阿克河洪水特性計算分析

王國慶

（新疆牧區(qū)水利規(guī)劃設(shè)計所，新疆烏魯木齊830000）

阿克河洪水特性計算分析

王國慶

（新疆牧區(qū)水利規(guī)劃設(shè)計所，新疆烏魯木齊830000）

結(jié)合阿克河洪水類型及年際年內(nèi)分布規(guī)律，采用面積比指數(shù)法、洪峰模數(shù)法和推理公式法代表水文站進行洪水推算。分析結(jié)果表明，阿克河季洪水類型主要為季節(jié)性積雪融水洪水和暴雨與融雪混合型洪水兩種類型，融雪混合型洪水又分為融水洪水漲峰過程與暴雨洪水的疊加和另一種是融雪洪水的退水過程疊加暴雨洪水。洪水年際變化比較穩(wěn)定，最大洪峰流量的年內(nèi)分布主要出現(xiàn)在7～8月，且以7月份出現(xiàn)的頻次最高。面積比指數(shù)法考慮了集水面積相差較大，計算成果更為合理。

洪水特性；分布規(guī)律；年際年內(nèi)變化；洪水計算

1 河流概況

阿克河流域位于昭蘇縣南部，發(fā)源于天山主脈哈爾克他烏山北坡，是YL河主源特克斯河的主要支流之一，為昭蘇縣境內(nèi)水量最大的一條河流。西部與阿克蘇河和夏塔河相連，東部以大、小莫音臺溝和庫克鐵列克河、阿克河為界與特克斯縣接壤，南部以天山主脈哈爾克他烏山為分水嶺與阿克蘇地區(qū)的拜城縣為鄰，北部為特克斯河谷及昭蘇凹陷盆地。

2 洪水成因與特征

阿克河流域面積主要分布在海拔高程3000 m以上的中高山一帶。阿克河3000 m以上的面積占其總面積的82.9%。春末夏初，流域的氣溫開始回升，阿克河在4月下旬起至6月中旬，中低山區(qū)積雪開始消融。由于中低山區(qū)積雪量小，在此階段即使遇強降水天氣，也僅在3000 m以下的中低山區(qū)產(chǎn)生徑流，不易形成較大洪水；6月下旬起至8月底，阿克河開始進入主汛期，中高山區(qū)積雪逐漸消融，使河流流量呈穩(wěn)定上升趨勢，并出現(xiàn)每日峰谷變化的融水洪水或暴雨與融水混合洪水。

緣于上述原因以及受流域氣候與下墊面等自然地理條件的影響，阿克河洪水類型大致有兩種：融雪型洪水、暴雨與融水混合型洪水。

2.1 洪水成因與類型

2.1.1 融雪型洪水

此類洪水分為兩種：一是季節(jié)性積雪融水洪水；二是高山冰雪融水洪水[1]。季節(jié)性積雪融水洪水一般發(fā)生在4月下旬至6月中旬，主要由中低山和山前地帶積雪融化形成。此時因積雪面積較小，洪峰不高；高山冰雪融水洪水一般發(fā)生在7～8月，主要因氣溫升高，冰川和永久積雪融化形成。融水洪水過程呈一日一峰，定時峰谷日變化特征明顯，日變幅較大，并且與氣溫過程相應(yīng)，在氣溫上升階段，洪峰流量一日比一日增大，但增大的幅度較小。一般洪水過程由起漲到回落，與同期氣溫變化具有較好的同步性。例如，阿合牙孜河阿合牙孜水文站1986年7月13日至8月11日的洪水過程，阿合牙孜水文站從7月13日起連續(xù)升溫，至7月18日達到該月日平均最高氣溫29.5℃，20日以后，零度層一直維持在4600 m以上，7月25日接近5000 m高度。7月13日0時起漲水，起漲流量為76.9 m3/s，7月28日出現(xiàn)333 m3/s的年最大洪峰流量。7月30日至31日出現(xiàn)兩天陰雨天氣，氣溫開始有所下降，至8月1日，流量回落至127 m3/s，此后，氣溫又迅速回升，流量又開始相應(yīng)上升，至8月11日洪水過程結(jié)束。此次洪水漲水段一峰高于一峰，整個洪水過程共計29天，次洪量達4.882 m3×108m3，占當年年徑流量的32.3%，為持續(xù)時間較長，洪量較大的典型融水型洪水過程。2.1.2暴雨與融水混合型洪水

此類洪水也分為兩種：一種是融水洪水漲峰過程與暴雨洪水的疊加；另一種是融雪洪水的退水過程疊加暴雨洪水[2]。洪峰特性是洪水全過程有明顯的日變化峰谷，且伴有降雨天氣；或前期數(shù)日有高溫天氣，出現(xiàn)逐漸遞增的日變化峰谷，后期遇降雨天氣，疊加暴雨洪水形成最高洪峰[3]。例如，阿合牙孜河阿合牙孜水文站1987年7月23日15時42分至29日8時的典型混合型洪水過程。因前期18日起全流域持續(xù)高溫，18日至24日阿合牙孜站日平均氣溫為17.4～20.6℃左右，同時，自7月23日起至26日，阿合牙孜河流域連續(xù)降雨，其中25日降水達25.2 mm。24日前阿合牙孜站為緩慢遞增的日變化峰谷，23日15時42分流量為170 m3/s，此后水量急劇上漲，到24日1時漲至282 m3/s，持續(xù)一段時間后又開始上漲，至26日2時漲至峰頂，出現(xiàn)404 m3/s的建站以來第四大洪水，其300 m3/s以上的洪峰流量持續(xù)約30個小時，26日10時起洪峰急劇下降，到27日13時流量回落至167 m3/s。此次洪水整個過程共計3天約80小時，次洪量0.8919×108m3，占當年年徑流量的5.3%。

2.2 洪水特性

2.2.1 洪水的年際變化特點

阿合牙孜河阿合牙孜水文站1979～2012年實測系列的年最大洪峰流量為479 m3/s（2010年7月29日），年最小洪峰流量為205 m3/s（1993年7月8日），多年平均洪峰流量為339 m3/s，變差系數(shù)Cv值為0.19，最大洪峰流量的模比系數(shù)是1.41，最小洪峰流量的模比系數(shù)為0.60。洪水的年際變化比較穩(wěn)定，這與其流域內(nèi)有冰川以及流域高程相對較高密切有關(guān)。

2.2.2 洪峰流量的年內(nèi)分布特征

阿合牙孜河阿合牙孜水文站實測年最大洪峰流量在年內(nèi)各月發(fā)生的頻次分布統(tǒng)計成果見表1。

由表1可以看出，阿合牙孜河年最大洪峰流量集中發(fā)生在7～8月，其中發(fā)生在7月的次數(shù)最多，約占總數(shù)的50.0%；出現(xiàn)在8月的次之，約占總數(shù)的47.1%；出現(xiàn)在6月的最少，僅占2.9%。

綜上所述，阿合牙孜河阿合牙孜水文站年最大洪峰流量的年內(nèi)分布主要出現(xiàn)在7～8月，且以7月份出現(xiàn)的頻次最高。

2.3 歷史洪水調(diào)查及重現(xiàn)期考證

2003年5月13日，由伊犁水文水資源勘測局和伊犁州水利水電勘察設(shè)計研究院，在阿合牙孜水文站河段范圍內(nèi)，只是對近期洪水進行了簡單的計算但無歷史洪水調(diào)查值。

表1 阿合牙孜河年最大洪峰流量發(fā)生時間統(tǒng)計表

3 設(shè)計洪水計算

3.1 參證站設(shè)計洪水

阿合牙孜水文站位于干流出山口處，是阿克河的水量總控制站，也是阿克河各梯級的參證站。阿合牙孜水文站1958年～1978年的洪峰直接引用斯木塔斯水庫設(shè)計時的插補成果，與實測系列組成阿合牙孜水文站1958年～2007年50年洪峰系列。

對阿合牙孜水文站1958年-2007年共50年連續(xù)洪峰系列進行頻率計算，采用P-Ⅲ型曲線，用矩法估算參數(shù)，用適線法適線，目估定線。洪峰流量設(shè)計成果見表2。

表2 阿合牙孜站洪峰設(shè)計成果表

3.2 大代溝工程廠址設(shè)計洪水

3.2.1 面積比指數(shù)法

大代溝設(shè)計洪水計算采用面積比指數(shù)法進行計算。大代溝集水面積為121.82 km2；阿合牙孜水文站集水面積為2706 km2，計算公式如下：

式中：Q設(shè)為大代溝設(shè)計洪峰流量；Q參為參證站設(shè)計洪峰流量；F設(shè)為大代溝集水面積；F參為參證站集水面積。

將參證站與大代溝各參數(shù)代入公式，就得出不同頻率的大代溝設(shè)計洪水成果，本次計算面積指數(shù)n值采用0.667。計算成果見表3。

表3 面積指數(shù)法大代溝設(shè)計洪峰成果表

3.2.2 洪峰模數(shù)法

設(shè)計洪峰流量模數(shù)表示單位流域面積上的洪峰流量值。采用阿合牙孜水文站的設(shè)計洪水成果，估算各洪溝流域設(shè)計洪峰流量。

設(shè)計洪峰流量模數(shù)表示單位流域面積上的洪峰流量值，可用以下公式計算：

式中：Qp為設(shè)計洪峰流量，單位：m3/s；F為流域面積，單位：km2；Mmp為設(shè)計洪峰流量模數(shù)，單位：m3/s/km2。

選取有實測洪峰流量資料的鄰近河流，先計算選用參證站的設(shè)計洪峰流量值，再求出各種設(shè)計頻率的洪峰流量模數(shù)，然后用下式推求大代溝工程廠址的設(shè)計洪峰流量。計算結(jié)果見表4。

表4 洪峰模數(shù)法大代溝設(shè)計洪峰成果表

3.2.3 推理公式法

統(tǒng)計阿克河阿合牙孜水文站1979年～2007年共29年各年最大一日降水量資料組成連續(xù)系列，用皮爾遜Ⅲ型分布曲線做如下圖2.5-2所示的頻率曲線。用矩法估算參數(shù)，適線法進行適線，通過對比取適線法的計算結(jié)果為本次年最大一日設(shè)計點雨量設(shè)計成果。用適線法得出的洪溝各頻率下的年最大一日設(shè)計點雨量見下表5。

表5 阿合牙孜水文站年最大一日設(shè)計點雨量

最大24小時設(shè)計點雨量H24P由年最大一日設(shè)計點雨量H1日間接推出，可按下式計算年最大24小時設(shè)計點雨量H24P。

各地區(qū)的K值變化不大，K=1.1～1.3之間。

本工程周邊有阿合牙孜水文站的29年實際降雨觀測資料，故采用上式計算年最大24小時設(shè)計點雨量H24P，K值按新疆《可能最大暴雨圖集》中推薦的K=1.13計算，求出各頻率下各溝最大24小時設(shè)計點雨量。各頻率下的年最大24小時設(shè)計點雨量見下表6。

4 結(jié)論

經(jīng)過經(jīng)以上綜合分析和對照，各計算結(jié)果有較大差距，考慮到大代溝流域面積與阿合牙孜水文站集水面積相差較大，使用阿合牙孜水文站資料進行洪峰模數(shù)法計算大代溝工程廠址設(shè)計洪峰流量誤差較大，而面積比指數(shù)法考慮到到大代溝流域面積與阿合牙孜水文站集水面積相差較大，使用調(diào)整系數(shù)進行調(diào)整，同時考慮對工程安全不利的因素考慮，計算成果較合理，推薦面積比指數(shù)法。

阿克河水量控制站阿合牙孜站，為國家基本水文測站，考慮大代溝無水文資料，由于大代溝流域面積與阿合牙孜水文站集水面積相差較大，采用洪峰模數(shù)法計算大代溝洪水偏小，面積比指數(shù)法考慮了集水面積相差較大，產(chǎn)匯流區(qū)域的差異對大代溝設(shè)計洪水產(chǎn)生的影響。計算成果更為合理。

表6 阿合牙孜水文站年最大24小時設(shè)計點雨量

[1]張智超.新疆頭屯河流域洪水特性分析[J].水利科技與經(jīng)濟,2015, (02):92-94.

[2]郭濤.清水河流域洪水特性分析[J].河南水利與南水北調(diào),2012,(23): 63-64.

[3]王成雄,丁春毓,來洪濤.新疆特克斯河流域洪水特性及預(yù)報方法分析[J].東北水利水電,2005,(07):23-24+33.

TV122

B

1673-9000（2017）04-0165-02

2017-03-03

王國慶（1991-），男，新疆人，助理工程師，主要從事水利工程設(shè)計工作。