喀拉果勒洪溝引水渠首設(shè)計洪水計算方法及成果合理性分析

(新疆阿克蘇水文勘測局，新疆 阿克蘇 843000)

1 流域概況

1.1 地理概況

分析區(qū)地處拜城縣黑英山鄉(xiāng)。黑英山灌區(qū)屬于克孜爾河流域，本次喀拉果勒灌區(qū)富民興牧水利工程位于庫車縣阿格鄉(xiāng)和黑英山的分界線喀拉果勒溝西側(cè)黑英山鄉(xiāng)八大隊，距黑英山鄉(xiāng)政(鎮(zhèn))府30 km，引水渠首地理坐標(biāo)東經(jīng)82°57′24.12″，北緯42°20′21.6″?？蘸闇狭饔蜃罡叻搴０? 296 m。在3 000 m以上高山區(qū)，山體險峻，地面崎嶇，基巖裸露，溝河縱橫，在海拔3 000 m左右分布有植被，海拔1 500～3 000 m，為中低山帶，地勢起伏相對較小，氣候特征為：北部山區(qū)氣候溫涼，熱量不足，空氣濕度相對較大，降水相對充沛。

1.2 河流水系

喀拉果勒洪溝發(fā)源于中天山南坡，位于阿克蘇地區(qū)拜城與庫車縣交界處，流向自北向南，喀拉果勒洪溝擬建引水渠首，渠首斷面以上流域面積173.2 km2，調(diào)查斷面以上河長18.3 km，東經(jīng)82°51′-83°00′，北緯42°20′-42°28′之間，流域平均寬度約9.45 km，是一條狹長的河道?？蘸闇纤恐饕獊碜杂诩竟?jié)性積雪和降水及地下水補給。

2 水文基礎(chǔ)資料調(diào)查分析

2.1 水文資料

喀拉果勒洪溝流域無水文站，為滿足本次分析計算的要求，我們選取了庫車河蘭干水文站、黑孜河黑孜水文站作為本次洪水分析的參證站，倆水文站觀測項目包括水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、氣溫、冰情、水質(zhì)等[1]。

2.2 野外調(diào)查

為準(zhǔn)確分析對擬建引水渠首斷面洪水計算，阿克功水文勘測局組織技術(shù)人員，對喀拉果勒洪溝進行了野外調(diào)查，訪問了當(dāng)?shù)乜沾蹇ㄋ鼓镜热淮迕?，年齡分別為48歲、37歲和22歲。據(jù)他們敘述：對于20年前發(fā)生的大洪水，洪水發(fā)生時的詳情和發(fā)生年份記不清了，只是對近期發(fā)生的大洪水印象較為深刻，近年倆場大洪水發(fā)生年份是： 1999年和2010年的洪水最大，這于臨近水文站蘭干水文站、卡拉蘇水文站有實測資料最大洪水年份相吻合。

3 洪水計算分析

3.1 洪水成因類型

根據(jù)同流域同地帶參證站水文資料分析，計算區(qū)洪水的成因主要有三種類型：(1)區(qū)域降雨，特別是中低山區(qū)大降雨形成的洪水；(2)隨著氣溫逐漸上升，季節(jié)性積雪、冰川以及永久積雪消融匯入河流形成洪水；(3)暴雨融雪混合型洪水[1]。

3.2 歷史洪水重現(xiàn)期確定

根據(jù)被訪問者描述，2010年洪水為他們見過的最大洪水，按15歲有較好的完整記憶本次洪水至少為33 a以來最大洪水。根據(jù)拜城水利局所說，老龍口為1983年修建，本次洪水為龍口修建以來最大洪水，應(yīng)該至少為30年以來最大洪水。因此，將2010年洪水定位30 a一遇洪水是合適的。

3.3 設(shè)計洪水推求

本次洪水計算采用調(diào)查洪水校正法、推理公式法、洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率法三種方法，推算渠首設(shè)計洪水。

3.3.1 調(diào)查洪水校正法

對于無資料地區(qū)，小流域設(shè)計洪水，可將調(diào)查洪水直接作為設(shè)計洪水[2]。根調(diào)查重現(xiàn)期確定。提取參證站蘭干水文站年最大洪峰流量設(shè)計成果的參數(shù)Kp，將調(diào)查洪水作為設(shè)計值校正平均值設(shè)計出喀拉果勒洪溝渠首的各設(shè)計值。見表1[2]。

3.3.2 推理公式法

(1)根據(jù)庫車縣1957-2017年最大一日降水資料系列，推算不同頻率最大一日降水量，見圖1，見表2。

表1 渠首設(shè)計洪水計算成果表

圖1 庫車縣氣象站1951-2017年最大一日降水量頻率曲線圖表2 庫車縣氣象站最大一日降水量頻率計算成果表

統(tǒng)計參數(shù)設(shè)計頻率/% 降水量/mm均值/mmCvCs/Cv123.351016.80.753.565.955.648.242.232.3

(2)由天山南坡庫車縣地區(qū)時面深綜合曲線圖[3]，查出擬建渠首24 h點面折算系數(shù)，喀拉果勒洪溝流域面積173.2 km2，點面折算系數(shù)采用0.98，將最大一日暴雨乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)K，求得最大24 h暴雨均值。轉(zhuǎn)換系數(shù)K采用全區(qū)統(tǒng)一值

1.13。利用庫車縣最大一日降水均值，查處項目區(qū)中心最大一日降水，推算設(shè)計降水量。

(3)根據(jù)雨量分配過程假設(shè)產(chǎn)流歷時tc，在《新疆維吾爾自治區(qū)中小流域設(shè)計暴雨洪水圖集》產(chǎn)流綜合圖上查出相應(yīng)產(chǎn)流期平均損失率f后，求得產(chǎn)流期雨量ptc，驗證tc是否合適。

(4)計算產(chǎn)流期平均凈雨強度I凈。

I凈=R凈/tc

(1)

R凈=ptc-f×tc

(2)

(5)用集水面積F和I凈，根據(jù)推理公式假設(shè)m值，推算設(shè)計洪水查，調(diào)整m值使其設(shè)計30 a一遇洪水基本與調(diào)查值相符，設(shè)計成果見表5。

表3 設(shè)計流域特征值計算成果表

表4 設(shè)計流域暴雨頻率參數(shù)表

表5 渠首各頻率洪峰流量計算成果表

3.3.3 洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率法

選取處于同一氣候區(qū)內(nèi)的卡拉蘇水文站、黑孜水文站、蘭干水文站及迪那河水文站作為參證站，根據(jù)參證站實測年最大洪峰流量及歷史調(diào)查洪水資料，用地區(qū)模比系數(shù)綜合頻率曲線法，推求設(shè)計站不同設(shè)計頻率洪峰流量。具體方法如下：

(1)分別計算各參證站洪峰流量系列的模比系數(shù)；(2)將各參證站洪峰流量模比系數(shù)經(jīng)驗點繪在同一張概率格紙上，取各種頻率的模比系數(shù)配線，即地區(qū)綜合頻率曲線法。在配線時取經(jīng)驗點據(jù)上外包線，得到最大值法配線。此次我們選取偏于安全的最大值法成果，參證站洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線圖見圖2 ，Kp值見表6。(3)在地區(qū)模比系數(shù)綜合頻率曲線上查算調(diào)查的30 a一遇洪峰流量重現(xiàn)期相應(yīng)的模比系數(shù)Ki；(4)根據(jù)不同設(shè)計頻率下洪峰流量與其相應(yīng)模比系數(shù)的比值相等的原則。用調(diào)

查洪峰流量模比系數(shù)與設(shè)計頻率洪峰模比系數(shù)的比值乘以調(diào)查歷史洪水洪峰流量，得到設(shè)計頻率洪峰流量。

表6 地區(qū)綜合頻率計算成果表

圖2 喀拉果勒洪溝所在區(qū)域地區(qū)綜合頻率曲線

地區(qū)綜合頻率曲線法公式：QP=(KP/K調(diào))Q調(diào)

(3)

式中：KP、K調(diào)為設(shè)計洪峰流量模比系數(shù)及調(diào)查洪峰流量模比系數(shù)；QP、Q調(diào)為設(shè)計洪峰流量及調(diào)查洪峰流量。

由此推算的設(shè)計洪峰流量成果，則為喀拉果勒洪溝擬建渠首不同頻率洪峰流量設(shè)計成果，計算成果見表7。

表7 喀拉果勒洪溝擬建渠首設(shè)計洪水成果 m3/s

4 設(shè)計洪水計算成果合理性分析

以上對喀拉果勒洪溝擬建渠首設(shè)計洪水的計算，從以上計算中可以明顯看出三中方法所推求成果比較接近，充分考慮地區(qū)洪水特性與差異的情況下，選取偏于安全的最大值法的kp成果，由此推算喀拉果勒洪溝擬建渠首設(shè)計洪水，無論從洪水計算依據(jù)的資料精度，還是從安全角度考慮，作為設(shè)計洪峰流量成果推薦地區(qū)綜合頻率曲線法較合適。

5 結(jié)語

通過對喀拉果勒洪溝流域水文基礎(chǔ)資料的調(diào)查分析，針對擬建引水渠首斷面進行洪水計算，在充分分析、了解和掌握洪水規(guī)律的基礎(chǔ)上，采取多種方法進行計算。并對設(shè)計洪水的計算成果合理性進行分析，最終得到了最切合實際的計算成果，擬定了一個既經(jīng)濟又安全可靠的工程設(shè)計方案。最大限度的防止了洪水災(zāi)害的發(fā)生，保證了水資源的充分調(diào)配及建筑物安全。

[1]郭愛軍，何向東.庫車河水文分析計算：15-17.

[2]小型水力發(fā)電站水文計算規(guī)范.(SL 77—94).

[3]新疆水文水資源局.新疆維吾爾自治區(qū)可能最大暴雨圖集.1978.

[4]長江流域規(guī)劃辦公室水文處.工程水文計算及水利計算.1980.