新疆若羌縣庫拉木勒克薩依引水樞紐設(shè)計洪水分析

(新疆巴音郭楞水文勘測局，新疆 庫爾勒 841000)

1 研究區(qū)概況

位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭愣蒙古自治州若羌縣境內(nèi)的古爾嘎赫德河，發(fā)源于阿爾金山南坡，河床平均坡降約5‰。古爾嘎赫德河流域氣候干燥，且多大風(fēng)，屬典型的干旱大陸性氣候，年平均降水量為24.5 mm，全年夏季降水比較多，最大一個月降水量出現(xiàn)在7月，占全年降水量的35.9%。為了解決若羌縣水資源緊缺問題，擬在古爾嘎赫德河上修建庫拉木勒克薩依引水工程。庫拉木勒克薩依引水樞紐以上集水面積2 596 km2，流域平均高程4 325 m，流域內(nèi)引水樞紐以上河長90 km，河床平均坡降約17.8‰。古爾嘎赫德河流域見圖1。

圖1 古爾嘎赫德河流域圖

2 歷史洪水分析

2.1 洪水成因及其特性

庫拉木勒克薩依引水樞紐附近常年有水，冬季流量一般在0.10 m3/s左右，庫拉木勒克薩依引水樞紐主要由底欄柵、沖砂閘、溢流堰、引水廊道、沉砂池組成。庫拉木勒克薩依引水樞紐處無洪水監(jiān)測資料，從相鄰流域情況以及洪水調(diào)查資料分析，庫拉木勒克薩依河流域洪水來源主要是河源區(qū)高山冰雪融雪和雨夾雪形成。因此，庫拉木勒克薩依河的洪水類型分別有：融雪型洪水、雨雪混合型洪水。由于本次水文分析計算是為庫拉木勒克薩依河引水工程設(shè)計服務(wù)，所以本次水文分析計算節(jié)點為引水樞紐處，也就是河口以上3 km處。

2.2 歷史洪水調(diào)查

2017年3月5日，在庫拉木勒克薩依河引水樞紐處(擬建引水樞紐處)進(jìn)行了洪水調(diào)查，1999年7月發(fā)生的洪水為該河歷史最大洪水。本次調(diào)查河段均選取橫比降較小的順直段，大斷面測量取上、下個斷面，二處過水?dāng)嗝骈g隔200 m，斷面為寬淺型河床，河寬約160 m，河床中礫石直徑多為2～5 cm左右。調(diào)查河段的洪痕均在左右兩岸取1～2個，各調(diào)查河段高程均采用西安80平面坐標(biāo)系高程。按《水文調(diào)查規(guī)范》的技術(shù)要求，計算出上游斷面洪水過水?dāng)嗝婷娣e121.38 m2，水力半徑R=0.77 m、水面比降I=37.7×10-4，河段比較順直，河床平整，河床組成均為沙礫石，沙礫石直徑約為2～5左右，糙率參照“水文測驗手冊”選用0.035。下游斷面洪水過水?dāng)嗝婷娣e137.93 m2，水力半徑R=1.19 m、水面比降I=16.4×10-4，河段比較順直，河床平整，河床組成均為沙礫石，直徑約為5～10左右，糙率參照“水文測驗手冊”選用0.035，經(jīng)計算得到調(diào)查斷面1999年的平均洪峰流量為179 m3/s。1999年洪水的考證期N為(2016-1984+1)=33 a，其重現(xiàn)期T為N+1=34 a。

3 各河流洪水衰減及參證站設(shè)計洪水分析

古爾嘎赫德河流域無水文測站，本次分析計算共選用參證站3個，分別為尼雅水文站、且末水文站、克里雅水文站。由于所選參證站均處于各自河流出山口以下數(shù)十公里處，為使資料系列一致、可靠，需要將各河流水文站洪水資料推算到出山口處。選用尼雅河實測洪峰流量衰減率將克里雅及尼雅水文站洪水資料計算至出山口處。選用車爾臣河洪峰流量衰減率將且末水文站洪水資料計算至出山口處。

3.1 尼雅河洪水衰減及尼雅水文站出山口洪水計算

和田水文局在尼雅河八一八渠首專用站和尼雅水文站測驗斷面開展過不同量級大水對比實驗工作，兩斷面相距34.3 km，依據(jù)同期實測大水資料，推算得尼雅河上、下游平均每公里洪水沿程衰減率為0.366%。成果見表1。

表1 尼雅河洪峰流量平均每公里衰減率

將確定的尼雅河出山口處1978—2016年39年的連序年最大洪峰樣本，運用矩法對系列統(tǒng)計參數(shù)估算，其均值為177 m3/s，Cv=0.980，Cs/Cv=3.5，選配型頻率曲線。適線時，側(cè)重考慮上部和中部的點據(jù)，出山口洪水計算成果見表4。

3.2 車爾臣河洪水衰減及且末水文站出山口洪水計算

車爾臣河只有且末水文站具有長系列實測洪水調(diào)查資料，大石門水庫(出山口)只有幾次歷史洪水調(diào)查資料，需將且末水文站的洪水資料與出山口之間的洪水損失率確定下來，從而建立洪水系列，推算得大石門水庫至水文站每公里損失率為0.58%。且末水文站的洪水采用合成洪峰流量，計算結(jié)果為：大石門水庫出山口1999洪峰流量1 079 m3/s，每公里洪水損失率0.59%，2005年洪峰流量829 m3/s，每公里洪水損失率0.58%，平均值取0.58%。且末水文站1999洪峰流量553 m3/s，2005年洪峰流量429 m3/s。將確定的車爾臣河出山口處1958—2016年59年的連序年最大洪峰樣本，運用矩法對系列統(tǒng)計參數(shù)估算，其均值為384 m3/s，Cv=0.640，Cs/Cv=2.5，選配型頻率曲線。適線時，側(cè)重考慮上部和中部的點據(jù)。出山口洪水計算成果見表4。

3.3 克里雅河出山口洪水計算

克里雅河水文站測驗斷面距出山口40 km，洪水衰減率0.336%，將確定的克里雅河出山口處1957—2016年60年的連序年最大洪峰樣本，運用矩法對系列統(tǒng)計參數(shù)估算，其均值為367 m3/s，Cv=0.490，Cs/Cv=4，選配型頻率曲線。適線時，側(cè)重考慮上部和中部的點據(jù)。出山口洪水計算成果見表4。

4 庫拉木勒克薩依引水樞紐設(shè)計洪水

4.1 地區(qū)綜合洪峰流量模比系數(shù)頻率曲線法

選取克里雅河、尼雅河、車爾臣河為參證站點繪最大洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線。其中：克里雅河有1957—2016年共60年的長系列連續(xù)樣本，尼雅河有1978—2016年共39年的長系列連續(xù)樣本，車爾臣河有1958—2016年共59年的長系列連續(xù)樣本，連續(xù)系列適線。采用“洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法”，推求庫拉木勒克薩依引水樞紐調(diào)查斷面設(shè)計洪峰流量，公式如下：

QP=KP/Kd·Qd

(1)

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)查洪峰流量模比系數(shù)。

適線時，以中、上部分點據(jù)為主，求得不同頻率下的KP值，根據(jù)1999年洪水重現(xiàn)期對應(yīng)Kp值及洪水值，來推求引水樞紐處的設(shè)計洪峰流量，見圖2，見表2。

4.2 面積比指數(shù)法

選取處于同氣候區(qū)內(nèi)的或產(chǎn)洪方式相近內(nèi)的尼雅河尼雅水文站、克里雅河水文站、車爾臣河且末水文站作為參證站，根據(jù)公式(2)求得庫拉木勒克薩依引水樞紐處不同頻率設(shè)計洪峰流量。庫拉木勒克薩依引水樞紐處的設(shè)計洪峰流量成果見表3。

計算公式： Q設(shè)= Q參×(F設(shè)/F參)n

(2)

式中：Q為設(shè)計流域和參證站的設(shè)計洪峰流量(m3/s)； F為設(shè)計流域和參證站的集水面積(km2)；N為面積比修正因子。

本次采用洪峰模數(shù)法推求設(shè)計洪峰流量時，所選參證站和設(shè)計站存有一定的產(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)集水面積差異等確定面積比修正因子。車爾臣河和克里雅河集水面積與庫拉木勒克薩依引水樞紐處集水面積相差很大，因此，面積比修正因子取值為1/2；尼雅河集水面積與庫拉木勒克薩依引水樞紐處集水面積比較接近，面積比修正因子取值為1。

表2 庫拉木勒克薩依引水樞紐設(shè)計洪峰流量成果表 m3/s

備注：1999年洪水頻率為2.94%，Kp值為3.600,洪峰流量為179 m3/s。

表3 庫拉木勒克薩依引水樞紐設(shè)計洪峰流量成果表 m3/s

4.3 成果合理性分析

古爾嘎赫德河洪水資料貧乏，這給設(shè)計洪水計算帶來了一定的困難，本次水文分析計算采用洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法、面積比指數(shù)法對引水樞紐處設(shè)計洪水進(jìn)行分析計算，用以對比驗證。面積比指數(shù)法：選取了與古爾嘎赫德河發(fā)源于同一山脈，同處于昆侖山，相距較近、自然地理條件相似且具有長系列最大洪峰流量資料系列的克里雅、尼雅、且末三個參證站，由于參證站集水面積與引水樞紐以上集水面積差異較大，且面積比修正因子的確定也具有一定的局限性。因此面積比指數(shù)法推求的設(shè)計洪峰流量成果可作對比分析及參考用。

在洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法計算中，選用與之相鄰流域三個參證站的洪峰流量模比系數(shù)，作地區(qū)綜合頻率分析，可以有效降低計算成果的抽樣誤差，也可消除因單站特大值影響而帶來的偶然誤差和分區(qū)內(nèi)各河流水文特性的差別。同時，洪峰流量頻率曲線繪制時從偏安全角度出發(fā)，適當(dāng)兼顧中、上部點據(jù)，對引水樞紐安全比較有保證。綜上所述，本次水文分析計算推薦使用綜合洪峰流量模比系數(shù)頻率曲線法推求的成果，見表4。

表4 庫拉木勒克薩依引水樞紐設(shè)計洪峰流量成果統(tǒng)計表 m3/s

5 結(jié)語

目前，若羌縣境內(nèi)開發(fā)利用的主要河流有若羌河、瓦石峽河、米蘭河、塔什薩依河。為緩解若羌縣水資源供需矛盾，擬在尚未開發(fā)利用的古爾嘎赫德河上修建庫拉木勒克薩依引水樞紐，以緩解若羌河灌區(qū)干旱缺水狀況。經(jīng)過兩種方法分析計算評定，地區(qū)綜合洪峰流量模比系數(shù)頻率曲線法計算結(jié)果為推薦采用值，其引水樞紐處10 a一遇洪水為111 m3/s，20 a一遇洪水為149 m3/s，50 a一遇洪水為201 m3/s。