塔什店鎮(zhèn)北山4號溝洪水計(jì)算

王振龍

（新疆巴音郭楞水文勘測局，新疆 庫爾勒 841000）

1 概況

塔什店鎮(zhèn)北山4號溝，發(fā)源于南天山支脈的霍拉山南坡。4號溝流域上部分布著東、西兩條較大的山洪溝，期間還有數(shù)條小洪溝，洪水經(jīng)防洪壩疏導(dǎo)匯集于巴州磚廠以東的洼地。長11.8 km，流域面積28.99 km2。北山4號溝是一條以降雨水為補(bǔ)給來源的季節(jié)性山洪溝，平時溝內(nèi)無地表徑流。塔什店鎮(zhèn)北山4號溝流域內(nèi)，在河流下游沙漠戈壁灘處有部分防洪工程，包括：2001～2003年，在4號溝西支溝口修建高2m的攔洪堤300m，泄洪渠長2200，深度在2～3m；2008年，在4號溝東支洪溝口和溝口以上300m處分別修建高5m的攔洪堤50m，泄洪渠長800m，深度在4～2m；2007年，在218國道上新修建三座過水涵洞，在過水涵洞上游兩側(cè)新修建導(dǎo)洪堤，西側(cè)導(dǎo)洪堤高2.5m，長350m，東側(cè)導(dǎo)洪堤高2.5m，長250m。過水涵洞下游新修建了一條長100m、寬14m、深度在2.5m的導(dǎo)洪渠；1990年之前在老314國道過水涵洞下游修建有一條長3500m、寬14m、深度在2.5m的泄洪渠。

2 存在問題

（1）受當(dāng)時條件的限制，工程標(biāo)準(zhǔn)不高，配套不全，經(jīng)過近二十年的運(yùn)行，受洪水、泥沙、凍脹及人為因素的破壞，再加上維修投入不足，老化和損壞已十分嚴(yán)重，致使防洪工程不能更好的發(fā)揮作用。

（2）4號山洪溝沒有形成有效的防洪體系，河道無永久性防洪措施，只在部分河段零星建有防洪工程，防洪設(shè)施較為簡易，防洪等級為不足10年一遇，經(jīng)多年洪水沖刷、侵蝕，已難于應(yīng)對大洪水的威脅，河流仍處于“大洪大災(zāi)、小洪小災(zāi)”的局面。

為提高北山4號溝防洪能力，庫爾勒市計(jì)劃在右岸（K0+000～K0+27.3）、（K0+339～K1+376.4） 段新建堤防工程 1.065 km，右岸（K0+27.3～K0+339)、(K1+376.4～K2+392)段加固、擴(kuò)建堤防工程 1.3273 km，右岸 (K2+392～K2+700)、(K3+200～K3+614.6)段新建堤防0.723 km，(K4+150～K4+483.3)段疏浚河道0.333 km。為了保證工程順利實(shí)施，需對4處堤防段洪水進(jìn)行分析計(jì)算。

3 洪水分析

3.1 洪水成因及其特性

塔什店鎮(zhèn)北山4號溝山體較低，沒有永久性冰川和積雪。流域區(qū)地下水位低，不能補(bǔ)給洪溝。當(dāng)降雨強(qiáng)度小時，降水全部滲入地下，因此，4號溝大多時段干枯無水，其洪水類型屬于典型的暴雨型洪水，暴漲暴落。

3.2 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

（1）洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法

由于塔什店鎮(zhèn)北山4號溝屬無水文資料河流，本次設(shè)計(jì)洪峰流量的計(jì)算選取處于出山口的大山口、黃水溝、克爾古提、迪那河水文站作為模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法的參證站。根據(jù)2003年發(fā)生洪水的重現(xiàn)期（23年），選用4號溝東、西支出溝口和洼地前端泄洪渠上2003年洪水調(diào)查值 (分別為10.1 m3/s、14.8 m3/s和18.0 m3/s)，2003年洪水的洪峰模比系數(shù) Kp值（3.32）是通過重現(xiàn)期和洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線上反查出來，來推求4號溝東、西支出溝口和洼地前端泄洪渠上設(shè)計(jì)洪峰流量，見表1。

表1 根據(jù)2003年洪水重現(xiàn)期計(jì)算各洪水調(diào)查位置處的設(shè)計(jì)洪峰流量

（2）洪峰模數(shù)法

選取處于同氣候區(qū)內(nèi)的或產(chǎn)洪方式相近內(nèi)的迪那河水文站作為參證站，采用計(jì)算出的設(shè)計(jì)洪峰流量，根據(jù)下式求得塔什店區(qū)北山4號溝2013年各洪水調(diào)查位置處不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量。調(diào)查位置處洪峰模數(shù)法設(shè)計(jì)洪峰流量成果見表2。

式中：Q為設(shè)計(jì)流域和參證站的設(shè)計(jì)洪峰流量（m3/s）；F為設(shè)計(jì)流域和參證站的集水面積（km2）。

（3）由設(shè)計(jì)暴雨推理公式法推求設(shè)計(jì)洪峰流量

塔什店區(qū)北山4號溝無降水觀測資料，不能滿足設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水的要求。因此，本次選擇離塔什店區(qū)北山4號溝工程位置最近（相距3.5 km），有長系列降水量資料的他什店（五）水文站為設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪峰流量的參證站。

塔什店區(qū)北山4號溝集水面積較小，為全面匯流，應(yīng)用《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》推理公式中短歷時（t＜=24小時）設(shè)計(jì)暴雨來推求塔什店區(qū)北山4號溝設(shè)計(jì)洪峰流量，公式為：

式中：Qm,p為設(shè)計(jì)洪峰流量；F為集水面積；L為河長；J為坡降；μ為產(chǎn)流歷時內(nèi)的平均損失強(qiáng)度，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，μ=0.68×α0.78=1.8；n為暴雨衰減指數(shù)，取0.80；Sp為頻率為P的雨力；τ為匯流歷時；m為流域匯流速度系數(shù)，取1.3。

經(jīng)量圖查算，塔什店區(qū)北山4號溝東支出溝口集水面積9.88 km2，出山口以上河流長度6.8 km，出山口以上縱坡降27.2‰。4號溝西支出溝口集水面積13.9 km2，出山口以上河流長度6.25 km，出山口以上縱坡降26.5‰。洼地前端泄洪渠集水面積28.24 km2，出山口以上河流長度9.5 km，出山口以上縱坡降25.8‰。設(shè)計(jì)頻率的雨力Sp=H24hp%×24n-1。根據(jù)以上確定的參數(shù)，假定一組t值，代入公式（1）可得出相應(yīng)的一組Qm,p值；再將Qm,p值代入公式（2）中得出一組τ值，直到t=τ為止。此時Qm,p值即為其它頻率的洪峰流量，見表3。

表2 根據(jù)洪峰模數(shù)法計(jì)算各洪水調(diào)查位置處的設(shè)計(jì)洪峰流量成果表 單位：m3/s

表3 4號溝各洪水調(diào)查位置處設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

（4）4號溝各節(jié)點(diǎn)處設(shè)計(jì)洪峰流量成果合理性分析

塔什店區(qū)北山4號溝流域洪水資料貧乏，這給設(shè)計(jì)洪水計(jì)算帶來了一定的困難，本次采用三種方法對4號溝各洪水調(diào)查位置處設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行分析計(jì)算，用以進(jìn)行對比分析和相互驗(yàn)證。

洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法，選用同一水文分區(qū)內(nèi)幾個與之相鄰流域的洪峰流量模比系數(shù)，作地區(qū)綜合頻率分析，從而降低計(jì)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。將相鄰流域的洪峰流量參數(shù)綜合在一起作地區(qū)綜合分析，可綜合出地區(qū)參數(shù)的規(guī)律性，以解決無資料流域的設(shè)計(jì)洪水。本次采用2002年11月與2013年3月兩次歷史洪水調(diào)查訪問期的洪水記錄和根據(jù)周邊水文站實(shí)測降水量資料來綜合確定了重現(xiàn)期，來計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰流量，準(zhǔn)確率較高可采用，見表1。

洪峰模數(shù)法推求的設(shè)計(jì)洪峰流量，比洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法推求的設(shè)計(jì)洪峰流量偏小。主要原因是由于迪那河水文站集水面積與塔什店區(qū)北山4號溝集水面積差異較大所致，所以其結(jié)果可作對比分析及參考用，見表2。

設(shè)計(jì)暴雨推理公式法推求設(shè)計(jì)洪峰流量，由于塔什店區(qū)北山4號溝流域上沒有降水量資料，只能用他什店水文站的降水資料，而他什店水文站與塔什店區(qū)北山4號溝山區(qū)受高程等因素的影響，降水還是有一定的差距，計(jì)算成果存在一定的誤差，而且公式中涉及到多個未確定的參數(shù)，任意性較大，用此法推求成果僅供參考，見表3。

3.3 工程河段各計(jì)算節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)洪峰流量

經(jīng)實(shí)地調(diào)查：塔什店區(qū)北山4號溝防洪工程樁號K0+000節(jié)點(diǎn)處，僅有4號溝西支出溝口的洪水到達(dá)此處，因此樁號K0+000節(jié)點(diǎn)處的設(shè)計(jì)洪峰流量就直接采用西支出溝口的設(shè)計(jì)洪峰流量。

表4 各計(jì)算節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)洪峰流量成果表 單位：m3/s

樁號K1+000節(jié)點(diǎn)和樁號K2+700節(jié)點(diǎn)處，除4號溝東、西支出溝口的洪水外，還有東、西支洪溝流域區(qū)間以外區(qū)域的少量坡集洪水。雖然兩處節(jié)點(diǎn)分別位于4號溝東、西支出溝口以下1.15 km和2.75 km處，東、西支出溝口的洪水沿導(dǎo)洪渠向下游流動時存在洪水沿程衰減，但沿程也存在少量坡集洪水逐漸匯入的情況，在這種既存在洪水沿程衰減，又存在少量坡集洪水逐漸匯入的相互作用情況，經(jīng)綜合考慮，樁號K1+000節(jié)點(diǎn)和樁號K2+700節(jié)點(diǎn)處的設(shè)計(jì)洪峰流量，按4號溝東、西支出溝口后的洪水在節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)遭遇性的洪水情況處理，既K1+000節(jié)點(diǎn)和樁號K2+700節(jié)點(diǎn)處的設(shè)計(jì)洪峰流量，是將4號溝東支出溝口和西支出溝口的設(shè)計(jì)洪峰流量按同頻率疊加。樁號K4+150節(jié)點(diǎn)就位于洼地前端泄洪渠處，上游各支溝的洪水在現(xiàn)218公路前匯集，同時樁號K4+150節(jié)點(diǎn)位于4號溝東、西支出溝口以下4.0 km處，東、西支出溝口的洪水沿導(dǎo)洪渠向下游流動時存在洪水沿程衰減，因此，樁號K4+150節(jié)點(diǎn)處的設(shè)計(jì)洪峰流量就直接采用洼地前端泄洪渠的設(shè)計(jì)洪峰流量。經(jīng)推算得各計(jì)算節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)洪峰流量，見表4。

4 結(jié)語

由于缺乏長系列的徑流和洪水資料，造成塔什店鎮(zhèn)北山4號溝4處防洪工程處洪水計(jì)算困難，通過分析討論，文章采用三種方法對節(jié)點(diǎn)洪水進(jìn)行分析計(jì)算，從而確定各支溝和工程節(jié)點(diǎn)處不同頻率下的設(shè)計(jì)洪峰流量，為工程建設(shè)提供參考。