蓋孜水電站洪水特性分析及設(shè)計洪水計算

(新疆維吾爾自治區(qū)水文局水文實驗站，新疆 烏魯木齊 830000)

1 流域概況

蓋孜河流域地處新疆塔里木盆地西南邊緣，帕米爾高原東部，主要位于新疆維吾爾自治區(qū)克孜勒蘇柯爾克孜自治州阿克陶縣境內(nèi)。流域總面積18543km2，其中山區(qū)面積10712km2，平原面積7831km2。

喀拉庫里河、木吉河于布侖口匯合后始稱蓋孜河，布倫口水文站至克勒克水文站之間的蓋孜河(下文中簡稱為布—克區(qū)間)，河長約38km，區(qū)間流域面積864km2。

蓋孜河克勒克水文站以上流域氣候嚴寒，無霜期短，不適合農(nóng)作物生長，但有很多天然草場，這些草場是克州的主要牧區(qū)之一。布倫口水文站以上流域內(nèi)湖泊、沼澤較多，著名的湖泊有布倫口湖、瓊塊勒巴什、卡拉克勒等湖泊。湖泊總面積約為21km2；高山沼澤分布較廣，面積約達42.20km2，其中木吉河的沼澤面積約為27km2。

2 歷史洪水

根據(jù)已通過審查的《新疆蓋孜河布倫口—公格爾水電站工程初步設(shè)計報告》描述，新疆喀什地區(qū)水文水資源勘測局等單位曾于1959年、1960年及1961年對蓋孜河流域進行過比較全面的歷史洪水調(diào)查。

在布倫口站處調(diào)查到的歷史洪水有三場，分別為：1913年洪水，洪峰流量393m3/s；1945年洪水，洪峰流量324m3/s；還有一場洪水未確定年份，其洪峰流量為674m3/s。在下游克勒克站調(diào)查到的歷史洪水為：1913年洪水，洪峰流量629m3/s；1926年洪水，洪峰流量1010m3/s；1945年洪水，洪峰流量為502m3/s。對于1926年的洪水，喀什地區(qū)水文隊曾在其下游進行過反復調(diào)查論證，證明克勒克站洪峰流量1010m3/s是較可靠的。蓋孜河流域歷史洪水調(diào)查成果見表1。

表1 蓋孜河流域歷史洪水調(diào)查成果

布倫口站與克勒克站的年最大洪峰流量之比：1957—1967年平均為0.78，年最大24h、3日、5日、7日及l(fā)5日洪量之比分別為0.71、0.69、0.68、0.67及0.64；兩站9年中同次最大24h的洪量之比，9次平均分別為0.69、0.68；經(jīng)統(tǒng)計布倫口站與克勒克站9年同期觀測中，49場同次洪峰之比值介于0.55～0.90之間，平均比值為0.71。

布倫口站與克勒克站歷史洪水的洪峰之比：1913年為0.625，1945年為0.645，布倫口站最大調(diào)查值與克勒克站1926年歷史洪峰比值為0.667。兩站間這些歷史洪峰的比值與前述時段洪量的比值基本接近，均處于兩站間同次洪峰的比值范圍之內(nèi)，與同次洪峰的平均比值接近。

若大面積強暴雨沿木吉河由西向東移動，并有所停滯，會形成排格洞、喀拉庫里、克勒克特大洪水。如果成因為混合型，排格洞、喀拉庫里、布倫口、克勒克最大歷史洪水是同場洪水的可能性就更大。

從歷史洪水調(diào)查可知，上游喀拉庫里河喀拉庫里站1926年歷史洪峰流量為221m3/s，與下游克勒克站1926年的歷史洪峰1010m3/s對應，而在木吉河排格洞調(diào)查到的最大歷史洪峰為450m3/s，其發(fā)生年份不詳。將喀拉庫里最大歷史洪峰與排格洞的相加，等于布倫口站址處調(diào)查到的最大歷史洪峰為674m3/s。由此可斷定布倫口站最大歷史洪峰的發(fā)生年份是1926年。

因此，布倫口站址處調(diào)查到的最大歷史洪峰674m3/s極其可能是1926年發(fā)生的，其量值也較可靠。蓋孜河1926年的這場歷史洪水主要源于木吉河盆地，沿程均有很大補給，到克勒克站時洪峰達到1010m3/s，是全流域同時發(fā)生洪水所致。

3 洪水特性

據(jù)布倫口站1956—1967年及克勒克1959—2009年實測資料統(tǒng)計，年最大洪峰流量主要出現(xiàn)在7月中旬—8月中旬。洪峰特點表現(xiàn)為洪水連續(xù)、量大而峰不高。如布倫口1956年7月25日實測最大流量178m3/s，為布倫口站實測第一位，相應的日平均流量為152m3/s，與峰值相當接近；又如克勒克站1978年7月7日實測最大流量295m3/s，而相應的日平均流量為272m3/s，與峰值也相當接近。洪水過程呈鋸齒形，歷時長、緩漲緩落，有明顯的日變化。兩站實測年最大洪峰的峰現(xiàn)時間，主要在7—12時。從日平均流量過程上看兩站洪水過程上單峰、復峰均有出現(xiàn)，但以復峰居多，洪水歷時一般在10～25天。

4 洪水成因分析

蓋孜河喀拉庫里站、布倫口站、克勒克站歷年實測年最大洪峰，幾乎全都發(fā)生在月平均氣溫最高的7月或8月份，與氣溫的變化過程有著密切的關(guān)系。不管有無降雨，洪水過程均有明顯的日變化，這很吻合以冰川積雪補給的河流的洪水特點，布倫口站1958年7月14日發(fā)生的年最大洪水就是這種情況。塔什庫爾干高山氣象站的資料表明，7月3—15日日平均氣溫穩(wěn)定地大于18℃，7月11—16日日平均氣溫均大于21.2℃，洪峰前一日即7月13日為22.5℃，達到年最高值，與布倫口站的年最大洪峰的發(fā)生時間極為對應。

布倫口站、克勒克站實測年最大日降雨量與最大洪峰之間，無明顯的直接對應關(guān)系。但從地形及水汽來源上看，地勢較低而寬闊的木吉河盆地，在高溫季節(jié)發(fā)生大面積、大強度或長歷時的降雨情況下，可形成布倫口、克勒克的年最大洪水，1966年8月20日發(fā)生的年最大洪水就是這種情況(見表2)。洪前，克勒克站以上流域內(nèi)外大面積降雨，降水歷時均在5日以上，連續(xù)逐日降水量累積值，具有西大東小的特點，布倫口站、克勒克站8月16—20日累積降水量分別為16.7mm、16.9mm。在該場洪水發(fā)生前的日降雨及氣溫過程，一般來說對于固定河段，冰川積雪消融洪水的峰現(xiàn)時間較為固定，而該場洪水在布倫口站的洪峰出現(xiàn)時間為20日18時，明顯偏離了該站年最大洪峰通常出現(xiàn)的時間7—12時，由此可斷定該場洪水是由降雨所產(chǎn)生。

表2 布倫口站、克勒克站660820洪水前鄰近各站日降水量對照

5 設(shè)計洪水計算

在建的布倫口—公格爾水電站工程位于蓋孜水電站上游，由于該工程的布倫口水庫為多年調(diào)節(jié)水庫，且先于蓋孜水電站建成，建成后將改變蓋孜水電站處天然的洪水過程。

蓋孜水電站擬定的三種開發(fā)方案中，上閘址(引水調(diào)節(jié)池方案)直接接布倫口—公格爾水電站尾水，不存在設(shè)計洪水問題；中壩址、下壩址為攔河開發(fā)方案，其洪水除來自布倫口調(diào)洪出庫外還來自布—壩區(qū)間，因此此次將布—壩區(qū)間設(shè)計洪水與布倫口水庫同頻率設(shè)計出庫洪水過程疊加，作為蓋孜水電站中壩址、下壩址處的設(shè)計洪水。

壩址斷面天然設(shè)計洪水計算：蓋孜水電站擬定的壩址斷面位于布倫口站、克勒克站之間，其洪水同時受上、下游兩水文站控制。此次利用插補延長的布倫口站、克勒克站洪水系列，采用內(nèi)插法由面積比擬計算壩址斷面天然洪水系列，公式如下：

式中Q壩——中壩址、下壩址洪峰流量,m3/s；時段洪量，106m3；

Q克——克勒克站洪峰流量，m3/s，時段洪量，106m3；

Q布——布倫口站洪峰流量，m3/s，時段洪量，106m3；

F壩——中壩址、下壩址控制流域面積，km2；

F克——克勒克站控制流域面積，km2；

F布——布倫口站控制流域面積，km2。

依據(jù)得到的壩址斷面洪水系列，采用皮爾遜Ⅲ型曲線目估適線，結(jié)果見表3、表4。

表3 蓋孜水電站中壩址天然設(shè)計洪水成果

表4 蓋孜水電站下壩址天然設(shè)計洪水成果

根據(jù)典型洪水選取原則，選取具有一定的代表性，峰高量大，對工程最為不利的洪水過程作為典型洪水過程。此次選定布倫口站1961年7月27日—8月3日的洪水作為典型洪水過程，采用同頻率法計算設(shè)計洪水過程線,結(jié)果見圖1、圖2。

圖1 中壩址天然設(shè)計洪水過程線

圖2 下壩址天然設(shè)計洪水過程線

6 結(jié) 論

據(jù)布倫口站1956—1967年及克勒克站1959—2009年實測資料統(tǒng)計，年最大洪峰流量主要出現(xiàn)在7月中旬—8月中旬。洪峰特點表現(xiàn)為洪水連續(xù)、量大而峰不高，從日平均流量過程上看兩站洪水過程上單峰、復峰均有出現(xiàn)，但以復峰居多，洪水歷時一般在10～25天。按有關(guān)部門審核意見，蓋孜河能定量的三場歷史洪水重現(xiàn)期分別為：最大歷史洪水(1926年)重現(xiàn)期為136年，第二大歷史洪水(1913年)重現(xiàn)期為96年，第三大歷史洪水(1945年)重現(xiàn)期為64年。

蓋孜水電站擬定了三種開發(fā)方案，分別為上閘址方案(引水調(diào)節(jié)池方案)、中壩址方案、下壩址方案。其中引水調(diào)節(jié)池方案直接接布倫口—公格爾水電站尾水，為本階段的推薦方案，而中壩址方案、下壩址方案為攔河方案，為本階段的比較方案，其洪水除來自布倫口調(diào)洪出庫外還來自布—壩區(qū)間，因此本次將布—壩區(qū)間設(shè)計洪水與布倫口水庫同頻率設(shè)計出庫洪水過程疊加，作為蓋孜水電站中壩址、下壩址處的設(shè)計洪水，根據(jù)典型洪水選取原則，本次選定布倫口站1961年7月27日—8月3日的洪水作為典型洪水過程，采用同頻率法計算設(shè)計洪水過程線。