)6月～9月以暴雨型洪水為主。柯坪河較大的洪水均為暴雨型洪水，洪水過程多則幾日，短則十幾個小時[4]。根據(jù)《柯坪縣志》反映及實地探訪，柯坪河暴雨洪水災(zāi)害每年均有不同程度的發(fā)生。

圖1 柯坪河出山口以上水系分布圖

表1 各參證水文站及洪水資料收集情況表

3 水文測站及實測洪水資料

柯坪河出山口附近曾設(shè)有柯坪水文站，但由于測站斷面控制條件差，該站僅觀測一年即撤消，無法利用本流域水文站洪水資料進行設(shè)計洪水計算。

本文在氣候及下墊面條件相似的基礎(chǔ)上，分別選用流域面積相近的布谷孜河阿俄水文站、恰克馬克河恰其嘎水文站和臺蘭河臺蘭水文站作為參證站，進行設(shè)計洪水計算。各參證水文站及洪水資料收集情況見表1。

4 洪水調(diào)查

4.1 柯坪河洪水調(diào)查

阿克蘇水文水資源勘測局于1972年對柯坪河進行了歷史洪水調(diào)查，1996年對1996年“8·21”特大洪水進行了調(diào)查，2010年又對2010年“9·18”大洪水進行了調(diào)查，各次調(diào)查斷面均位于柯坪河出山口附近，調(diào)查成果如表2[3]所示。

表2 柯坪河洪水調(diào)查成果表

另外據(jù)《柯坪縣志》反映，柯坪河在1982年發(fā)生了較大洪水，在出山口斷面處洪峰流量為500m3/s，出于該場洪水未經(jīng)水利部門核實，真實與否不易確定，因此僅作為參考，不列入表2中。

利用阿克蘇水文局的洪水調(diào)查成果，并參考有關(guān)歷史洪水調(diào)查、歷史洪水訪問、歷史洪水文獻及《柯坪縣志》，分析以上調(diào)查洪水的重現(xiàn)期，具體如下：

柯坪河1996年洪水洪峰流量（1130m3/s）為歷史調(diào)查洪水中的最大值，若考慮歷史洪水考證期，其重現(xiàn)期大于等于102年，重現(xiàn)期取整為大于等于100年。

柯坪河2010年的暴雨洪水洪峰流量（730m3/s）在調(diào)查洪水中排第2位，其重現(xiàn)期取整為50年一遇（即102年/2）。

柯坪河1924年（560m3/s）、1935年（550m3/s）、1971年（542m3/s）調(diào)查洪水，其洪峰流量相當(dāng)，可按同一量級考慮，則在調(diào)查期內(nèi)（1912年～2012年）共有5場洪水大于等于該量級，因此，540m3/s～560m3/s量級洪水重現(xiàn)期取整為20年一遇（即102年/5）。

柯坪河2012年調(diào)查洪水洪峰流量（500m3/s）在調(diào)查洪水中排第6位，其重現(xiàn)期取整為17年一遇（102年/6）；若假設(shè)《柯坪縣志》中描述的1982年洪水真實存在，且其洪峰流量為500m3/s，則在調(diào)查期內(nèi)共有7場洪水洪峰流量大于等于500m3/s，其重現(xiàn)期取整為14年一遇（102年/7）。

柯坪河1912年（450m3/s）、1947年（400m3/s）調(diào)查洪水洪峰流量相當(dāng)，可按同一量級考慮，若假設(shè)1982年洪水真實存在，且大于該量級，則在調(diào)查期內(nèi)（1912年～2013年）共有8場洪水大于等于400m3/s～450m3/s，則400m3/s～450 m3/s量級洪水重現(xiàn)期取整為12年一遇（即102年/8）；若不能確定1982年洪水是否存在，或不能確定其量級，則可在1912年～1972年間分析其重現(xiàn)期，在1912年～1972年間共有5場洪水大于等于400m3/s～450m3/s，經(jīng)分析，其重現(xiàn)期取整也為12年一遇（61年/5）。

柯坪河1972年洪水洪峰流量為300 m3/s，考慮其量級相對較小，不易確定其重現(xiàn)期，不分析其重現(xiàn)期。

綜上，柯坪河調(diào)查洪水重現(xiàn)期成果見表3。

表3 調(diào)查洪水量級重現(xiàn)期分析

4.2 鄰近流域洪水調(diào)查

原克孜勒蘇柯爾克孜自治州水文隊在20世紀(jì)50年代曾對布谷孜河出山口一帶做過歷史洪水調(diào)查。調(diào)查地點位于阿俄水文站附近，調(diào)查得洪峰流量為1150m3/s，洪水發(fā)生時間為1944年6月。

5 設(shè)計洪峰流量

柯坪河流域內(nèi)沒有實測的洪水資料，僅有8場調(diào)查洪水資料，經(jīng)整理分析后可得到5個量級的洪水及其重現(xiàn)期。

依據(jù)鄰近流域的恰其嘎站、阿俄站、臺蘭站實測年最大洪峰流量模比系數(shù)系列，以及布谷孜河調(diào)查洪水洪峰流量的模比系數(shù)，采用P-III型曲線按方法二[5]對點群進行適線，區(qū)域綜合洪峰流量模比系數(shù)頻率曲線圖[6]如圖2所示。在定線時，除照顧各水文站點群外，還以柯坪河調(diào)查洪水之間的相互關(guān)系作為依據(jù)，對適線參數(shù)進行微調(diào)，達到如下控制作用：

圖2 區(qū)域綜合洪峰流量模比系數(shù)頻率曲線

圖3 區(qū)域綜合洪峰流量模比系數(shù)頻率曲線

表4 柯坪河出山口設(shè)計洪峰流量成果表

（1）頻率曲線中，20年一遇洪峰流量的Kp值約為3.10，12年一遇的Kp值約為2.37，兩者比值為1.31；柯坪河20年一遇歷史洪水調(diào)查洪峰流量（540m3/s～560m3/s）與12年一遇歷史洪水調(diào)查洪峰流量（400 m3/s～450m3/s）的比值在1.20～1.40之間，兩比值系數(shù)相當(dāng)。

（2）頻率曲線中，50年一遇洪峰流量的Kp值約為4.52，12年一遇的Kp值約為2.37，兩者比值為1.90；柯坪河50年一遇歷史洪水調(diào)查洪峰流量（730m3/s）與12年一遇歷史洪水調(diào)查洪峰流量（400m3/s～450 m3/s）的比值在1.62～1.83之間。兩比值系數(shù)較為接近。

（3）頻率曲線中，100年一遇洪峰流量的Kp值約為5.65，12年一遇的Kp值約為2.37，兩者比值為2.38；柯坪河100年一遇歷史洪水調(diào)查洪峰流量（1130m3/s）與12年一遇歷史洪水調(diào)查洪峰流量（400m3/s～450 m3/s）的比值在2.51～2.83之間。兩比值系數(shù)較為接近，若考慮1130m3/s量級洪水重現(xiàn)期大于100年的可能性，則兩比值系數(shù)更為接近。

考慮20年一遇歷史調(diào)查洪水的流量值較為集中，故取由550m3/s（即為542m3/s、550m3/s、560m3/s均值）洪峰值反算得到的均值作為多年平均洪峰流量。查頻率曲線，20年一遇洪峰流量Kp值為3.1，反算得到的均值為177.4m3/s，即柯坪河出山口多年平均洪峰流量為177.4m3/s。

將柯坪河出山口多年平均洪峰流量值177.4m3/s，乘以各頻率Kp值，可計算得柯坪河出山口設(shè)計洪峰流量，成果見表4。

6 合理性分析

按推求的柯坪河出山口洪峰流量均值177.4m3/s，計算柯坪河出山口附近調(diào)查分析的5個量級洪峰流量模比系數(shù)，并將模比系數(shù)點繪在區(qū)域綜合洪峰流量模比系數(shù)頻率曲線中，如圖3所示，由圖可知，本文計算的區(qū)域綜合洪峰流量模比系數(shù)頻率曲線，不僅符合區(qū)域各水文站洪峰流量模比系數(shù)分布，也基本符合柯坪河各調(diào)查洪峰流量的分布規(guī)律，可認為在現(xiàn)有資料條件下，本文的計算成果是合理的。

7 結(jié)論

柯坪河洪水災(zāi)害每年均有不同程度的發(fā)生，但由于流域內(nèi)無實測洪水資料，且其流域面積較大，不宜簡單的進行比擬計算，其設(shè)計洪峰一直無明確的計算成果。

筆者以鄰近流域水文站作為參證，以本流域豐富的歷史洪水作為控制，在綜合分析的基礎(chǔ)上，對柯坪河出山口處設(shè)計洪峰流量進行計算，其成果經(jīng)分析是合理的，對柯坪縣城市防洪及下游安全生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)或參考意義。

[1]寧新偉.新疆柯坪縣水資源承載能力分析.地下水[M]，2010（7）,第32卷第4期：155、168.

[2]王蓓,王曉,陳德軍.淺談柯坪縣高效節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展的思路.水資源與水工程學(xué)報[M]，2009（4）,第20卷第2期：142-144.

[3]嚴(yán)宇紅,沈永平,王國亞等.新疆天山南麓柯坪河水文特性與洪水分析.冰川凍土[M]，2007（10）,第29卷第5期：824-828.

[4]呂明松，和潤萍.柯坪河流域地下水資源的有效利用方式探討.新疆地質(zhì)[M]，2004（9），第22卷第3期：253-255.

[5]SL44-2006水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范[S].2006

[6]龔原，韓萍，周紅枚等.地區(qū)綜合洪峰流量模比系數(shù)頻率曲線Excel表化研究及其應(yīng)用.新疆地質(zhì)[M],2007年第2期：1-4.