烏魯木齊河流域洪水地區(qū)組成分析

郭華

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000）

烏魯木齊河流域洪水地區(qū)組成分析

郭華

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000）

對(duì)烏魯木齊河烏拉泊水庫(kù)斷面以上流域洪水地區(qū)組成進(jìn)行分析計(jì)算。統(tǒng)計(jì)烏魯木齊河流域洪水遭遇情況，可知烏拉泊水庫(kù)壩址斷面洪水主要來(lái)自上游大西游水庫(kù)區(qū)間，烏拉泊水庫(kù)與大西溝水庫(kù)兩個(gè)斷面同時(shí)發(fā)生洪水的頻率最高。分別采用典型年法和同頻率發(fā)推求出大西溝水庫(kù)分區(qū)、烏拉泊水庫(kù)分區(qū)、大～烏分區(qū)的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線，為大西溝水庫(kù)、烏拉泊水庫(kù)調(diào)洪演算提供基礎(chǔ)資料。

烏魯木齊河；洪水地區(qū)組成；典型年法；同頻率法；洪水演算

1 研究背景

烏魯木齊河流域位于天山北坡中段，準(zhǔn)噶爾盆地南緣，流域總面積4684km2。烏魯木齊河自上游至下游依次建有大西溝水庫(kù)、烏拉泊水庫(kù)及紅雁池水庫(kù)，大西溝水庫(kù)位于英雄橋水文站上游5．5km處，壩址距烏魯木齊市68km，是一個(gè)以防洪為主的山區(qū)龍頭水庫(kù)，于2013年底開(kāi)始下閘蓄水。烏拉泊水庫(kù)為攔河式水庫(kù)，距上游英雄橋水文站53km，始建于1959年，總庫(kù)容5784萬(wàn)m3。紅雁池水庫(kù)為注入式水庫(kù)，位于烏拉泊水庫(kù)下游右側(cè)，于1953年建成，相應(yīng)庫(kù)容5295萬(wàn)m3。

基于烏魯木齊市防洪要求，亟需對(duì)烏魯木齊河3個(gè)水庫(kù)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度優(yōu)化。由于紅雁池水庫(kù)為單一注入式水庫(kù)，因此3個(gè)水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度的技術(shù)重點(diǎn)在于烏拉泊水庫(kù)斷面以上洪水地區(qū)組成。

2 流域內(nèi)降雨地區(qū)分布規(guī)律

通過(guò)烏魯木齊河流域主要站點(diǎn)降水量情況，如表1，可知強(qiáng)降水高值區(qū)均在3000m以上山區(qū)，從天山云霧站～小渠子氣象站～英雄橋水文站～烏拉泊水文站，隨著高程逐漸降低，降水量不斷減小，其中英雄橋水文站至烏拉泊水文站區(qū)間降水量減小趨勢(shì)較明顯。

表1 烏魯木齊河流域主要站點(diǎn)降水量

3 設(shè)計(jì)斷面選擇及分區(qū)

烏魯木齊河流域防洪規(guī)劃預(yù)案中防洪的重點(diǎn)對(duì)象是烏魯木齊市，烏魯木齊市的防洪狀況與烏拉泊水庫(kù)的安全息息相關(guān)，而烏拉泊水庫(kù)的安全取決于入庫(kù)洪水，因此選取烏拉泊斷面為洪水地區(qū)組成分析的設(shè)計(jì)斷面。

根據(jù)工程布置及流域下墊面特性，烏拉泊水庫(kù)斷面以上流域洪水地區(qū)組成大致可分為3個(gè)分區(qū)：大西溝水庫(kù)壩址以上為大西溝水庫(kù)分區(qū)，烏拉泊水庫(kù)壩址以上為烏拉泊水庫(kù)分區(qū)，兩水庫(kù)壩址間的區(qū)間為大～烏區(qū)間分區(qū)。

4 分區(qū)洪水同頻性分析

選取大西溝水庫(kù)分區(qū)、烏拉泊水庫(kù)分區(qū)、大～烏區(qū)間分區(qū)實(shí)測(cè)1961～2011年共51場(chǎng)實(shí)測(cè)洪水中排位前15場(chǎng)的洪水，對(duì)其年最大1d洪量進(jìn)行排序，如表2。

以烏拉泊水庫(kù)分區(qū)為參照基準(zhǔn)，在排位前5場(chǎng)洪水中，大西溝水庫(kù)分區(qū)與大～烏區(qū)間同頻出現(xiàn)的洪水共有3場(chǎng)，比例為60%；在排位前10場(chǎng)洪水中，大西溝分區(qū)與大～烏區(qū)間同頻出現(xiàn)的洪水共有5場(chǎng)，比例為50%；在排位前15場(chǎng)洪水中，大西溝分區(qū)與大～烏區(qū)間同頻出現(xiàn)的洪水共有10場(chǎng)，比例為66．7%。

分區(qū)洪水同頻響應(yīng)性分析成果表明，烏魯木齊河大西溝水庫(kù)分區(qū)、烏拉泊水庫(kù)分區(qū)及兩水庫(kù)之間的大～烏區(qū)間分區(qū)，同時(shí)出現(xiàn)大洪水的概率在47%～70%之間，大西溝水庫(kù)分區(qū)、大～烏區(qū)間分區(qū)單獨(dú)出現(xiàn)大洪水的概率相對(duì)較大，即大西溝水庫(kù)分區(qū)、大～烏區(qū)間獨(dú)立出現(xiàn)大洪水的概率可達(dá)30%～53%，換句話說(shuō)大西溝水庫(kù)分區(qū)、大～烏區(qū)間不同時(shí)出現(xiàn)大洪水的概率可達(dá)30%～53%。

5 分區(qū)洪水遭遇規(guī)律分析

5.1 烏拉泊水庫(kù)年最大1d洪量

以烏拉泊水庫(kù)壩址年最大1d時(shí)段洪量的發(fā)生日期為基準(zhǔn)，以發(fā)生日期前后2d為控制進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析各分區(qū)洪水的遭遇情況。實(shí)測(cè)1961～2011年共51場(chǎng)洪水資料中，大西溝水庫(kù)分區(qū)與烏拉泊水庫(kù)分區(qū)同時(shí)發(fā)生大洪水有36年，占總年數(shù)的70．6%；大～烏區(qū)間與烏拉泊水庫(kù)分區(qū)同時(shí)發(fā)生大洪水有26年，占總年數(shù)的51%；大西溝水庫(kù)分區(qū)與大～烏區(qū)間同時(shí)發(fā)生洪水有21年，占總年數(shù)的41．2%；大西溝水庫(kù)區(qū)間、大～烏區(qū)間分區(qū)、烏拉泊水庫(kù)分區(qū)3個(gè)分區(qū)同時(shí)發(fā)生大洪水共20年，占總年數(shù)的39．2%。

表2 各分區(qū)年最大1d洪量頻率

5.2 烏拉泊水庫(kù)年最大3d洪量

以烏拉泊水庫(kù)壩址年最大3d時(shí)段洪量的發(fā)生日期為基準(zhǔn)，以發(fā)生日期前后3d為控制進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析各分區(qū)洪水的遭遇情況。實(shí)測(cè)1961～2011年共51場(chǎng)洪水資料中，大西溝水庫(kù)分區(qū)與烏拉泊水庫(kù)分區(qū)同時(shí)發(fā)生大洪水有35年，占總年數(shù)的68．6%；大～烏區(qū)間與烏拉泊水庫(kù)分區(qū)同時(shí)發(fā)生大洪水有20年，占總年數(shù)的39．2%；大西溝水庫(kù)分區(qū)與大～烏區(qū)間同時(shí)發(fā)生洪水有17年，占總年數(shù)的33．3%；大西溝水庫(kù)、大～烏區(qū)間、烏拉泊3個(gè)分區(qū)同時(shí)發(fā)生大洪水共15年，占總年數(shù)的29．4%。

5.1 烏拉泊水庫(kù)年最大15d洪量

以烏拉泊水庫(kù)壩址年最大15d時(shí)段洪量的發(fā)生日期為基準(zhǔn)，以發(fā)生日期前后3d為控制進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析各分區(qū)洪水的遭遇情況。實(shí)測(cè)1961～2011年共51場(chǎng)洪水資料中，大西溝水庫(kù)分區(qū)與烏拉泊水庫(kù)分區(qū)同時(shí)發(fā)生大洪水有30年，占總年數(shù)的58．8%；大～烏區(qū)間與烏拉泊水庫(kù)分區(qū)同時(shí)發(fā)生大洪水有31年，占總年數(shù)的60．8%；大西溝水庫(kù)分區(qū)與大～烏區(qū)間同時(shí)發(fā)生洪水有24年，占總年數(shù)的47．1%；大西溝水庫(kù)、大～烏區(qū)間、烏拉泊3個(gè)分區(qū)同時(shí)發(fā)生大洪水共21年，占總年數(shù)的41．2%。烏魯木齊河各分區(qū)洪水發(fā)生概率統(tǒng)計(jì)如表3。

表3 各分區(qū)年最大洪量頻率

分析可知，烏拉泊水庫(kù)壩址斷面洪水主要來(lái)自上游大西游水庫(kù)區(qū)間，兩個(gè)斷面同時(shí)發(fā)生洪水的頻率最高；當(dāng)下游烏拉泊壩址發(fā)生大洪水時(shí)，大西溝水庫(kù)分區(qū)和大～烏區(qū)間有遭遇的可能，并大于大西溝水庫(kù)分區(qū)、大～烏區(qū)間、烏拉泊水庫(kù)分區(qū)同時(shí)發(fā)生洪水的概率；而大西溝水庫(kù)分區(qū)與大～烏區(qū)間洪水遭遇的概率小于大～烏區(qū)間與烏拉泊水庫(kù)分區(qū)遭遇的概率。因此，大西溝水庫(kù)建成后，對(duì)下游烏拉泊水庫(kù)防洪可以發(fā)揮相當(dāng)大的洪水削減作用，從而提高下游防洪標(biāo)準(zhǔn)。

6 分區(qū)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

6.1 大西溝水庫(kù)分區(qū)洪水系列

用英雄橋水文站1961～2011年共51年連續(xù)系列，統(tǒng)計(jì)出年最大1，3，5，7，15d洪量，考慮1953年特大洪水，用P-Ⅲ型頻率曲線，通過(guò)目估適線法，可得“大西溝水庫(kù)”分區(qū)的年最大1，3，5，7，15d洪量的設(shè)計(jì)洪水成果，如表4。

表4 大西溝水庫(kù)分區(qū)全年設(shè)計(jì)洪水成果 單位：萬(wàn)m3

6.2 烏拉泊水庫(kù)分區(qū)洪水系列

依據(jù)烏拉泊水庫(kù)入庫(kù)1961～2011年共51年連續(xù)系列，統(tǒng)計(jì)出年最大1，3，5，7，15d洪量，考慮1953年歷史洪水，用P-Ⅲ型曲線，通過(guò)目估適線法適線，可得“烏拉泊水庫(kù)”分區(qū)入庫(kù)的年最大1，3，5，7，15d洪量的設(shè)計(jì)洪水成果，如表5。

表5 烏拉泊水庫(kù)分區(qū)全年設(shè)計(jì)洪水成果 單位：萬(wàn)m3

6.3 大～烏區(qū)間洪水系列

依據(jù)烏拉泊水庫(kù)入庫(kù)綜合擬合模型，烏拉泊水庫(kù)入庫(kù)逐日過(guò)程減去同期大西溝水庫(kù)壩址斷面，經(jīng)河道演進(jìn)至烏拉泊入庫(kù)的相應(yīng)逐日過(guò)程，可得大～烏區(qū)間1961～2011年共51年逐年洪水過(guò)程系列，據(jù)此可統(tǒng)計(jì)歷年大～烏區(qū)間年最大1，3，5，7，15d洪量系列。鑒于沒(méi)有大～烏區(qū)間有關(guān)1953年的調(diào)查洪水成果，通過(guò)分區(qū)洪水同頻性分析，大西溝水庫(kù)分區(qū)、大～烏區(qū)間不同時(shí)出現(xiàn)大洪水的概率也可達(dá)30%～53%的分析，故本次關(guān)于大～烏區(qū)間分區(qū)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，不考慮存在1953年歷史洪水的情況，選擇1961～2011年共51年的連續(xù)系列進(jìn)行分區(qū)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算。大～烏區(qū)間分區(qū)的年最大1，3，5，7，15d洪量的設(shè)計(jì)洪水成果如表6。

表6 大～烏區(qū)間全年設(shè)計(jì)洪水成果 單位：萬(wàn)m3

7 洪水地區(qū)組合方式

本次洪水地區(qū)組成以烏拉泊水庫(kù)斷面為防洪控制斷面，以大西溝水庫(kù)斷面以上為一個(gè)分區(qū)，以大西溝水庫(kù)斷面與烏拉泊水庫(kù)斷面之間的區(qū)間為一個(gè)分區(qū)，即大～烏區(qū)間，形成一庫(kù)一區(qū)間，進(jìn)行洪水組合分析。大西溝水庫(kù)分區(qū)入庫(kù)的典型洪水過(guò)程直接采用英雄橋水文站實(shí)測(cè)洪水。烏拉泊水庫(kù)入庫(kù)無(wú)實(shí)測(cè)洪水要素，采用英雄橋水文站實(shí)測(cè)日平均流量，分別與同期的烏拉泊水庫(kù)斷面日平均流量、區(qū)間日平均流量進(jìn)行縮放，得出烏拉泊水庫(kù)斷面和區(qū)間的逐時(shí)典型洪水過(guò)程。

選取烏魯木齊河前15場(chǎng)較大洪水作為典型洪水過(guò)程進(jìn)行洪水地區(qū)組合，采用兩種方式進(jìn)行，一是典型年法進(jìn)行組合分析；二是采用同頻率法進(jìn)行組合分析。

7.1 典型年法

洪水過(guò)程線放大時(shí)典型年法采用烏拉泊水庫(kù)分區(qū)為準(zhǔn)繩，先以烏拉泊水庫(kù)斷面的最大1，3，5，7，15d設(shè)計(jì)洪量，同頻率發(fā)放大烏拉泊水庫(kù)斷面的洪水過(guò)程線，得到設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線；再根據(jù)大西溝水庫(kù)分區(qū)和大～烏區(qū)間分區(qū)分別占烏拉泊水庫(kù)分區(qū)最大1，3，5，7，15d入庫(kù)洪量的百分比確定烏拉泊水庫(kù)分區(qū)的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線組成；最后采用大西溝水庫(kù)分區(qū)到烏拉泊水庫(kù)分區(qū)的洪水衰減關(guān)系逆推求出大西溝水庫(kù)分區(qū)的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線。采用典型年法縮放的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線如圖1～圖3。

圖1 1963年分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程（P=0.01%）

圖2 1972年分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程（P=0.1%）

圖3 1983年分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程（P=1%）

7.2 同頻率法

洪水過(guò)程線放大時(shí)同頻率法采用兩種同頻、相應(yīng)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線計(jì)算。①烏拉泊水庫(kù)分區(qū)與大西溝水庫(kù)分區(qū)同頻，大～烏區(qū)間分區(qū)相應(yīng)，先計(jì)算出烏拉泊水庫(kù)分區(qū)、大西溝水庫(kù)分區(qū)的最大1，3，5，7，15d設(shè)計(jì)洪量，并用大西溝水庫(kù)分區(qū)到烏拉泊水庫(kù)分區(qū)的洪水衰減關(guān)系求出經(jīng)過(guò)河道沿程損失、引水后大西溝水庫(kù)分區(qū)傳播到烏拉泊水庫(kù)斷面的最大1，3，5，7，15d設(shè)計(jì)洪量，并求出大～烏區(qū)間分區(qū)相應(yīng)時(shí)的設(shè)計(jì)最大1，3，5，7，15d設(shè)計(jì)洪量，最后分別按同頻率法放大各分區(qū)的典型洪水過(guò)程線。②烏拉泊水庫(kù)分區(qū)與大～烏區(qū)間分區(qū)同頻，大西溝水庫(kù)分區(qū)相應(yīng)，計(jì)算方法類(lèi)似。采用同頻率法縮放的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線如圖4～圖6。

圖4 同頻分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程（P=0.01%）

圖5 同頻分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程（P=0.1%）

圖6 同頻分區(qū)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程（P=1%）

8 結(jié)語(yǔ)

（1）從烏魯木齊河河源開(kāi)始，降雨隨海拔高程降低而減小，烏魯木齊河英雄橋站～烏拉泊水文站區(qū)段的降雨量減小較為明顯。

（2）分區(qū)洪水同頻響應(yīng)性分析成果表明，烏魯木齊河大西溝水庫(kù)分區(qū)、烏拉泊水庫(kù)分區(qū)及兩水庫(kù)之間的大～烏區(qū)間分區(qū)，同時(shí)出現(xiàn)大洪水的概率在47%～70%之間，大西溝水庫(kù)分區(qū)、大～烏區(qū)間分區(qū)單獨(dú)出現(xiàn)大洪水的概率相對(duì)較大，即大西溝水庫(kù)分區(qū)、大～烏區(qū)間獨(dú)立出現(xiàn)大洪水的概率可達(dá)30%～53%。

（3）由分區(qū)洪水遭遇規(guī)律可知，烏拉泊水庫(kù)壩址斷面洪水主要來(lái)自上游大西游水庫(kù)區(qū)間，兩個(gè)斷面同時(shí)發(fā)生洪水的頻率最高；當(dāng)下游烏拉泊壩址發(fā)生大洪水時(shí)，大西溝水庫(kù)分區(qū)和大～烏區(qū)間有遭遇的可能，并大于大西溝水庫(kù)分區(qū)、大～烏區(qū)間、烏拉泊水庫(kù)分區(qū)同時(shí)發(fā)生洪水的概率；而大西溝水庫(kù)分區(qū)與大～烏區(qū)間洪水遭遇的概率小于大～烏區(qū)間與烏拉泊水庫(kù)分區(qū)遭遇的概率。因此，大西溝水庫(kù)建成后，對(duì)下游烏拉泊水庫(kù)防洪可以發(fā)揮相當(dāng)大的洪水削減作用，從而提高下游的防洪標(biāo)準(zhǔn)。

（4）采用典型年法和同頻率法對(duì)烏魯木齊河流域?qū)崪y(cè)前15場(chǎng)洪水進(jìn)行洪水地區(qū)組合分析，為大西溝水庫(kù)、烏拉泊水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度提供合理依據(jù)。

［1］水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局，水利部南京水文水資源研究所．水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算手冊(cè)［K］．北京：水利電力出版社，1995．

［2］詹道江，徐向陽(yáng)，陳元芳，等．工程水文學(xué)（第4版）［M］．北京：中國(guó)水利水電出版社，2010．

［3］李萍，蔡炳云．巴河流域設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成研究［J］．四川水利，2016（1）：53-57．

［4］戴明龍，袁鵬，呂孫云．概率組合法在糯扎渡水庫(kù)洪水地區(qū)組成研究中的應(yīng)用［J］．東北水利水電，2003（6）：4-7．

［5］劉畫(huà)眉．設(shè)計(jì)洪水地區(qū)組成計(jì)算方法研究及應(yīng)用［D］．武漢：武漢大學(xué)，2005．

［6］王銳琛，陳源澤，孫漢賢．梯級(jí)水庫(kù)下游洪水概率分布的計(jì)算方法［J］．水文，1990（1）：1-8．

［7］李天元，郭生練，李妍清，等．梯級(jí)水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水方法及研究進(jìn)展［J］．水資源研究，2012，1（2）：14-20．

（責(zé)任編輯：尹健婷）

Analysis of flood area composition in Urumqi River Basin

GUO Hua
（Xinjiang Water Resources and Hydropower Survey and Design Institute，Urumqi 830000，China）

It was necessary to analyze and calculate the region flood composition as the need of Daxigou reservoir，Wulabo reservoir and Hongyanchi reservoir joint dispatch work．Through the statistics of flood meeting together situation in Urumqi River basin，it was found that the flood above the Wulabo reservoir was mainly from the upstream Daxigou reservoir region，and the frequency of Wulabo reservoir and Daxigou reservoir flood happening at the same time was the highest．Using the typical-year method and the same frequency method respectively to calculate the design flood hydrograph in Daxigou reservoir area，Wulabo reservoir area and Da～Wu partition area，then the flood regulation calculation can be progressed．

Urumqi River；region flood composition；typical-year method；same frequency method；flood routing

TV122

：B

：1672-9900（2017）02-0030-05

2017-03-02

郭 華（1987-），女（漢族），新疆烏魯木齊人，工程師，主要從事工程水文及水資源規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，（Tel）15299156906。