新疆阿爾塔什水利樞紐工程設(shè)計(jì)洪水參數(shù)確定

戚海峰

(中國核工業(yè)集團(tuán)新華水力發(fā)電有限公司新疆巴州新華水電開發(fā)有限公司,烏魯木齊 830000)

0 前 言

大型水利樞紐工程建設(shè)可以改善當(dāng)?shù)厮Y源分布不均的現(xiàn)狀，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益具有重要意義。水利樞紐工程一般承擔(dān)著重要的防洪作用，合理確定洪水參數(shù)可為水利工程設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)依據(jù)，在保證工程安全的前提下，可以提高工程設(shè)計(jì)的合理性、經(jīng)濟(jì)性[1-2]。目前，設(shè)計(jì)洪水參數(shù)的確定主要采用內(nèi)插法、衰減法、直接移用法，針對(duì)流域情況變化較小時(shí)適宜性較強(qiáng)。針對(duì)不同的流域環(huán)境條件，需要采用不同的洪水參數(shù)確定方法，以保證獲取合理的設(shè)計(jì)洪水參數(shù)[3-4]。阿爾塔什水利樞紐工程是葉爾羌河流域重要的水利工程，葉爾羌河流域洪水頻發(fā)，洪水類型多樣，每年洪量變化較大，設(shè)計(jì)洪水參數(shù)確定難度較大。本文根據(jù)葉爾羌河流域流域洪水特點(diǎn)，收集歷史洪水資料，對(duì)歷史洪水資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定樞紐壩址區(qū)的設(shè)計(jì)洪水參數(shù)，為阿爾塔什水利樞紐工程設(shè)計(jì)及施工提供依據(jù)。

1 洪水特征及歷史洪水調(diào)查

1.1 洪水成因及特性

阿爾塔什水利樞紐工程位于葉爾羌河流域。葉爾羌河流域洪水極為特殊，洪水類型主要包括常見的：冰川積雪消融、暴雨、消融+暴雨混合型、冰川突發(fā)型、消融+冰川突發(fā)型。其中，淺種洪水類型在新疆地區(qū)較為常見，后兩種類型洪水在新疆地區(qū)較少出現(xiàn)，突然型洪水具有起漲速度、洪峰值極高等特點(diǎn)[5-7]。

1.2 歷史洪水與重現(xiàn)期

根據(jù)調(diào)查，葉爾羌河流域歷史上發(fā)生過多次洪水。如：1759、1804、1851、1881、1892年等?？ㄈ核恼局苓呎{(diào)查的最大洪水發(fā)生于1880年9月，最大洪峰流量約為9 140 m3/s。

卡群站除1880年9月洪水大于1961年9月實(shí)測(cè)最大洪峰之外，其余場次最大洪峰均小于卡群1961年9月實(shí)測(cè)洪水。因此，選取1880年9月洪水計(jì)算歷史重現(xiàn)期，歷史最大洪水發(fā)生時(shí)間距調(diào)查時(shí)間約133 a，因此，歷史重現(xiàn)期按照130 a計(jì)算。

1.3 洪水系列

卡群、庫魯克欄干水文站站址以上流域，地處山區(qū)，實(shí)測(cè)洪水系列一致性較好，故不進(jìn)行洪水系列還原計(jì)算。其中卡群水文站有1954—2012年共59 a的實(shí)測(cè)洪水要素資料，較為完整，可滿足洪水統(tǒng)計(jì)與計(jì)算的需要，故不進(jìn)行實(shí)測(cè)洪水系列的插補(bǔ)延長工作。庫魯克欄干站與卡群站為葉爾羌河上下游關(guān)系，因此可以采用卡群站與庫魯克欄干水文站同期洪峰、時(shí)段洪量相關(guān)，從而插補(bǔ)出庫魯克欄干站1954—1958、1968—1969、1880年年最大24 h,3、5、7、15 d洪量，組成1954—2012年洪水系列。

表1 阿爾塔什采用水文站信息一覽表

2 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

參證站設(shè)計(jì)洪水根據(jù)卡群、庫魯克欄干站1954—2012年水文參數(shù)計(jì)算，見公式(1)、(2)；按適線法[8]由PIII型曲線進(jìn)行適線，頻率曲線的適線結(jié)果參見圖1～ 2所示。

圖1 流域水系及工程位置

(1)

(2)

公式(1)、(2)中：Q為設(shè)計(jì)洪峰,m3/s；W為設(shè)計(jì)洪量,m3/s；F為面積,km2；L為距離,km；K為系數(shù)。

圖2 卡群站年最大洪峰流量頻率曲線

阿爾塔什壩址位于葉爾羌河卡群水文站上游55 km，壩址控制流域面積46 445.6 km2，壩址與卡群站區(qū)間面積3 802.4 km2，壩址上游有支流塔什庫爾干河匯入。塔什庫爾干河下坂地水利樞紐總庫容8.67×108m3，水庫壩址控制流域面積9 570 km2，不設(shè)防洪庫容，設(shè)計(jì)工況下，水庫100年一遇洪峰為750 m3/s，最大下泄流量536 m3/s，校核洪水1 310 m3/s，最大下泄920 m3/s，二者削峰約29%[9]。根據(jù)水庫上游伊爾列黑站與葉爾羌河干流卡群站1960—1967、2000—2010年同期實(shí)測(cè)洪水資料分析，在不考慮伊爾列黑站與卡群站兩站區(qū)間洪水匯入的極端情況下，伊爾列黑站洪峰平均約占卡群站的4.5%，考慮下坂地水庫調(diào)節(jié)作用后，洪水約占卡群站的3.2%。可以看出下坂地水庫工程修建后，其對(duì)洪水的調(diào)節(jié)作用較葉爾羌河干流小。因此塔什庫爾干河上的洪水對(duì)下游阿爾塔什水庫壩址處洪水影響較小，下坂地水庫工程的修建對(duì)阿爾塔什壩址處洪水的影響可以忽略不計(jì)。基于上述分析，只需計(jì)算阿爾塔什壩址處天然洪水情況。

阿爾塔什壩址與下游卡群站區(qū)間面積約3 802.4 km2，壩址處無長系列實(shí)測(cè)水文資料，考慮專用站與卡群水文站同屬于葉爾羌河上游下游站，以卡群水文站為參證站，分別采用其年最大洪峰、24 h,3、5、7、15 d洪量與專用站相關(guān)，插補(bǔ)出專用站相應(yīng)洪峰、洪量，兩站洪峰流量見圖3。

圖3 卡群與專用站洪峰流量關(guān)系

專用站設(shè)計(jì)洪水與阿爾塔什壩址設(shè)計(jì)洪水成果略有差異，設(shè)計(jì)洪峰偏差在3%以內(nèi)，設(shè)計(jì)洪量比原有成果略有偏小，主要是由于卡群站位于專用站以下，區(qū)間存在部分產(chǎn)流?？紤]到阿爾塔什水庫為大I型水庫，調(diào)蓄能力較強(qiáng)，本次復(fù)核洪峰偏差在合理范圍內(nèi)。因此，阿爾塔什壩址設(shè)計(jì)最大洪水量見表2。

表2 設(shè)計(jì)最大洪量參數(shù)

設(shè)計(jì)洪水過程線采用同頻率法計(jì)算，從卡群站實(shí)測(cè)洪水要素中選取消融與冰川突發(fā)洪水的混合型洪水過程，推算阿爾塔什水利樞紐壩址處的設(shè)計(jì)洪水過程線，并通過調(diào)洪計(jì)算，推薦采用對(duì)工程偏不利的1961年典型洪水，其相應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水過程見圖4。

圖4 1961年阿爾塔什水利樞紐設(shè)計(jì)洪水過程線

3 設(shè)計(jì)洪水合理性分析

根據(jù)1986年7月、1987年6月葉爾羌河冰川洪水科學(xué)考察隊(duì)科研成果，克亞吉爾特索湖、特拉木坎力冰川湖歷史最大蓄水量分別為3.18×108、1.92×108m3，兩湖合計(jì)的最大蓄水量為5.1×108m3。

阿爾塔什水利樞紐按照1000年一遇工況進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)洪量為8.78×108m3，校核工況采用10 000年一遇洪水洪量5.34×108m3。有記錄以來，葉爾羌河最大洪水發(fā)生于1962年，7 d最大洪量為6.1×108m3，根據(jù)歷史洪水資料，1880年9月洪水3 d洪量為7.23×108m3。根據(jù)1962年洪量和1880年9月洪水洪量，對(duì)葉爾羌河設(shè)計(jì)、校核工況設(shè)計(jì)洪水合理性進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)洪水流量大于歷史洪水洪量和冰湖蓄水量。設(shè)計(jì)洪水參數(shù)采用的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)考慮了冰湖洪量，設(shè)計(jì)洪水較為合理。

4 結(jié) 論

(1) 阿爾塔什水利樞紐屬于葉爾羌河流域，洪水類型主要包括：冰川積雪消融型、暴雨型、消融與暴雨混合型、冰川突發(fā)型洪水、消融與冰川突發(fā)洪水的混合型洪水，流域洪水較為頻發(fā)。

(2) 阿爾塔什水利樞紐專用參證站與卡群站洪峰流量滿足y=1.1015x-247.03(R2=0.9839)，卡群站洪峰流量較專用站小，主要原因是卡群站位于專用站以下，區(qū)間存在部分產(chǎn)流。

(3) 阿爾塔什水利樞紐工程P=0.01%頻率下，設(shè)計(jì)洪峰流量為18 403 m3/s，P=0.1%頻率下，設(shè)計(jì)洪峰流量為13 540 m3/s，P=1%頻率下，設(shè)計(jì)洪峰流量為8 786 m3/s，設(shè)計(jì)洪水參數(shù)與現(xiàn)場調(diào)查的歷史洪水?dāng)?shù)據(jù)較為吻合，設(shè)計(jì)洪水參數(shù)較為合理。