大西海子水庫(kù)洪水計(jì)算分析

郭 峰

(塔里木河流域管理局，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

1 工程概況

大西海子水庫(kù)位于新疆巴音郭楞蒙古自治州尉犁縣境內(nèi)的塔里木河下游、塔克拉瑪干沙漠腹地，壩址距離庫(kù)爾勒市210 km距塔里木河終點(diǎn)臺(tái)特瑪湖318 km。大西海子水庫(kù)最開始設(shè)計(jì)的總庫(kù)容為168 000 000 m3，功能多樣，包括農(nóng)業(yè)灌溉、防洪、生態(tài)供水以及養(yǎng)殖等，可以進(jìn)行全方位的綜合利用。工程在一九五八年開始建設(shè)，并于一九七二年建成后投入使用。水庫(kù)由一庫(kù)和二庫(kù)組成，一庫(kù)位于上游，二庫(kù)位于下游，兩庫(kù)緊鄰，由二庫(kù)進(jìn)水閘(即一庫(kù)泄洪閘)相連，梯次攔截塔里木河水。

工程等級(jí)類為2等，主要水利工程建筑物級(jí)別為2級(jí)。大西海子水庫(kù)工程對(duì)于確保塔里木河下游末端生態(tài)供水調(diào)度穩(wěn)定性、恢復(fù)塔里木河下游生態(tài)環(huán)境、遏止下游地區(qū)沙漠化持續(xù)蔓延都具有十分關(guān)鍵的意義。

2 洪水基本情況

2.1 洪水特征

塔里木河干流本身不產(chǎn)流，干流發(fā)生的洪水主要是由源流阿克蘇河、和田河、葉爾羌河產(chǎn)生的消融洪水和山區(qū)暴雨匯集到塔里木河后形成，其匯集方式不同，產(chǎn)生的洪水量級(jí)也不同。造成塔里木河洪水的原因主要分為暴雨型、融雪型和混合型，主要來(lái)源于阿克河，爆發(fā)時(shí)間集中在在七月、八月和九月，具有洪峰流量大，洪峰頻數(shù)多，延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)。

2.2 洪水成因及來(lái)源

春季三源流山區(qū)積雪融化及夏季暴雨是造成塔里木河干流洪水的主要原因。從洪水成因來(lái)看，塔里木盆地夏季常處于高壓天氣系統(tǒng)控制之下，夏季山區(qū)暴雨主要是受西太平洋副熱帶高壓西伸北抬的影響，同時(shí)與西伯里亞到巴爾喀什湖一帶較強(qiáng)的冷空氣南下相遇，從而形成山區(qū)暴雨洪水。另一方面，由于流域受高壓脊線的控制，使得夏季氣溫升高，如遇氣溫升幅大、高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的氣候條件，就會(huì)加快和催化源流積雪與冰川的消融，從而形成各河流的冰雪消融型洪水，這是塔里木河流域最常見的一種洪水類型。當(dāng)暴雨洪水與冰雪消融型洪水同時(shí)發(fā)生，即混合型洪水，各河流就可能發(fā)生大洪水，從而組成塔里木河干流的大洪水。暴雨洪水特性主要與天氣系統(tǒng)的維持、水汽條件及時(shí)空分布有關(guān)，天山南坡發(fā)生暴雨洪水相對(duì)較多，昆侖山中低山帶亦有出現(xiàn)。混合型洪水雖然水量小，影響時(shí)間短，但洪峰高，具有突發(fā)性，所以，容易對(duì)塔里木河源流造成極大破壞，但對(duì)干流影響較小。冰雪融水產(chǎn)生的洪水特性主要決定于產(chǎn)流區(qū)冰川、積雪的規(guī)模(面積、儲(chǔ)量)、熱力條件(高空氣溫的升幅、積溫和持續(xù)時(shí)間)和各源流發(fā)生洪水的時(shí)空分布情況。塔里木河源流的高山區(qū)包括著名的喬戈里峰、托木爾峰和汗騰格里峰等。由于高海拔，這些山峰和周邊高山區(qū)域內(nèi)冰川廣布，常年積雪，而冰雪對(duì)熱量的影響十分敏感，所以河流水量與溫度的變化息息相關(guān)。另一方面，夏季的塔里木盆地天氣晴朗，光熱充足，常能提供冰雪融水的熱量條件，盛夏氣溫持續(xù)升高，將會(huì)導(dǎo)致流域發(fā)生冰雪消融型洪水，特別是昆侖山北坡的河流，氣溫是影響洪水的首要因素。

2.3 洪水峰態(tài)分布時(shí)間

塔里木河的洪水主要發(fā)生在夏季，由于氣溫的回升和夏季天氣系統(tǒng)的變化，源流山區(qū)局地暴雨時(shí)有發(fā)生，而各源流的冰雪融水時(shí)間常具有同步性，但因河流長(zhǎng)短不一，洪水匯入塔里木河干流的時(shí)間不盡一致。采用以阿拉爾水文站為代表，分析塔里木河干流洪水的發(fā)生頻次的統(tǒng)計(jì)方法相似性最大。

阿拉爾水文站1957-2016年60 a實(shí)測(cè)洪峰流量統(tǒng)計(jì)資料可以看出，阿拉爾的年最大洪水發(fā)生在7-9月，7月發(fā)生16次、占27.1%，8月發(fā)生39次、占66.1%，9月發(fā)生2次、占6.8%。據(jù)此推斷，年最大洪水多發(fā)于八月。

阿拉爾水文站的研究資料顯示，該流段的洪水過程線呈單峰型或連續(xù)多峰型。單峰型洪水過程線洪峰高、洪水量大，形成原因是遭遇某一條源流或三源流洪水，對(duì)塔里木河干流威脅嚴(yán)重；連續(xù)多峰型洪水線形狀矮胖，洪峰一般不高，但洪量較大，歷時(shí)較長(zhǎng)，是因?yàn)榘l(fā)生了三源流交替洪水而形成的，沿程削減不多，對(duì)塔里木河干流的破壞性較小。

2.4 主要洪區(qū)

塔里木河干流的洪水主要來(lái)源于阿克蘇河，其次是和田河，最后是葉爾羌河。從阿拉爾水文站洪水遭遇情況來(lái)看，三源流洪水傳播到干流時(shí)，阿拉爾斷面一般不相遇，主要原因是各源流流域范圍大、河道長(zhǎng)度不同，流域的生產(chǎn)、匯集水流的條件也不同，所以，洪水匯入塔里木河干流的時(shí)間是不盡一致的，這就解釋了阿拉爾斷面年內(nèi)洪峰多次發(fā)生的原因。

3 三性分析

3.1 可靠性分析

本次設(shè)計(jì)洪水計(jì)算的主要斷面包括塔里木河干流的阿拉爾、英巴扎及恰拉水文站。阿拉爾水文站測(cè)驗(yàn)比較正規(guī)，屬國(guó)家基本水文站，經(jīng)新疆水文水資源局整編審查刊印后，資料精度相對(duì)較高，基本滿足頻率洪水分析的可靠性要求；英巴扎水文站實(shí)測(cè)資料年限相對(duì)較短，但該站為塔里木河流域管理局委托新疆水文局進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，均為專業(yè)人員實(shí)施觀測(cè)，最終資料經(jīng)新疆水文水資源局進(jìn)行整編、審查，其測(cè)驗(yàn)精度可滿足本次設(shè)計(jì)洪水計(jì)算要求。根據(jù)塔里木河干流洪水的成因和特性，雖然上游源流水利水電工程較多，但是考慮到干流距各源流出山口距離較遠(yuǎn)，并且該地區(qū)地廣人稀，英巴扎水文站洪水期受河道狀況和人類活動(dòng)影響相對(duì)較小，基本滿足設(shè)計(jì)洪水規(guī)范對(duì)資料系列一致性的要求。

3.2 一致性分析

塔里木河干流本身不產(chǎn)洪，干流洪水全部來(lái)自上游源流補(bǔ)給，從這層意義上說(shuō)，塔里木河干流起點(diǎn)肖峽克至尾閭均呈現(xiàn)單純的洪水衰減散失狀態(tài)，多年來(lái)，其洪水的一致性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出塔里木河干流自身原因，本報(bào)告參考《塔里木河干流近期治理輸水堤防及河道整治工程可行性研究》、《塔里木河干流工程與非工程措施五年實(shí)施方案》，認(rèn)為塔里木河干流各參證站洪水資料是相對(duì)一致的。

3.3 代表性分析

3.3.1 長(zhǎng)短系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)

本次計(jì)算選取了阿拉爾水文站實(shí)測(cè)洪量流量進(jìn)行分析。選取參證站不同長(zhǎng)度時(shí)段的短系列采用矩法計(jì)算洪峰系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)并與1957-2016年六十年長(zhǎng)系列作比較，可以看出，洪峰流量二十年以上均值相對(duì)偏差小于百分之三，五十年以上均值相對(duì)偏差小于百分之二；洪峰流量系列Cv值超過五十年的相對(duì)偏差小于百分之五。

3.3.2 模比系數(shù)差積曲線分析

阿拉爾水文站年洪峰流量觀測(cè)中，大體是一個(gè)完整的過程，包含了大洪水年群和小洪水年群，說(shuō)明阿拉爾水文站的年洪峰流量觀測(cè)數(shù)值具有了較好的代表性。

3.3.3 模比系數(shù)累積曲線分析

從2016年向前分析，大約在系列長(zhǎng)度達(dá)到30年以上時(shí)，曲線開始在平均值附近波動(dòng)，說(shuō)明系列在此長(zhǎng)度已具有一定程度的相對(duì)代表性。而當(dāng)系列長(zhǎng)度達(dá)到四十年以上時(shí)，累積曲線已穩(wěn)定趨近于1，說(shuō)明當(dāng)系列長(zhǎng)度達(dá)到四十年時(shí)，系列具有相對(duì)較好的代表性。

4 設(shè)計(jì)洪水合理性分析

本次計(jì)算以英巴扎水文站作為塔里木河干流中下游控制斷面，英巴扎水文站有1983-1984、1992-2016年26年實(shí)測(cè)洪水資料，通過與上游阿拉爾水文站進(jìn)行相關(guān)分析，兩站相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.85以上，以此插補(bǔ)英巴扎水文站1985-1991年7年洪水資料。本次插補(bǔ)延長(zhǎng)計(jì)算方法符合相關(guān)規(guī)范要求，插補(bǔ)結(jié)果是合理的。本次塔里木河大西海子水庫(kù)入庫(kù)設(shè)計(jì)洪峰流量的推求，充分利用現(xiàn)有實(shí)測(cè)資料進(jìn)行分析，并考慮了塔里木河干流治理措施(修建堤防、生態(tài)閘(堰))實(shí)施后的治理效果，采用洪水衰減方法推求下游大西海子水庫(kù)入庫(kù)設(shè)計(jì)洪水。從洪水衰減率的分析可知，塔里木河英巴扎水文站以下河段河道綜合衰減率是根據(jù)實(shí)測(cè)資料進(jìn)行分析率定，并考慮了治理措施實(shí)施完成前后的各種影響因素。一方面，要盡可能的選擇與設(shè)計(jì)洪峰流量接近的實(shí)測(cè)洪水削峰率作為參照；另一方面，充分利用已有實(shí)測(cè)資料進(jìn)行分析，并考慮主槽過流能力的恢復(fù)對(duì)河段削峰率變化(將使河段削峰率減小)的影響，綜合選取相對(duì)較小、且基本合理的削峰率進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水推算。本次洪水分析對(duì)恰拉水文站不同頻率設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行了分析計(jì)算，恰拉水文站是塔里木河下游控制斷面，該站于1956年10月設(shè)立，1961年1月1日撤銷，1965年改為流量專用站后恢復(fù)觀測(cè)至今，已有56 a實(shí)測(cè)資料。根據(jù)阿拉爾站實(shí)測(cè)洪水資料，歷史最大洪水洪峰流量出現(xiàn)在2017年，實(shí)測(cè)洪峰流量為198 m3/s，歷史洪水重現(xiàn)期為56 a一遇，與本次恰拉水文站設(shè)計(jì)洪水50 a一遇的206 m3/s較為接近且是偏安全的。綜上所述，本次推求大西海子水庫(kù)入庫(kù)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法及成果是基本合理且安全的。

5 結(jié)語(yǔ)

塔里木河干流本身不產(chǎn)流，干流發(fā)生的洪水主要是由源流阿克蘇河、和田河、葉爾羌河產(chǎn)生的消融洪水和山區(qū)暴雨匯集到塔里木河后形成，其匯集方式不同，產(chǎn)生的洪水量級(jí)也不同。根據(jù)氣象成因，干流洪水主要分為暴雨型、融雪型和混合型，塔里木河干流的洪水主要由阿克蘇河組成。塔里木河的洪水發(fā)生在7-9月，其特點(diǎn)是洪峰流量大，歷時(shí)長(zhǎng)，洪量大，且年內(nèi)有多次洪峰。大西海子水庫(kù)設(shè)計(jì)洪峰本次計(jì)算以塔里木河干流中游控制站英巴扎水文站為控制斷面。