新能源汽車檢測中心試驗場洪水影響分析

木娜瓦爾·買買提

（吐魯番水文勘測局，新疆 吐魯番 838000）

0 引言

新能源汽車檢測中心試驗場位于高昌區(qū)火焰山腳下，建設(shè)內(nèi)容主要有：直線性能路、城市廣場、服務(wù)區(qū)配套建筑、標(biāo)準(zhǔn)坡道、越野路、綜合試驗路等。由于新能源汽車檢測中心試驗場位于煤窯溝下游35 km 處，且沒有任何防洪工程，根據(jù)《城市防洪工程設(shè)計規(guī)范》和沿河工程防洪標(biāo)準(zhǔn)，該項目設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為20 年一遇，需對設(shè)防的20 年一遇洪水進(jìn)行分析計算。項目位置見圖1。

圖1 汽車檢測有限公司項目區(qū)位置示意圖

1 概況

項目區(qū)多年平均降雨量15.7 mm。煤窯溝流域洪水，通過托蓋達(dá)坂防洪壩后經(jīng)過G30 國道，在火焰山分為三叉溝，從西向東命名為西1、西2、西3 溝，其洪水成因多為暴雨所致，具有突發(fā)性，短歷時，高強度，陡漲陡落，破壞性極大的特點。其中，西2 溝是主要行洪溝，項目區(qū)部分區(qū)域也在行洪范圍內(nèi)。

當(dāng)西3 溝發(fā)生特大洪水時（100 年一遇以上）。可淹沒新能源汽車試驗預(yù)留區(qū)、標(biāo)準(zhǔn)坡道、城市廣場、操穩(wěn)評價路、性能路和越野場地等區(qū)域。經(jīng)對項目區(qū)周圍洪水來源和潰壩洪水影響范圍分析，西2、西3 溝洪水是項目區(qū)洪水威脅的主要來源，因此本次只計算西2、西3 溝的洪水。

2 參證站洪水分析

煤窯溝主要有煤窯溝水文站，具有60 多年觀測資料。1969 年6 月26 日的洪水是煤窯溝水文站建站以來實測的最大洪水。其洪峰流量為494 m3/s，在實測資料中排位第一，資料比較可靠。1969 年7 月3 日，曾做過一次洪水調(diào)查。從歷史洪水的調(diào)查訪問及資料記錄中分析得知，在近70 年內(nèi)（1905 年～1969 年）相似或大于1969 年的特大洪水發(fā)生了至少3～4 次，有記載的年份為1905 年、1916 年、1936 年，但調(diào)查中無法找到其洪水痕跡，難以確定洪峰量大值。所以，本次洪水計算以煤窯溝水文站作為參證站進(jìn)行洪水設(shè)計。

3 洪水調(diào)查分析

3.1 西2 溝洪水調(diào)查與分析

1）根據(jù)2017 年完成的“煤窯溝水庫潰壩洪水及對下游影響水文分析計算”，當(dāng)水庫潰壩時洪水只流進(jìn)西2 溝后引入到艾丁湖，項目區(qū)性能試驗路（兩條）1.6 km 穿過河道行洪區(qū)范圍，考慮工程最不利條件，當(dāng)煤窯溝發(fā)生局部潰壩洪水，到達(dá)西2 溝的洪峰流量為277 m3/s。

2）經(jīng)現(xiàn)場踏勘和煤窯溝站最大洪峰出現(xiàn)的時間，根據(jù)洪水痕跡，采用橫斷面成果和曼寧公式估算，本次調(diào)查處的調(diào)查洪峰 107 m3/s，為 2005 年 8 月6 日發(fā)生的洪水。

3.2 西2 溝下游（項目區(qū)1）洪水調(diào)查

在西2 溝下游項目區(qū)直線性能路（西邊）跨越煤窯溝河道處，測量河道寬1300 m，河段西低東高，東西河底高差9 m，直線性能路比河底高17 m，此河段為漫灘，無法找出明顯的河槽。因此以洪水痕跡為主，測4 段橫斷面進(jìn)行平均寬流量估算。由于調(diào)查河段西低東高高差也較大，各段的洪水位有所差異，因此，根據(jù)測量估算的斷面每100 m 平均流量為6.93 m3/s，用洪水?dāng)嗝婵傞L1290 m，計算該斷面洪峰流量為89.4 m3/s。

3.3 西3 溝洪水調(diào)查

西3 號溝雖位于煤窯溝流域下游，但由于地勢高，煤窯溝河洪水并不能流到該溝。但是若遇突發(fā)性大暴雨，洪水則會漫延到約8.0 km2的戈壁，影響到項目區(qū)部分區(qū)域。通過洪水調(diào)查，測量公路左右岸橫斷面和曼寧公式估算，其2018 年和2005 年最大洪峰流量分別為9.91 m3/s 和132 m3/s。

3.4 西2、西3 溝與項目區(qū)區(qū)間山前暴雨洪水計算

由于西2、西3 溝與項目區(qū)間沒有雨量站點，歷史記錄中也沒有該區(qū)域暴雨洪水發(fā)生案例，說明該區(qū)域沒有發(fā)生過強暴雨洪水。為了安全起見，本次用周圍喀爾于孜薩依溝（煤窯溝與塔爾朗區(qū)間洪溝）、桃兒溝和吐峪溝大峽谷防洪堤防建設(shè)項目暴雨洪水分析計算報告中的暴雨資料，估算項目區(qū)上游暴雨洪水。經(jīng)計算，西2、西3 溝和區(qū)間各頻率設(shè)計洪水成果見表1。

表1 西2、西3 與項目1 區(qū)、2 區(qū)區(qū)間各站點各頻率設(shè)計洪水成果

4 項目區(qū)設(shè)計洪水計算

根據(jù)城市防洪和項目設(shè)計要求，需計算各頻率下的設(shè)計洪水。

4.1 設(shè)計洪水計算思路

為了方便且準(zhǔn)確計算項目區(qū)設(shè)計洪水，根據(jù)上游洪水淹沒情況，把項目區(qū)分成兩個區(qū)，項目1 區(qū)是直線性能路從環(huán)島向東2.5 km 處；項目2 區(qū)是項目區(qū)廠房區(qū)域，長有8.3 km。

4.1.1 項目1 區(qū)設(shè)計洪水計算思路

煤窯溝河托蓋達(dá)坂防洪壩后經(jīng)過G30 國道以下分三叉溝，2 號洪溝（行洪通道）穿過項目1 區(qū)（是河道行洪區(qū)），當(dāng)3 號溝發(fā)生大洪水時對項目2 區(qū)有影響。

方案1：根據(jù)煤窯溝設(shè)計洪水計算，按每公里平均衰減率2.5%衰減到西2 溝，又衰減到項目1 區(qū)設(shè)計洪水成果。

方案2：根據(jù)西2 溝溝口調(diào)查洪峰流量，用洪峰流量地區(qū)綜合法來估算溝口處設(shè)計洪水計算，每公里平均衰減后成果加區(qū)間暴雨洪水，得項目1 區(qū)設(shè)計洪水成果。

方案3：直接用1 區(qū)洪水調(diào)查值，用洪峰流量地區(qū)綜合法結(jié)果作為項目1 區(qū)的設(shè)計洪水。

方案4：1 區(qū)與西2 溝口距離只有3.8 km，不考慮區(qū)間發(fā)生暴雨洪水可能性，而且項目區(qū)周圍無雨量資料做依據(jù)，因此，直接把西2 溝設(shè)計洪水作為項目1 區(qū)的洪水成果。

方案5：為了設(shè)計安全，項目1 區(qū)與西2 溝口距離只有3.8 km，考慮區(qū)間發(fā)生暴雨洪水可能性，因此，西2 溝衰減后的設(shè)計洪水加西2 溝暴雨洪水和區(qū)間暴雨洪水疊加作為項目1區(qū)的洪水成果。

4.1.2 項目2 區(qū)設(shè)計洪水計算思路

西3 溝是獨有洪溝，由公路分東、西溝兩溝，地勢為西高東低，東、西兩側(cè)溝調(diào)查洪峰流量分別為59.1 m3/s、63.3 m3/s。由洪水淹沒范圍分析，項目2 區(qū)受西3 溝西邊溝洪水影響，因此，本次不考慮東溝的洪水，將西3 溝西溝設(shè)計洪水成果作為項目2區(qū)洪水成果。項目2 區(qū)設(shè)計洪水主要思路：

方案1：根據(jù)調(diào)查值用模比系數(shù)地區(qū)綜合法，推求西3 溝的設(shè)計洪水成果，直接把西3 溝西邊設(shè)計洪水成果作為項目2區(qū)的設(shè)計成果；

方案2：西3 溝2015 年洪水調(diào)查值包含該溝周圍暴雨洪水（不考慮該溝的暴雨），因此，用西3 溝西邊溝設(shè)計洪水成果加西3 溝到項目2 區(qū)區(qū)間暴雨疊加，作為項目2 區(qū)設(shè)計洪水成果。

4.2 洪水衰減率計算

1）通過洪水調(diào)查和查閱相關(guān)報告資料，煤窯溝河發(fā)生較大洪水時可能受洪水影響，項目區(qū)直線性能路河段離煤窯溝河源頭有30 多公里，西2 溝口至項目區(qū)1 距離4.5 km，計算出每公里衰減率為3.66%。

2）2005 年煤窯溝水文站發(fā)生了239 m3/s 洪水，吐魯番水文水資源勘測局又在其下游6.1 km 處調(diào)查到219 m3/s 洪水，經(jīng)計算洪水衰減率每公里為1.4%。從偏于安全考慮采用1.4%進(jìn)行計算。

3）根據(jù)《鄯善縣吐峪溝大峽谷防洪提防建設(shè)項目暴雨洪水分析計算》報告中的平均衰減率2.5%，其項目和本次項目區(qū)均位于煤窯溝下游，因此，用衰減率2.5%來計算本項目區(qū)設(shè)計洪水較為合理。

4.3 洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合法

選取處于同一氣候區(qū)內(nèi)具有較長實測洪水系列的水文站作為參證站，根據(jù)參證站實測年最大洪峰流量及歷史調(diào)查的洪水資料，采用洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法，推求調(diào)查斷面設(shè)計洪峰流量。

式中：Qp為設(shè)計洪峰流量，m3/s；Qd為調(diào)查歷史洪水洪峰流量；Kp為設(shè)計流量模比系數(shù)；Kd為調(diào)查流量模比系數(shù)。

采用本氣候區(qū)內(nèi)具有較長實測洪水系列的各水文站的歷史調(diào)查洪水和實測洪峰系列樣本；其中：阿拉溝站為1957 年～2018 年連續(xù)系列，無特大值處理；煤窯溝站為1976 年～2018 年、加1969 年（做特大值處理）共39 年洪水系列；（重現(xiàn)期61 年）；二塘溝洪水系列有歷史洪水、1939 年調(diào)查洪水、1992 年～2013 年歷史洪水和1939 年洪水做特大值歷史調(diào)查洪水647 m3/s（重現(xiàn)期 77 年）；1939 年洪水 355 m3/s（重現(xiàn)期 38 年）；柯柯亞洪水系列為 1979 年 ～2013 年，1996 年（638 m3/s）做特大值處理，重現(xiàn)期為63 年。

由此繪制地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線見圖2，其統(tǒng)計參數(shù)Cv=1.25，Cs/Cv=3.0。本次采用各站點2005 年洪水調(diào)查值，重現(xiàn)期15 年相應(yīng)的模比系數(shù)2.873，求得KP值及各洪溝的設(shè)計洪峰流量見表2。

圖2 吐魯番地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線圖

表2 項目區(qū)各站點設(shè)計洪峰流量成果表

4.4 項目1 區(qū)設(shè)計洪水計算

根據(jù)項目區(qū)洪水計算思路，計算結(jié)果見表3，經(jīng)上述幾種方法進(jìn)行對比分析，考慮項目1 區(qū)上游河槽不明顯、洪水位難以確定，考慮最不利條件，推薦采用5 方案設(shè)計洪水成果作為項目1 區(qū)成果較為合理。

表3 項目1 區(qū)設(shè)計洪水成果

4.5 項目2 區(qū)設(shè)計洪水計算

與上述同樣原理，采用洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合法估算西3 溝西溝設(shè)計洪水成果與區(qū)間暴雨疊加成果作為項目項目2 區(qū)設(shè)計成果，見表4。

表4 項目2 區(qū)設(shè)計洪水成果

4.6 項目區(qū)最終設(shè)計洪水計算

根據(jù)以上一些列計算分析確定汽車試驗項目區(qū)設(shè)計洪水成果見表5。

表5 項目區(qū)設(shè)計洪水成果

5 結(jié)語

新能源汽車檢測中心位于煤窯溝下游，其洪水受西2、西3溝影響較大，而洪水的組成和沿程衰減情況復(fù)雜，不確定因素較多。為了確保項目安全性，通過調(diào)查西2 溝、西2 溝下游、西3 溝洪水和計算西2、西3 溝與項目區(qū)間暴雨洪水，分析洪水沿程衰減情況，將項目區(qū)分為2 個區(qū)，采用洪峰流量模比系數(shù)綜合法分別求出兩個區(qū)域設(shè)計洪水，最終提出項目區(qū)20 年一遇洪水為209 m3/s，100 年一遇洪水為387 m3/s，為工程設(shè)計建設(shè)提供參考。