新疆中型水庫(kù)建設(shè)的工程水文計(jì)算與實(shí)踐

李 江,郭春紅,岳春芳

(1.新疆水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)管理局,新疆 烏魯木齊市 830000； 2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)土木與水利學(xué)院，新疆 烏魯木齊市 830052)

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，新疆水庫(kù)建設(shè)發(fā)展迅速，尤其是中型水庫(kù)建設(shè)，其投資相對(duì)較少、建設(shè)難度較小、資金來(lái)源多樣、發(fā)揮效益較快，“十五”以來(lái)規(guī)劃了百余座中型水庫(kù)。但受歷史條件的限制，新疆很多中小河流未設(shè)置專(zhuān)用的水文觀測(cè)站，部分納入規(guī)劃的河流在開(kāi)展前期工作時(shí)才開(kāi)始設(shè)站進(jìn)行觀測(cè)，相對(duì)大江大河而言，水文資料嚴(yán)重缺乏，存在洪水、徑流、泥沙預(yù)測(cè)不準(zhǔn)的問(wèn)題，直接影響到工程規(guī)模的分析確定。從60多年的建壩歷程來(lái)看，工程水文分析經(jīng)歷了從無(wú)到有、從少到多、從粗到精的發(fā)展階段，在設(shè)計(jì)徑流、洪水、泥沙計(jì)算分析上積累了豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為干旱區(qū)水庫(kù)建設(shè)提供了重要的技術(shù)支撐。研究工程所在河流長(zhǎng)時(shí)期的水文變化情勢(shì)[1]，提出作為工程設(shè)計(jì)依據(jù)的水文特性參數(shù)，一方面要避免出現(xiàn)水文數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)偏大，造成水庫(kù)規(guī)模過(guò)大，蓄水達(dá)不到設(shè)計(jì)庫(kù)容，造成投資浪費(fèi)等現(xiàn)象；另一方面也要避免出現(xiàn)水文數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)偏小，造成水庫(kù)庫(kù)容偏小，調(diào)控不力，可能出現(xiàn)潰壩等洪水危害現(xiàn)象[2- 3]。

1 河流基本概況

新疆絕大部分河流屬于內(nèi)陸河流域。流域以河流出山口為界，將其劃分為徑流形成區(qū)和徑流散失區(qū)。出山口以上的山區(qū)，河網(wǎng)密度大，降水量大，集流迅速，引水量少，從河源到山口水量逐漸增加，是徑流形成區(qū)。河流出山后，流經(jīng)沖積扇和沖積平原，部分水量滲漏，由地表水轉(zhuǎn)為地下水，部分引入灌區(qū)。河流出山口后降水少，蒸發(fā)大，是徑流散失區(qū)，只有少數(shù)水量較豐的河流才能流到盆地內(nèi)部，潴水成湖，而大部份河流出山口后，水量引入灌區(qū)，消耗于灌溉、滲漏和蒸發(fā)[4]。

以流出山口處的河流條數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，全疆共有大小河流570條(未計(jì)發(fā)源于前山帶的洪溝)，其中北疆387條，南疆183條。在570條河流中，大部分是流程短、水量小的河流，年徑流量在1億m3以下的河流就有487條，其年徑流量?jī)H有82.9億m3，占年總徑流量的9.4%；年徑流量大于10億m3以上的河流18條，但徑流量卻達(dá)525.73億m3，占年總徑流量的59.8%。1億～10億m3的河流有65條，其年徑流量?jī)H有270.4億m3，占年總徑流量的30.8%。

新疆在歷史不同時(shí)期建有各類(lèi)水文站約320余處，20世紀(jì)90年代一大批水文站被裁撤或改為巡測(cè)，目前僅保留190余處，平均約8600km2一個(gè)水文站，主要集中在大中型和重要的小型河流上，其中106處水文站具有30年以上資料，16處有1956年至今實(shí)測(cè)連續(xù)資料。

大多數(shù)中型水庫(kù)主要分布在1億～10億m3的河流上。其主要特點(diǎn)是多數(shù)河流徑流年際變化相對(duì)較小，但年內(nèi)分配極不均勻，河流泥沙含量大，如和田地區(qū)的尼雅河[5]連續(xù)最大四個(gè)月水量可占到全年的90.6%，多年平均含沙量達(dá)13.4kg/m3，伊犁州切德克蘇河實(shí)測(cè)年最大含沙量1270kg/m3(2002年7月)，河流實(shí)測(cè)水文資料條件較差，已建中型水庫(kù)所在河流有長(zhǎng)系列實(shí)測(cè)水文資料的不到一半，部分僅有短期實(shí)測(cè)資料，庫(kù)容系數(shù)多在0.15～0.3之間，最小的如齊古水庫(kù)(反調(diào)節(jié)水庫(kù))僅0.04，最大的奴爾水利樞紐0.4左右。部分典型中型水庫(kù)水文特性見(jiàn)表1。

表1 典型中型水庫(kù)水文特性參數(shù)

2 中型水庫(kù)建設(shè)中的工程水文計(jì)算分析

水文分析中的徑流、洪水和泥沙關(guān)乎壩工設(shè)計(jì)中的工程設(shè)計(jì)規(guī)模和具體設(shè)計(jì)方案[6- 7]。基本資料是水文計(jì)算的基礎(chǔ)，特別是設(shè)計(jì)依據(jù)站(指位于工程場(chǎng)址或上下游為工程水文計(jì)算提供水文數(shù)據(jù)的水文站)和主要參證站的實(shí)測(cè)水文資料。針對(duì)新疆國(guó)土面積大、河流眾多、水文站網(wǎng)分布稀疏、實(shí)測(cè)系列短的特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)測(cè)水文資料條件歸納為無(wú)實(shí)測(cè)水文資料、有短期實(shí)測(cè)水文(水管)資料和有長(zhǎng)系列實(shí)測(cè)水文資料三種情況。

根據(jù)2013年新頒布的水利水電工程項(xiàng)目建議書(shū)、可行性研究和初步設(shè)計(jì)三階段的編制規(guī)程對(duì)水文計(jì)算的內(nèi)容和工作深度的要求，在項(xiàng)目建議書(shū)階段應(yīng)基本確定設(shè)計(jì)徑流、設(shè)計(jì)洪水和泥沙設(shè)計(jì)成果；在可行性研究階段應(yīng)確定設(shè)計(jì)徑流、設(shè)計(jì)洪水、泥沙成果，在初步設(shè)計(jì)階段應(yīng)進(jìn)一步復(fù)核設(shè)計(jì)徑流、設(shè)計(jì)洪水、泥沙設(shè)計(jì)成果。

SL 278—2002《水利水電工程水文計(jì)算規(guī)范》規(guī)定了該規(guī)范適用于大中型水利水電工程可行性研究和初步設(shè)計(jì)階段的水文計(jì)算，大中型水利水電工程項(xiàng)目建議書(shū)階段和小型水利水電工程及江河流域規(guī)劃的水文計(jì)算可參照?qǐng)?zhí)行。

SL 44—2006《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》規(guī)定了該規(guī)范適用于大中型水利水電工程各階段的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算和運(yùn)行期設(shè)計(jì)洪水復(fù)核，小型水利水電工程及江河流域規(guī)劃的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算可參照?qǐng)?zhí)行。

3 設(shè)計(jì)徑流計(jì)算分析

SL 278—2002規(guī)定：①壩址或其上、下游鄰近地點(diǎn)具有30年以上實(shí)測(cè)和插補(bǔ)延長(zhǎng)徑流系列資料，可直接采用頻率分析法計(jì)算設(shè)計(jì)依據(jù)站設(shè)計(jì)徑流成果；②工程所在流域內(nèi)徑流資料均短缺時(shí)，采用水文比擬法、地區(qū)綜合等方法分析確定。

3.1 無(wú)實(shí)測(cè)徑流資料河流

新疆多數(shù)中小河流存在無(wú)實(shí)測(cè)水文資料情況，進(jìn)行工程水文計(jì)算時(shí)，首先需要分析河流徑流形成機(jī)制，充分收集相鄰、相近，徑流形成相似的河流且參證站具有長(zhǎng)系列實(shí)測(cè)徑流資料(30年以上，或通過(guò)插補(bǔ)延長(zhǎng)可達(dá)到30年以上)及區(qū)域水資源評(píng)價(jià)徑流深等值線成果等資料。目前，在此類(lèi)河流工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中較多采用的主要方法：①?gòu)搅魃畹戎稻€法；②面積比擬法；③參證站實(shí)測(cè)徑流、面積、高程相關(guān)法等推求場(chǎng)址多年平均年徑流量，根據(jù)參證站長(zhǎng)系列年徑流統(tǒng)計(jì)參數(shù)推求設(shè)計(jì)年徑流成果，再根據(jù)參證站實(shí)測(cè)典型年內(nèi)過(guò)程推求設(shè)計(jì)年內(nèi)分配成果[8]。幾種推求多年平均年徑流量的方法中，方法③工作量較大。在具體工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中應(yīng)注意以下問(wèn)題：

(1)由于新疆河流徑流的形成主要是依靠山區(qū)徑流形成區(qū)產(chǎn)流，與高程關(guān)系密切，受地形影響較大，而區(qū)域水資源評(píng)價(jià)徑流深等值線主要是解決區(qū)域水資源量問(wèn)題，受工作量等限制，在徑流深等值線的繪制過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生與局部地形不匹配現(xiàn)象，特別是在中低山部分，而新疆大多中小河流主要產(chǎn)流區(qū)恰分布在該區(qū)域，一些河流根據(jù)徑流深等值線量算的水量明顯與實(shí)際不符，對(duì)出現(xiàn)這種情況的河流建議采用參證站實(shí)測(cè)徑流、面積、高程相關(guān)法[9]。

(2)采用面積比擬法(徑流模數(shù)法)，應(yīng)充分考慮流域的相似性，特別是流域高程，否則將出現(xiàn)與流域高程較高的流域比擬水量會(huì)偏大，反則偏小，該法初估水量可以(或采用流域平均高程訂正)，除非能說(shuō)明兩流域的一致性，一般在工程設(shè)計(jì)中不建議采用該方法。

(3)采用參證站實(shí)測(cè)徑流、面積、高程相關(guān)法時(shí)，應(yīng)首先對(duì)參證站的選取進(jìn)行充分論證，對(duì)高程間距的劃分不宜過(guò)大，為避免人為因素，區(qū)間徑流深應(yīng)等分增長(zhǎng)，起始值可參考區(qū)域徑流深等值線圖成果(不宜直接移用)，可以參證站實(shí)測(cè)多年平均年徑流量、徑流系數(shù)為控制，逐步試算區(qū)間等分值及初始值，通過(guò)統(tǒng)籌高值區(qū)及參證站實(shí)測(cè)徑流系數(shù)等合理性分析，最終用于水量計(jì)算。

(4)針對(duì)無(wú)實(shí)測(cè)徑流資料河流采用理論方法推求的水量存在不確定性，應(yīng)建議開(kāi)展實(shí)測(cè)工作，并根據(jù)實(shí)測(cè)資料進(jìn)一步復(fù)核設(shè)計(jì)成果。

3.2 有短期實(shí)測(cè)徑流資料

新疆很多河流在不同歷史時(shí)期曾有過(guò)短期水文(或水管)實(shí)測(cè)徑流資料，可以作為設(shè)計(jì)依據(jù)站，目前，在此類(lèi)河流工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中較多采用的方法是根據(jù)參證站長(zhǎng)系列實(shí)測(cè)徑流資料，采用長(zhǎng)短系列訂正法推求依據(jù)站多年平均年徑流量，若工程場(chǎng)址與設(shè)計(jì)依據(jù)站的集水面積相差不超過(guò)15%，且區(qū)間降水、下墊面條件與設(shè)計(jì)依據(jù)站以上流域相似時(shí)，可按面積比推算工程場(chǎng)址的徑流量；若兩者集水面積相差超過(guò)15%時(shí)，采用徑流深等值線量算區(qū)間水量，進(jìn)而推求工程場(chǎng)址多年平均年徑流量，根據(jù)參證站長(zhǎng)系列年徑流統(tǒng)計(jì)參數(shù)推求設(shè)計(jì)年徑流成果，再根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)站或參證站實(shí)測(cè)典型年內(nèi)過(guò)程推求設(shè)計(jì)年內(nèi)分配成果，若依據(jù)站有較長(zhǎng)短期實(shí)測(cè)資料，且與參證站年徑流相關(guān)關(guān)系較好，可為工程設(shè)計(jì)提供長(zhǎng)系列徑流。在具體工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中應(yīng)注意以下問(wèn)題：

(1)依據(jù)站采用長(zhǎng)短系列訂正法推求多年平均年徑流量，其理論基礎(chǔ)是假定參證站與設(shè)計(jì)依據(jù)站的徑流年際變化同步和一致，因此，應(yīng)充分進(jìn)行兩站“三性”分析評(píng)價(jià)。

(2)對(duì)根據(jù)參證站推求的長(zhǎng)系列年內(nèi)成果，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)站實(shí)測(cè)年內(nèi)過(guò)程進(jìn)行一致性檢查，若差異較大應(yīng)進(jìn)行修正。

(3)由于水管資料主要側(cè)重灌區(qū)引水觀測(cè)，對(duì)河道的水量觀測(cè)相對(duì)較差，應(yīng)對(duì)其資料的可靠性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

(4)設(shè)計(jì)依據(jù)站以上有較大引水和用水時(shí)應(yīng)進(jìn)行還原分析計(jì)算。

3.3 有長(zhǎng)系列實(shí)測(cè)徑流資料

新疆重要的大中型河流上基本不同歷史時(shí)期先后均建有國(guó)家基本水文站，且資料系列多數(shù)可達(dá)30年以上(或通過(guò)插補(bǔ)延長(zhǎng))，可直接采用PⅢ型曲線計(jì)算設(shè)計(jì)依據(jù)站年徑流設(shè)計(jì)成果[10]。在具體實(shí)踐中應(yīng)注意以下問(wèn)題：

(1)設(shè)計(jì)依據(jù)站與工程場(chǎng)址區(qū)間徑流的分析計(jì)算，特別是若工程場(chǎng)址與設(shè)計(jì)依據(jù)站的集水面積相差超過(guò)15%，應(yīng)進(jìn)行綜合分析，包括上游引水、用水的還原。

(2)有些河流設(shè)計(jì)依據(jù)站并未設(shè)置在出山口，而是位于徑流散失區(qū)的沖洪積區(qū)，如昆侖山北坡的車(chē)爾臣河、尼雅河、克里雅河等，對(duì)此類(lèi)河流設(shè)計(jì)依據(jù)站實(shí)測(cè)資料不宜簡(jiǎn)單直接引用，應(yīng)根據(jù)上下游同期河道徑流實(shí)測(cè)資料進(jìn)行還原分析計(jì)算。

(3)進(jìn)入20世紀(jì)90年代，有些河流由于種種原因撤站或改為巡測(cè)，而2000年前后新疆多數(shù)河流進(jìn)入相對(duì)豐水期，對(duì)系列的代表性影響較大，對(duì)此，不宜簡(jiǎn)單僅以滿足30年以上系列衡量，應(yīng)對(duì)資料及系列進(jìn)行綜合分析。

4 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算分析

設(shè)計(jì)洪水是設(shè)計(jì)洪峰流量、設(shè)計(jì)時(shí)段洪量和設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線的統(tǒng)稱(chēng)，涉及壩工設(shè)計(jì)中壩工自身安全、工程布置設(shè)計(jì)方案、下游防洪保護(hù)對(duì)象的安全，是壩工設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。就同一個(gè)工程而言，不同的設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)洪水計(jì)算的內(nèi)容基本相同，但由于資料條件、工作周期、經(jīng)費(fèi)等方面的不同，各設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算要求的工作深度不盡相同。

新疆的河流主要為內(nèi)陸性河流，以中小型河流居多。新疆水文站網(wǎng)的布設(shè)密度較小，有相當(dāng)多的河流與河段沒(méi)有水文站分布，水文站的水文觀測(cè)資料年限普遍較短，有相當(dāng)多的河流水文觀測(cè)系列不連續(xù)，難以直接采用頻率分析法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水。當(dāng)有關(guān)工程場(chǎng)址的洪水系列需要插補(bǔ)延長(zhǎng)時(shí)，常常存在尋找參證站困難的局面。

4.1 無(wú)實(shí)測(cè)洪水資料和資料短缺河流

多數(shù)中小河流存在無(wú)實(shí)測(cè)洪水資料情況，根據(jù)參證站設(shè)計(jì)洪水成果和壩址歷史洪水調(diào)查評(píng)價(jià)成果較多，采用地區(qū)綜合法、洪水模數(shù)法及水文比擬法以及根據(jù)設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪峰流量和設(shè)計(jì)時(shí)段洪量。根據(jù)參證站實(shí)測(cè)典型洪水過(guò)程線，采用同頻率或同倍放大法推求設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線[11- 12]。

洪水與徑流不同，具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，特別是年最大洪峰流量，對(duì)實(shí)測(cè)資料短缺(實(shí)測(cè)資料系列較短)而言，一是可根據(jù)短期實(shí)測(cè)時(shí)段洪量，采用長(zhǎng)短系列訂正法推求均值，再采用地區(qū)綜合法(綜合頻率曲線法)推求設(shè)計(jì)時(shí)段洪量;二是可以充分利用本河實(shí)測(cè)洪水過(guò)程線推求設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線。在具體工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中應(yīng)注意以下問(wèn)題：

(1)多數(shù)工程設(shè)計(jì)實(shí)踐采用的是根據(jù)能代表區(qū)域洪水統(tǒng)計(jì)參數(shù)規(guī)律和線型的參證站的洪峰流量(時(shí)段洪量)模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線[13]，統(tǒng)計(jì)出不同頻率模比系數(shù)，通過(guò)歷史洪水調(diào)查評(píng)價(jià)成果的調(diào)查洪峰流量(時(shí)段洪量)及洪水重現(xiàn)期，確定系列均值，再推求相應(yīng)設(shè)計(jì)洪峰流量(時(shí)段洪量)成果；該方法的關(guān)鍵：①綜合頻率曲線應(yīng)具有區(qū)域較好的代表性，參證站的選擇應(yīng)進(jìn)行充分論證，且各參證站應(yīng)充分利用歷史洪水調(diào)查成果;②工程場(chǎng)址的歷史洪水調(diào)查評(píng)價(jià)成果的可靠性。

(2)新疆的歷史洪水調(diào)查工作，在初期基本上與內(nèi)地同步，后因故未能匯總刊印，有關(guān)的歷史調(diào)查資料成果，多散布于各地州水文水資源勘測(cè)局，有部分資料散失。因此，有關(guān)工程設(shè)計(jì)所需要的歷史洪水資料，需設(shè)計(jì)單位在工程設(shè)計(jì)期間到現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展洪水調(diào)查，予以補(bǔ)充。開(kāi)展工程場(chǎng)址歷史洪水調(diào)查工作時(shí)，關(guān)鍵的問(wèn)題在于歷史洪水重現(xiàn)期的論證；新疆已建或擬建的中型水庫(kù)工程，主要分布在河流出山口以上區(qū)域，多為傳統(tǒng)的牧業(yè)區(qū)域，地廣人稀，人口流動(dòng)大，定居者少，普遍存在可追溯期短、無(wú)人指認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)洪痕、難以印證等問(wèn)題，從而導(dǎo)致歷史洪水調(diào)查成果的精度不高。歷史洪水調(diào)查的基本思路：①在上游確保調(diào)查地點(diǎn)，盡量使調(diào)查河段與工程地點(diǎn)相接近，在河床穩(wěn)定的河段進(jìn)行歷史洪水痕跡查勘，采用實(shí)際調(diào)查的歷史洪水水面線、縱橫斷面資料，對(duì)相應(yīng)洪水量值進(jìn)行分析計(jì)算；②在下游人口密集的農(nóng)業(yè)定居區(qū)域進(jìn)行訪問(wèn)調(diào)查，獲取有關(guān)歷史史料與古籍文獻(xiàn)資料，再利用歷史洪水可能發(fā)生編年表等手段分析歷史洪水的發(fā)生年份；③根據(jù)歷史洪水的量值規(guī)模、相應(yīng)的歷史洪水發(fā)生年份組，利用實(shí)測(cè)資料在頻率曲線圖上進(jìn)行初步分析，確定歷史洪水的發(fā)生年份與洪水量級(jí)[14]。

(3)根據(jù)參證站設(shè)計(jì)洪水成果，采用洪水模數(shù)法及水文比擬法屬于理論計(jì)算，關(guān)鍵是參證站的選取，參證流域的相似性直接影響設(shè)計(jì)成果的安全性，在項(xiàng)目可行性研究階段須根據(jù)歷史洪水調(diào)查進(jìn)一步復(fù)核設(shè)計(jì)成果，但容易出現(xiàn)兩階段成果差異較大的問(wèn)題。不同設(shè)計(jì)階段之間，設(shè)計(jì)洪水成果如若發(fā)生重大變化，往往造成設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位以及泄洪建筑物規(guī)模的變更，產(chǎn)生的影響往往難以估量。

(4)采用理論方法推求的設(shè)計(jì)時(shí)段洪量有些工程明顯偏大，特別是采用參證站實(shí)測(cè)峰量關(guān)系或依據(jù)站短期實(shí)測(cè)資料進(jìn)行插補(bǔ)外延時(shí)，如在水庫(kù)校核標(biāo)準(zhǔn)下，某一時(shí)段洪量成果遠(yuǎn)超其多年平均年徑流量，而根據(jù)對(duì)新疆有長(zhǎng)系列實(shí)測(cè)洪水資料的中小河流水文站的實(shí)測(cè)時(shí)段洪量統(tǒng)計(jì)，無(wú)一水文站出現(xiàn)該現(xiàn)象，可采用此法衡量設(shè)計(jì)成果是否偏大。因此，一般建議在工程場(chǎng)址歷史洪水調(diào)查中應(yīng)盡可能開(kāi)展時(shí)段洪量的調(diào)查。

(5)新疆水文站網(wǎng)密度較小，有相當(dāng)多的小河流沒(méi)有洪水流量觀測(cè)記錄，難以采用頻率分析法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水。水文站通常具有雨量觀測(cè)資料，再加上氣象部門(mén)的雨量觀測(cè)資料，故新疆的雨量觀測(cè)資料比流量資料要豐富，有利于采用設(shè)計(jì)暴雨推算工程場(chǎng)址的設(shè)計(jì)洪水。因此，在新疆有相當(dāng)多中型工程的設(shè)計(jì)洪水是通過(guò)設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算途徑所獲得。采用推理公式推算設(shè)計(jì)暴雨洪水，因存在參數(shù)選擇障礙，暴雨設(shè)計(jì)洪水成果的精度難以評(píng)判。應(yīng)通過(guò)調(diào)查的方式合理確定流域匯流參數(shù)類(lèi)別、土壤損失參數(shù)類(lèi)別、暴雨衰減指數(shù)等的參數(shù)組合，然后再進(jìn)行各頻率暴雨的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算。

(6)在已建水庫(kù)上游新建水庫(kù)工程時(shí)，應(yīng)根據(jù)新的資料條件對(duì)原水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水成果進(jìn)行復(fù)核，開(kāi)展洪水地區(qū)組成分析，對(duì)下游水庫(kù)進(jìn)行洪水安全性評(píng)價(jià)。鑒于洪水資料條件，水文專(zhuān)業(yè)應(yīng)對(duì)水庫(kù)設(shè)計(jì)校核標(biāo)準(zhǔn)的確定提出評(píng)價(jià)建議。應(yīng)按規(guī)范對(duì)設(shè)計(jì)洪水成果進(jìn)行合理性和安全性綜合評(píng)價(jià)，論證對(duì)校核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安全修正的必要性。

4.2 有長(zhǎng)系列實(shí)測(cè)洪水資料河流

規(guī)范規(guī)定，壩址或其上、下游鄰近地點(diǎn)具有30年以上實(shí)測(cè)和插補(bǔ)延長(zhǎng)洪水流量資料，并有調(diào)查歷史洪水時(shí)，應(yīng)采用頻率分析法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水。設(shè)計(jì)洪水頻率計(jì)算有兩種方法：分析法和適線法。

在具體工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中，設(shè)計(jì)依據(jù)站直接采用設(shè)計(jì)洪水頻率計(jì)算，工程場(chǎng)址斷面設(shè)計(jì)洪水的分析計(jì)算方法有：①根據(jù)依據(jù)站設(shè)計(jì)洪水成果，常采用面積指數(shù)法推求設(shè)計(jì)洪峰流量，采用洪量模數(shù)法推求設(shè)計(jì)時(shí)段洪量；②根據(jù)工程場(chǎng)址歷史洪水調(diào)查分析評(píng)價(jià)成果，采用洪峰流量(時(shí)段洪量)模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線或直接根據(jù)依據(jù)站長(zhǎng)系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)推求設(shè)計(jì)洪水成果；③根據(jù)依據(jù)站實(shí)測(cè)典型洪水過(guò)程線，采用同頻率或同倍比放大法推求設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線。在具體工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中應(yīng)注意以下問(wèn)題：

(1)雖然一些河流具有滿足規(guī)范規(guī)定的30年以上實(shí)測(cè)和插補(bǔ)延長(zhǎng)洪水流量資料，但新疆多數(shù)河流水文站較早的也只是20世紀(jì)50年代中后期，歷史洪水調(diào)查成果的洪水重現(xiàn)期也只有極少數(shù)河流可達(dá)100年以上，樣本系列的代表性有限，加之新疆地域廣大，復(fù)雜的地形地貌的下墊面條件，造成了新疆洪水成因的多樣化和復(fù)雜性。2016年8月新疆阿勒泰地區(qū)大青河和昌吉州阜康白楊河均發(fā)生了歷史特大洪水，兩河水庫(kù)入庫(kù)實(shí)測(cè)及調(diào)查的最大洪峰流量均超過(guò)水庫(kù)原設(shè)計(jì)校核設(shè)計(jì)洪峰流量(大青河喀英德布拉克水庫(kù)屬在建，白楊河水庫(kù)屬已建，兩水庫(kù)均為中型水庫(kù)，校核標(biāo)準(zhǔn)為2000年一遇)；大青河水文站1957年建站觀測(cè)至今，白楊河水文站1963年建站觀測(cè)至今，經(jīng)事后洪水調(diào)查，主要為上游暴雨型洪水與堰塞湖潰壩型洪水疊加形成，將該場(chǎng)洪水加入后與原設(shè)計(jì)成果對(duì)比增幅幾乎翻番，在開(kāi)都河上游已建運(yùn)行的察汗烏蘇水庫(kù)電站工程(大型水庫(kù))也發(fā)生了同樣的情況。因此，除應(yīng)按規(guī)范對(duì)設(shè)計(jì)洪水成果進(jìn)行合理性和安全性綜合評(píng)價(jià)，論證對(duì)校核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安全修正的必要性外，針對(duì)新疆河流的這一特點(diǎn)，應(yīng)首先充分利用遙感資料進(jìn)行排查，若存在堰塞湖條件，則應(yīng)進(jìn)一步開(kāi)展野外勘察，通過(guò)調(diào)查確定工程以上流域現(xiàn)存的堰塞湖數(shù)量、分布情況及容積等，估算其潰決洪水。

(2)新疆中型水庫(kù)多在中型以上河流，流域集水面積相對(duì)較大，在設(shè)計(jì)依據(jù)站與壩址之間多存區(qū)間洪水，須進(jìn)行洪水地區(qū)組成分析；洪水地區(qū)組成分析的基本要點(diǎn)，是先確定下游防洪設(shè)計(jì)斷面(控制斷面)的位置、防洪標(biāo)準(zhǔn)，再確定防洪設(shè)計(jì)斷面上游水庫(kù)工程的可控區(qū)間與無(wú)控區(qū)間，然后分析有控區(qū)間與無(wú)控區(qū)間的洪水地區(qū)組合關(guān)系。當(dāng)上游有多個(gè)水庫(kù)形成水庫(kù)群時(shí)，可按前面原則化繁為簡(jiǎn)，再擬定新的控制斷面，對(duì)水庫(kù)群進(jìn)行可控與無(wú)控區(qū)間分區(qū)劃分，如烏魯木齊河、頭屯河等。

推求設(shè)計(jì)斷面受上游水庫(kù)調(diào)蓄影響的設(shè)計(jì)洪水的方法有三類(lèi)，即地區(qū)組成法、頻率組合法、隨機(jī)模擬法。在新疆工程設(shè)計(jì)中，通常采用地區(qū)組成法進(jìn)行洪水地區(qū)組成分析計(jì)算，推算成果主要為各分區(qū)的設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線。地區(qū)組成法又分為典型年法、同頻率地區(qū)組成法、相關(guān)法等三種子方法。其中，典型年法，方法簡(jiǎn)單成果較粗；同頻率地區(qū)組成法的精度相對(duì)較高。在洪水地區(qū)組成分析中，應(yīng)統(tǒng)計(jì)各分區(qū)洪水峰、量系列，推算分區(qū)設(shè)計(jì)洪水，注意分析各分區(qū)的峰量關(guān)系、洪水遭遇規(guī)律，研究洪水組合方式。

(3)在新疆很多中小河流設(shè)計(jì)依據(jù)站位置偏低，位于出山口后的沖洪積扇徑流和洪水散失區(qū)，如奴爾河、克里雅河等，開(kāi)展工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分重視設(shè)計(jì)依據(jù)站的洪水還原問(wèn)題。

(4)應(yīng)按規(guī)范要求開(kāi)展歷史洪水調(diào)查工作。

5 泥沙計(jì)算分析

河流泥沙是反映流域水土流失和河川徑流質(zhì)量的重要指標(biāo)，它對(duì)水庫(kù)及各種水工建筑物的正常運(yùn)行有很大影響。新疆南疆河流含沙量普遍較大，北疆河流含沙量較小。河流懸移質(zhì)含沙量介于0.05～13kg/m3之間，區(qū)域分布具有一定的緯度地帶性規(guī)律，即河流懸移質(zhì)含沙量自北向南增大[15]。

阿爾泰山區(qū)、伊犁河流域及準(zhǔn)噶爾西部諸河，山區(qū)植被條件較好，流域抗侵蝕能力較強(qiáng)，河流含沙量較小，介于0.02～1.5kg/m3之間。天山南坡的開(kāi)都河流域廣泛發(fā)育著古老而堅(jiān)硬的花崗巖，上游段山地植被覆蓋率高，沼澤發(fā)育，在海拔2000m左右的中低山地帶，陰坡有松林，河谷底生長(zhǎng)雜木林，在其調(diào)節(jié)作用下，河流含沙量較小，其值在0.20～1.00kg/m3之間。天山北坡諸河及天山東部河流含沙量在0.30～3.00kg/m3之間。天山南坡庫(kù)瑪拉克河至迪那河區(qū)間河流含沙量普遍較大，其值在2.00～8.00kg/m3之間。昆侖山和阿爾金山北坡地表物理風(fēng)化、植被稀疏，流域抗侵蝕能力弱，是新疆河流含沙量最大的地區(qū)，如尼雅河的尼雅站實(shí)測(cè)多年平均含沙量為13.4kg/m3，卡墻河的且末站實(shí)測(cè)多年平均含沙量為12.5kg/m3。另外，較大或特大暴雨洪水具有在短時(shí)期內(nèi)含沙量劇增的特點(diǎn)，如提孜那甫河的玉孜門(mén)勒克站1989年的年最大含沙量達(dá)1090kg/m3，伊犁切德克蘇河水文站2002年7月實(shí)測(cè)年最大含沙量達(dá)1210kg/m3，喀拉喀什河的烏魯瓦提站1978年最大含沙量達(dá)401kg/m3。

各河輸沙量的年際變化差異很大，變化規(guī)律與河川徑流量相似，但年際變幅遠(yuǎn)大于徑流。河流年輸沙量極值比(歷年最大年輸沙量與歷年最小年輸沙量之比值)介于3.8～480之間；年輸沙量Cv值介于0.31～1.81之間。據(jù)實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，阿拉溝河極值比可達(dá)479，準(zhǔn)噶爾西部的卡瑯古爾河極值比可達(dá)175，天山南坡的黃水溝極值比達(dá)178，Cv值分別為1.65、1.81、2.09，是輸沙量較大的三條河流。伊犁河和庫(kù)馬拉克河懸移質(zhì)輸沙量極值比分別為3.80和3.99；Cv值分別為0.32、0.31，是輸沙量年際變化相對(duì)較小的河流。

新疆河流懸移質(zhì)輸沙量的年內(nèi)分配極不均勻。連續(xù)最大四個(gè)月輸沙量主要集中于4—9月，多年平均最大四個(gè)月輸沙量占年輸沙量的76.2～99.3%。部分河流最大一個(gè)月懸移質(zhì)輸沙量占到年輸沙量的60%以上。

新疆國(guó)土面積大，水文站分布稀疏，并非都進(jìn)行泥沙測(cè)驗(yàn)，或相對(duì)降水、水位、流量，泥沙系列較短、精度較差。新疆共有懸移質(zhì)泥沙觀測(cè)點(diǎn)166處，有10年以上資料的約51.8%，具有20年以上資料的僅約22.9%。

SL 278—2002規(guī)定，設(shè)計(jì)依據(jù)站具有20年以上(或經(jīng)插補(bǔ)延長(zhǎng))、且具有一定代表性可直接統(tǒng)計(jì)泥沙特征值，有短期實(shí)測(cè)懸移質(zhì)泥沙資料，可采用類(lèi)比法估算，無(wú)實(shí)測(cè)懸移質(zhì)泥沙資料時(shí)，可采用經(jīng)主管部門(mén)審批的輸沙模數(shù)圖估算，或采用遙感分析法估算。

對(duì)于設(shè)計(jì)依據(jù)站具有20年以上(或經(jīng)插補(bǔ)延長(zhǎng))實(shí)測(cè)懸移質(zhì)泥沙資料的，經(jīng)與徑流相應(yīng)短系列分析評(píng)價(jià)泥沙系列代表性后，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的多年平均懸移質(zhì)含沙量和輸沙模數(shù)，采用水沙關(guān)系或輸沙模數(shù)法推求壩址多年平均懸移質(zhì)輸沙量。

對(duì)于設(shè)計(jì)依據(jù)站有短期實(shí)測(cè)懸移質(zhì)泥沙資料的，一般根據(jù)相似流域參證站長(zhǎng)系列實(shí)測(cè)資料，采用長(zhǎng)短系列訂正法推求多年平均懸移質(zhì)含沙量。

對(duì)于無(wú)實(shí)測(cè)懸移質(zhì)泥沙資料河流，一般采用相鄰、相近、相似流域具有長(zhǎng)系列懸移質(zhì)泥沙系列資料的參證站懸移質(zhì)泥沙設(shè)計(jì)成果，采用水沙關(guān)系或輸沙模數(shù)法推求壩址多年平均懸移質(zhì)輸沙量；有些河流可通過(guò)其已建水庫(kù)工程的泥沙淤積測(cè)量資料推求懸移質(zhì)輸沙量。

相比懸移質(zhì)推移質(zhì)實(shí)測(cè)資料更少，一般根據(jù)懸移質(zhì)泥沙設(shè)計(jì)成果，多采用推懸比推求推移質(zhì)輸沙量，推懸比取值一般在0.1～0.30之間。在具體工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中應(yīng)注意以下問(wèn)題：

(1)對(duì)于有短期或無(wú)實(shí)測(cè)懸移質(zhì)泥沙資料河流，參證流域參證站的選擇至關(guān)重要，應(yīng)充分收集兩流域相關(guān)資料進(jìn)行充分論證。

(2)采用參證站懸移質(zhì)輸沙模數(shù)法計(jì)算時(shí)，應(yīng)分析兩流域面積比與水量比，如出現(xiàn)倒置情況，建議采用水沙關(guān)系推求。

(3)推懸比的選取應(yīng)根據(jù)河流特性及河床表象等綜合分析論證。

(4)編規(guī)要求泥沙問(wèn)題嚴(yán)重的的工程，應(yīng)提出懸移質(zhì)泥沙顆粒級(jí)配曲線、平均或中值粒徑、礦物質(zhì)成分等資料。

6 結(jié)語(yǔ)

新疆是水資源匱乏的干旱區(qū)，修建水庫(kù)調(diào)蓄來(lái)水是控制調(diào)配水資源的重要途徑，已建、在建650余座水庫(kù)發(fā)揮了巨大的作用，其中150余座中型水庫(kù)成為山區(qū)中小河流調(diào)控及平原區(qū)灌溉調(diào)蓄的重要手段。工程水文計(jì)算分析研究的設(shè)計(jì)徑流、洪水、泥沙是進(jìn)行水庫(kù)工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)依據(jù)，直接關(guān)系到水利工程的經(jīng)濟(jì)、效益和安全?？茖W(xué)準(zhǔn)確的進(jìn)行工程水文計(jì)算對(duì)水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理起著基礎(chǔ)保障作用。根據(jù)新疆中小河流普遍缺乏長(zhǎng)系列實(shí)測(cè)資料的現(xiàn)狀，建設(shè)者們集思廣益，總結(jié)了南北疆不同區(qū)域的徑流、洪水、泥沙特性和規(guī)律，提出了較為實(shí)用且符合實(shí)際的計(jì)算方法，可供類(lèi)似工程設(shè)計(jì)參考。