吐魯番市塔爾朗河洪峰流量衰減分析

肖 雄

（新疆維吾爾自治區(qū)吐魯番水文勘測(cè)局，新疆 吐魯番 838000）

0 引言

雅爾乃孜水庫(kù)位于雅爾乃孜溝溝口上游0.8 km處。1977年11月興建，1983年11月完工開(kāi)始蓄水，1984年2月14日在東壩肩處潰決。經(jīng)專家評(píng)定，水庫(kù)大壩存在壩基滲漏與壩間滲漏問(wèn)題。為了除險(xiǎn)加固工程需要，需對(duì)水庫(kù)洪水及衰減情況進(jìn)行分析。

1 流域概況

塔爾朗河位于吐魯番盆地北部山區(qū)，是雅爾乃孜水庫(kù)上游唯一水系，來(lái)水主要為冰川融水、融雪和降雨、地下水等。塔爾朗河與雅爾乃孜溝區(qū)間匯水面積為160 km2，區(qū)間不產(chǎn)流且無(wú)洪溝匯入。塔爾朗河出山口后通過(guò)山前沖擊、洪積扇區(qū)，穿越蘭新鐵路后形成漫灘在312國(guó)道下約2 km處水流集中沖刷成槽，進(jìn)入雅爾乃孜溝。溝內(nèi)交河古城周邊有兩條泉水溝，即馬哈溝和阿斯喀瓦克溝，其中馬哈溝泉水從交河古城城東流下，阿斯喀瓦克泉水從城西流下，兩股泉水在古城南端匯合，流向雅爾乃孜水庫(kù)，多年平均徑流量為0.7871×108m3。水庫(kù)工程區(qū)域地處吐魯番盆地西北端，盆地內(nèi)降水少，蒸發(fā)量極大，夏季干燥酷熱，冬季嚴(yán)寒多風(fēng)。塔爾朗河出山口距離吐魯番市約43 km（公路里程），下游為吐魯番工農(nóng)業(yè)及居民相對(duì)較集中區(qū)域，人口為7.8萬(wàn)人，河流水資源的利用程度較高。

2 參證站選定

塔爾朗專用水文站位于天山南坡塔爾朗河出山口的桃兒溝村，建于1998年，觀測(cè)項(xiàng)目為水位、流量，資料數(shù)據(jù)可靠，符合行業(yè)或國(guó)家頒布的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)范或手冊(cè)）。塔爾朗專用水文站只有1998年～2003年、2007年實(shí)測(cè)洪水系列和1987年、2005年、2017年、2018年洪水調(diào)查資料，資料系列較短，無(wú)法按實(shí)測(cè)資料來(lái)計(jì)算洪水，因此選取周邊長(zhǎng)系列站作為參證站，做代表性分析，依據(jù)長(zhǎng)系列站的資料對(duì)本站系列插補(bǔ)延長(zhǎng)。經(jīng)塔爾朗水文站和周邊站洪峰流量及各時(shí)段洪量相關(guān)分析，相關(guān)關(guān)系最好的長(zhǎng)系列站為煤窯溝水文站，因此可選煤窯溝水文站作為參證站。

從塔爾朗河與煤窯溝河最大洪峰流量發(fā)生日期統(tǒng)計(jì)結(jié)果（見(jiàn)表1）可以看出:兩河年最大洪峰流量出現(xiàn)日期相同有7年；雖然其中有些年份最大洪峰流量出現(xiàn)時(shí)間不一致，經(jīng)兩站實(shí)測(cè)資料分析，當(dāng)塔爾朗河發(fā)生洪水時(shí)，相應(yīng)煤窯溝河也同時(shí)發(fā)生洪水。據(jù)以上分析，可以充分說(shuō)明塔爾朗和煤窯溝河洪水成因相似，洪水同步性較好，選擇煤窯溝站為參證站是合理的。

表1 塔爾朗河與煤窯溝河最大洪峰流量發(fā)生時(shí)間分析表

3 塔爾朗水文站設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算

采用頻率計(jì)算法、洪峰模數(shù)法和洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法三種方法分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 塔爾朗水文站設(shè)計(jì)洪峰流量成果對(duì)比表

經(jīng)對(duì)比分析，洪峰模數(shù)法計(jì)算較方便，塔爾朗河與各參證站河地處于同一氣候分區(qū)的相似流域，其下墊面和洪水的形成具有相似性，洪水同步性較好，煤窯溝河發(fā)生洪水時(shí)塔爾朗河也發(fā)生洪水，與參證站流域面積只差3.0%，故直接移用參證站洪峰流量相同頻率的洪峰模數(shù)估算的設(shè)計(jì)洪水，其計(jì)算結(jié)果切合實(shí)際，故推薦洪峰模數(shù)法推算的設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果作為本次塔爾朗出山口（水文站）設(shè)計(jì)依據(jù)。

4 塔爾朗河上下游河段洪水衰減率計(jì)算分析

在吐魯番水文勘測(cè)局2008年6月完成的《吐魯番市雅爾乃孜水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程水文計(jì)算》和吐魯番市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院2013年7月完成的《新疆維吾爾自治區(qū)吐魯番市吐魯番市塔爾朗河防洪應(yīng)急工程初設(shè)（代可研）報(bào)告》報(bào)告中，雅爾乃孜水庫(kù)洪水為上游塔爾朗水文站洪水分別流經(jīng)30.8 km長(zhǎng)的戈壁衰減損失后剩余的洪水匯入雅爾乃孜水庫(kù)。

塔爾朗河流域缺乏洪水衰減試驗(yàn)資料。經(jīng)上下游洪水?dāng)嗝婧榉辶髁空{(diào)查:

1987年塔爾朗站調(diào)查洪峰為325 m3/s，在雅爾乃孜溝調(diào)查洪峰為211 m3/s；2000年塔爾朗站調(diào)查洪峰286 m3/s，雅爾乃孜水庫(kù)最大進(jìn)庫(kù)流量為77.0 m3/s；2005年塔爾朗出山口為310 m3/s，蘭新鐵路調(diào)查洪峰流量235 m3/s，G30國(guó)道18個(gè)涵洞調(diào)查洪峰流量為160 m3/s，雅爾乃孜水庫(kù)當(dāng)年最大進(jìn)庫(kù)流量為140 m3/s；2017年6月27日塔爾朗站洪峰流量180 m3/s，入庫(kù)5.0 m3/s；2018年8月4日洪峰流量160 m3/s，入庫(kù)最大流量為5.58 m3/s。

根據(jù)上述幾次洪水過(guò)程可計(jì)算出每公里平均衰減率在1.0%～2.9%之間，每公里平均衰減率為2.0%，說(shuō)明該河不同河段不同年份洪水演變過(guò)程有所差異，見(jiàn)表3。

表3 塔爾朗上下游河段洪水衰減率計(jì)算表

臨近河流對(duì)比:根據(jù)臨近河流場(chǎng)次洪水上下游6 km河道實(shí)測(cè)洪峰流量相對(duì)衰減率為11%，平均每公里衰減1.8%，與塔爾朗平均衰減率接近。

通過(guò)塔爾朗、煤窯溝洪水衰減計(jì)算分析，煤窯溝河平均每公里衰減1.8%，塔爾朗河幾次洪水調(diào)查值平均衰減率為1.0%～2.9%；塔爾朗、煤窯溝洪水衰減實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合分析，從偏安全考慮，本次推薦采用兩條河中每公里衰減率最小值1.9%作為塔爾朗河下游各斷面洪水衰減率，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 塔爾朗及周邊河流洪水衰減計(jì)算分析成果

5 雅爾乃孜水庫(kù)入庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

（1）雅爾乃孜水庫(kù)入庫(kù)設(shè)計(jì)洪峰計(jì)算

用兩種方法計(jì)算雅爾乃孜水庫(kù)入庫(kù)設(shè)計(jì)洪峰流量成果，一是根據(jù)塔爾朗河每公里1.1%的衰減率計(jì)算雅爾乃孜水庫(kù)入庫(kù)設(shè)計(jì)洪峰流量成果（遞減法）；二是根據(jù)水庫(kù)調(diào)查洪水用洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法推算出水庫(kù)設(shè)計(jì)洪峰流量。

通過(guò)以上兩種方法計(jì)算分析，兩種結(jié)果相差不大，其中洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法考慮了周邊河流水文資料、本河流和塔爾朗河段場(chǎng)次洪水調(diào)查資料，遞減法設(shè)計(jì)成果考慮了塔爾朗河段上下游洪水演變過(guò)程，因此，本次推薦采用模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法成果作為雅爾乃孜水庫(kù)入庫(kù)設(shè)計(jì)洪峰流量成果，見(jiàn)表5。

表5 雅爾乃孜水庫(kù)衰減后設(shè)計(jì)洪峰流量成果

（2）雅爾乃孜水庫(kù)入庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線計(jì)算

根據(jù)水管站和洪水調(diào)查資料分析，1987年、2000年、2005年、2018年三場(chǎng)大洪水上下游洪水傳播時(shí)間，見(jiàn)表6。

表6 塔爾朗站至雅爾乃孜水庫(kù)洪水傳播時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

塔爾朗水管站距離雅爾乃孜水庫(kù)30.8 km，河道出山口至雅爾乃孜溝區(qū)間河道基本上為漫灘河床，河槽不明顯，洪水衰減嚴(yán)重。按上述四場(chǎng)（1987年、2000年、2005年、2018年）洪水傳播的時(shí)間分析，上下游洪水起漲和最高峰傳播時(shí)間分別為1987年12小時(shí)，2000年14小時(shí)，2005年12小時(shí)，2018年9小時(shí)，四場(chǎng)洪水起漲和最高峰平均傳播時(shí)間為12小時(shí)，區(qū)間洪水演進(jìn)的平均速度為0.42 m/s，即上游塔爾朗站洪水經(jīng)過(guò)12小時(shí)才能到達(dá)下游雅爾乃孜水庫(kù)。

（3）洪水過(guò)程線衰減分析

根據(jù)以上分析上游塔爾朗站洪水途經(jīng)30.8 km，洪水衰減嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)12小時(shí)才能到達(dá)下游雅爾乃孜水庫(kù)。四次洪水過(guò)程平均每公里衰減率為1.9%，上下游區(qū)間30.8 km共衰減58.5%。

（4）雅爾乃孜水庫(kù)入庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線

用上游塔爾朗水文站典型洪水過(guò)程，采用以峰、量控制同頻率放大的方法，即典型洪水的洪峰流量和各時(shí)段洪量的放大倍比法，以及上述洪水傳播的時(shí)間和平均衰減率確定雅爾乃孜水庫(kù)入庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線（過(guò)程線計(jì)算5日（120小時(shí)后水量基本平穩(wěn)）），見(jiàn)圖 1。

圖1 雅爾乃孜水庫(kù)入庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線圖

6 結(jié)語(yǔ)

塔爾朗河屬天山南坡山溪性河流，洪水成因多為暴雨所致，且多以局地性暴雨引發(fā)洪水為主。洪水具有突發(fā)性，短歷時(shí)，陡漲陡落，破壞性極大的特點(diǎn)。洪水從河道出山口塔爾朗水文站至雅爾乃孜溝區(qū)間河道基本上為漫灘河床，河槽不明顯，坡降平緩，洪水需要流經(jīng)12個(gè)小時(shí)，才能到達(dá)雅爾乃孜水庫(kù)，洪水洪峰流量衰減嚴(yán)重。本文通過(guò)參證站進(jìn)行資料系列延長(zhǎng)，求出塔爾朗河水文站的洪峰和雅爾乃孜水庫(kù)洪峰流量及各時(shí)段洪量，并計(jì)算出水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線，求得洪水每公里平均衰減比例為58.5%。結(jié)果可供水庫(kù)除險(xiǎn)加固和洪水預(yù)報(bào)進(jìn)行參考。