九家灣水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)洪水分析

趙丹丹

（新疆維吾爾自治區(qū)水利管理總站，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

九家灣水庫(kù)位于烏魯木齊市沙依巴克區(qū)九家灣，始建于1966 年，水庫(kù)通過(guò)湟渠引蓄、收集東和平渠水和泉水，是一座?。?）型平原水庫(kù)，控制灌溉面積666.67 hm2。水庫(kù)原設(shè)計(jì)總庫(kù)容116萬(wàn)m3，主要建筑物由大壩、放水管組成。

1 水庫(kù)水源分析

1.1 水庫(kù)水源

九家灣水庫(kù)位于雅瑪里克山北坡，妖魔溝下游，水庫(kù)利用泉水溢出形成的洼地在其北側(cè)建壩，形成一注入式水庫(kù)。九家灣地區(qū)是一帶狀山間盆地，雅瑪里克山北坡、西山東坡的洪水都向盆地內(nèi)匯集，盆地東北部的黑山頭與平頂山之間有一條排洪主河道，將盆地內(nèi)的洪水排入和平渠。水文計(jì)算斷面引洪渠首以上集水面積25.60 km2，河長(zhǎng)15.90 km，河道比降23‰。

1.2 水文參證站

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)沒(méi)有水文和氣象站點(diǎn)，屬無(wú)資料區(qū)域。九家灣水庫(kù)距英雄橋水文站54 km，距烏拉泊站42 km，距白楊河站120 km。同項(xiàng)目區(qū)相比，英雄橋水文站和烏拉泊水文站集水面積過(guò)大，測(cè)站高程較高，因此，選取了同處天山北坡，高程基本相同、集水面積接近的白楊河水文站點(diǎn)作為此次洪水分析計(jì)算的參證站。

2 洪水成因及特性

2.1 暴雨特性

九家灣地區(qū)是帶狀山間盆地，雅瑪里克山北坡、西坡和西山東坡的洪水都向盆地內(nèi)匯集，盆地東北部的黑山頭與平頂山之間有一條排洪主河道，將盆地內(nèi)的洪水排入和平渠。104團(tuán)紙箱廠以南的妖魔溝與后溝匯集雅瑪里克山西坡的洪水，溝長(zhǎng)而且匯水面積大，是九家灣地區(qū)的主要洪水來(lái)源，這部分洪水流經(jīng)紙箱廠家屬院，穿過(guò)西山公路和蘭新鐵路涵洞與來(lái)自燒堿廠上游雅瑪里克山北坡的洪水匯合后，流向東北方向，在312國(guó)道和外環(huán)路附近與來(lái)自西山東坡的洪水匯合，然后沿排洪主河道下泄。

此地區(qū)降水以大尺度天氣系統(tǒng)影響為主，伴有中小尺度天氣系統(tǒng)活動(dòng)，局地暴雨時(shí)有發(fā)生。發(fā)生暴雨的時(shí)間統(tǒng)稱在夏季6、7、8三個(gè)月里，常常是較高氣溫持續(xù)數(shù)日，然后大雨不斷，陰雨天氣維持2-3日甚至更長(zhǎng)。由于山地抬升效應(yīng)，常見暴雨以中高山帶為中心。局地暴雨歷時(shí)短而強(qiáng)度大。

2.2 洪水特性

九家灣地區(qū)洪水主要是局地性暴雨洪水，也有春季融雪性洪水。季氣溫回升快，積雪迅速融化，再伴以春雨相應(yīng)，則易形成威脅城區(qū)的春洪，春洪通常發(fā)生在3月10日前后，一般持續(xù)2-3 d，但有時(shí)也要持續(xù)1 周以上，根據(jù)資料記載，春洪發(fā)生日期、量級(jí)主要與春初積雪和開春后氣溫回升有關(guān)；局地性暴雨洪水多發(fā)生在夏秋季，不同尺度的天氣系統(tǒng)過(guò)境時(shí)，由于地形

等各類因素影響，可能發(fā)生短歷時(shí)高強(qiáng)度暴雨，一般情況下暴雨籠罩面積小，僅數(shù)十到數(shù)百平方公里，暴雨歷時(shí)短，多為幾十分鐘，但強(qiáng)度大，可能在小范圍內(nèi)造成洪水災(zāi)害，雨強(qiáng)大于下滲則很快產(chǎn)流。

3 暴雨洪水分析

3.1 設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算

設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算采用頻率分析法。對(duì)項(xiàng)目區(qū)歷史暴雨資料無(wú)法進(jìn)行重現(xiàn)期調(diào)查和考證，直接采用烏魯木齊氣象站1951-2017年共67年的最大一日降水量系列資料作皮爾遜Ⅲ型頻率曲線，烏魯木齊氣象站年最大一日降水量頻率計(jì)算成果見表1。

表1 參證站烏魯木齊氣象站最大一日降水量頻率計(jì)算成果表

3.2 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

此次計(jì)算所涉及的洪水屬無(wú)資料地區(qū)，依照《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》對(duì)短缺資料地區(qū)設(shè)計(jì)洪水分析計(jì)算的要求，必須采用多種方法計(jì)算，并對(duì)各計(jì)算方法計(jì)算成果進(jìn)行綜合分析，合理選定最后推薦成果。根據(jù)上述要求，此次采用調(diào)蓄經(jīng)驗(yàn)單位線法、洪峰模數(shù)法、推理公式法及暴雨產(chǎn)流法四種方法進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水計(jì)算。

3.2.1 調(diào)蓄經(jīng)驗(yàn)單位線法

點(diǎn)面折算系數(shù)取用1.00，再將最大一日暴雨乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)K，采用全區(qū)統(tǒng)一值1.13。經(jīng)計(jì)算，計(jì)算斷面設(shè)計(jì)洪水成果見表2。

表2 調(diào)蓄經(jīng)驗(yàn)單位線法計(jì)算斷面設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

3.2.2 推理公式法

該區(qū)洪水類型為暴雨洪水，推理公式法是規(guī)范推薦推求小流域暴雨洪水使用的方法之一。根據(jù)《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水技術(shù)規(guī)范》及《水利水電設(shè)計(jì)洪水計(jì)算手冊(cè)》等參考技術(shù)數(shù)據(jù)，并結(jié)合流域下墊面條件，選取不同參數(shù)采用推理公式法計(jì)算出九家灣水庫(kù)設(shè)計(jì)洪峰流量。其中，流域面積為25.60 km2，溝長(zhǎng)15.92 km，比降為0.02，匯流參數(shù)為1.69。

3.2.3 洪峰、洪量模數(shù)法

以阜康白楊河站作為參證站，繪制1964-2017年最大洪峰流量頻率曲線，以適線法進(jìn)行適線，從而得到設(shè)計(jì)洪峰流量的參數(shù)。計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 模數(shù)法計(jì)算斷面設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

3.2.4 暴雨產(chǎn)流法

因白楊河水文站洪量主要是混合型洪水，而此次計(jì)算斷面的洪量主要來(lái)自暴雨，通過(guò)暴雨產(chǎn)流法計(jì)算出純暴雨在流域上的產(chǎn)洪流量。參證站烏魯木齊氣象站最大一日降水量頻率計(jì)算成果見表2，匯流面積為25.60 km2，經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)流系數(shù)取0.35。

3.3 設(shè)計(jì)洪水成果推薦

通過(guò)調(diào)蓄經(jīng)驗(yàn)單位線法、洪峰洪量模數(shù)法、推理公式法及暴雨產(chǎn)流法對(duì)九家灣水庫(kù)上游斷面的設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行計(jì)算，不同方法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水成果見表4。

表4 不同方法計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰、洪量匯總表

由表4 可以看出，三種方法計(jì)算成果差異較大，可能與洪水計(jì)算方法的適用性有關(guān)。①調(diào)蓄經(jīng)驗(yàn)單位線法采用的是烏魯木齊氣象站的實(shí)測(cè)降水資料，最大24 h 降水量是轉(zhuǎn)換而成的，且使用的產(chǎn)流、匯流參數(shù)沒(méi)有實(shí)測(cè)資料驗(yàn)證，任意性較大，不推薦調(diào)蓄經(jīng)驗(yàn)單位線法計(jì)算的洪峰成果。②九家灣水庫(kù)上游流域的夏季暴雨洪水為陡漲陡落的過(guò)程，通過(guò)暴雨產(chǎn)流法計(jì)算的百年一遇洪量為64.40 m3，洪峰洪量模數(shù)法計(jì)算百年一遇洪量為86.53 m3，調(diào)蓄經(jīng)驗(yàn)單位線法計(jì)算百年一遇洪量為53.29 m3，考慮到工程最不利的因素，選擇最大的洪量作為水庫(kù)的設(shè)計(jì)洪量。因此，洪量成果推薦洪量模數(shù)法計(jì)算成果。

4 結(jié)論

經(jīng)九家灣水庫(kù)水源、洪水成因及特性調(diào)查分析，采用調(diào)蓄經(jīng)驗(yàn)單位線法、洪峰洪量模型法、推理公式法及暴雨產(chǎn)流法推求水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水，并對(duì)結(jié)果合理性分析。選定推理公式法推算的洪峰成果，采用洪量模數(shù)法計(jì)算的洪量成果比較合理。