輪臺(tái)縣迪那河防洪工程洪水分析與計(jì)算

王振龍

（新疆巴音郭楞水文勘測(cè)局，新疆 庫(kù)爾勒 841000）

1 概況

迪那河位于輪臺(tái)縣境內(nèi)，流域面上的降水，經(jīng)過(guò)5 條一級(jí)支流，3 條二級(jí)支流的匯集調(diào)蓄，自北向南匯集于山口迪那河水文站附近，集水面積為1615 km（2其中620 km2屬庫(kù)車(chē)縣）。出山口后，水量自北向南主要消耗于輪臺(tái)灌區(qū)。為了提高輪臺(tái)縣塔爾拉克鄉(xiāng)防洪能力，規(guī)劃在迪那河支流紅橋河規(guī)劃建設(shè)4.1 km 的防洪工程，需對(duì)該處20 年一遇洪峰進(jìn)行分析確定。

2 洪水成因及來(lái)源分析

迪那河洪水從成因和發(fā)生時(shí)間上可以分為積雪融水型洪水、暴雨洪水和降雨、融雪混合型洪水。

2.1 融雪型洪水

融雪水型洪水多出現(xiàn)在春季。其特征有：洪水每年發(fā)生時(shí)間基本一致，一般出現(xiàn)在4 月～5 月；洪水過(guò)程與升溫過(guò)程關(guān)系密切，隨氣溫變化具有明顯的一日一峰現(xiàn)象，并與氣溫日變化對(duì)應(yīng)關(guān)系甚好，整個(gè)洪水過(guò)程往往形成連續(xù)數(shù)日的日變化過(guò)程；融雪洪水的歷時(shí)比較長(zhǎng)，但單日峰、量相對(duì)較小。

如迪那河1991 年5 月7 日～12 日洪水即為融雪型洪水，最大洪峰流量64.7 m3/s，持續(xù)時(shí)間132 h，連續(xù)6 日相連5波，且一波緊似一波，首尾相接，至5 月9 日22：00 漲至峰頂，洪峰流量為64.7 m3/s，至5 月12 日20:00 流量降到1.05 m3/s，充分反映出了季節(jié)性積雪融水型洪水的一些基本特性。

2.2 暴雨型洪水

迪那河流域內(nèi)有輪臺(tái)縣氣象站和迪那河水文站，本次防洪河段處在《輪臺(tái)縣迪那河塔爾拉克鄉(xiāng)段防洪規(guī)劃報(bào)告》中的Ⅲ段（綠洲上段），因此，選用輪臺(tái)縣氣象站資料進(jìn)行降雨分析。根據(jù)輪臺(tái)縣氣象站監(jiān)測(cè)資料，多年平均氣溫10.5℃，多年平均月平均氣溫最高24.8℃，發(fā)生于7 月份；多年平均月平均氣溫最低-8.7℃，發(fā)生于1 月份；多年平均年降水量?jī)H為64.5 mm，其中，5 月 ～8 月份降水量占年降水量的 68.2%，位 44 mm，9 月至次年4 月降水總量為20.5 mm，站31.8%。

暴雨型洪水多出現(xiàn)在7 月～8 月，有時(shí)可能出現(xiàn)在6 月和9 月；洪水過(guò)程單一，洪峰過(guò)程陡漲陡落，總歷時(shí)較融雪型洪水短；暴雨洪水峰型尖瘦，陡漲陡落，突發(fā)性強(qiáng)，由于暴雨對(duì)坡地的侵蝕作用，暴雨洪水都具有挾沙量大的特點(diǎn)。如迪那河水文站1991 年8 月22 日發(fā)生的暴雨洪水過(guò)程。8 月21 日迪那河水文站降水13.7 mm，洪水從22 日2 時(shí)開(kāi)始上漲，22 日6：30漲至頂峰。此次暴雨洪水從漲到落歷時(shí)7 h。

2.3 混合型洪水

這類(lèi)洪水多出現(xiàn)在春夏汛之交及夏汛。形成這類(lèi)洪水多為受大尺度天氣系統(tǒng)的影響，天氣過(guò)程中，前期氣溫高，在融雪徑流的基礎(chǔ)上，疊加暴雨徑流形成峰高量大的兇猛洪水，這類(lèi)混合性洪水歷時(shí)較長(zhǎng)，洪量較大，對(duì)水利工程威脅最大。其主要特點(diǎn)為：兼有季節(jié)性積雪融水及暴雨洪水雙重特征；由于混合型洪水過(guò)程中的暴雨洪水過(guò)程是基于積雪融水洪水過(guò)程之上的，因此，洪峰高度一般比單純的暴雨洪水相對(duì)要高；混合型洪水由于對(duì)坡地的侵蝕作用強(qiáng)，含沙量大，更具危害性；洪峰流量量級(jí)及持續(xù)時(shí)間是由積雪量、暴雨強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間等多種混合因素決定的。

如迪那河水文站1970 年7 月24 日發(fā)生的洪峰流量為346 m3/s 的洪水過(guò)程。大于100 m3/s 的洪水流量持續(xù)了4 d。此類(lèi)洪水對(duì)引水樞紐和水庫(kù)威脅最大。

3 參證站確定及洪水分析

3.1 參證站確定

選用迪那河水文站資料及輪臺(tái)縣水利局水管站觀測(cè)資料。

1）迪那河水文站位于輪臺(tái)縣迪那河出山口，設(shè)立于1959年。測(cè)站以上集水面積為1615 km2，控制了迪那河來(lái)水量，為區(qū)域代表站。巴音郭楞水文水資源勘測(cè)局于1993 年9 月22 日停測(cè)。觀測(cè)項(xiàng)目有水位、流量、降水等，擁有1959 年～1993 年實(shí)測(cè)資料，資料可靠。

2）1994 年以后，輪臺(tái)縣水利局水管站在原水文站基本斷面繼續(xù)觀測(cè)，觀測(cè)年限為1994 年～2014 年，主要監(jiān)測(cè)灌溉引水期的引水量，冬季非引水期基本停測(cè)，資料較可靠。

因此，迪那河擁有1959 年～2014 年總計(jì)56 年的長(zhǎng)系列洪水資料，且具有一定的可靠性、一致性和代表性，可以進(jìn)行洪水分析計(jì)算。

3.2 參證站斷面設(shè)計(jì)洪水分析

迪那河具有1959 年～2014 年56 年水文站實(shí)測(cè)和水管站實(shí)測(cè)的年最大洪峰流量系列資料，由于沒(méi)有漏測(cè)現(xiàn)象，也沒(méi)有歷史洪水特大值處理，因此洪水系列是連續(xù)的。采用皮爾遜Ⅲ型曲線按照連續(xù)系列進(jìn)行適線，洪峰流量頻率曲線見(jiàn)圖1，不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量見(jiàn)表1。

圖1 迪那河水文站年最大洪峰流量頻率曲線圖

表1 迪那河水文站設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

迪那河有56 年的長(zhǎng)系列洪水資料，其中1994 年以后年最大洪峰值中，1996 年和2001 年為洪水調(diào)查值，其他年份最大洪峰值采用中泓浮標(biāo)法實(shí)測(cè)，資料精度較高，符合洪水設(shè)計(jì)規(guī)范。

4 防洪工程河段設(shè)計(jì)洪水

4.1 上游五一水庫(kù)調(diào)洪影響分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，擬建防洪工程上游有五一水庫(kù)、迪那河龍口以及中心閘口。因迪那河含沙量較大，且迪那河龍口以及中心閘口均不承擔(dān)分洪任務(wù)，因此在發(fā)生較大洪水時(shí)，迪那河龍口及中心閘口均不開(kāi)啟，也就是說(shuō)，在計(jì)算本次防洪工程河段的設(shè)計(jì)洪水時(shí)僅需要重點(diǎn)考慮五一水庫(kù)的調(diào)、蓄洪能力對(duì)擬建工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的影響。

五一水庫(kù)主要任務(wù)為灌溉、供水、兼顧防洪和發(fā)電，并照顧下游天然生態(tài)用水。五一水庫(kù)正常蓄水位1370 m，總庫(kù)容0.983 億m3，壩高大于90 m，工程為Ⅲ等中型工程。結(jié)合迪那河流域防護(hù)對(duì)象的實(shí)際情況，交通、工礦企業(yè)作為自保對(duì)象，其防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 年～50 年一遇洪水；渠首、渠道、水庫(kù)、水電站等水利水電工程防洪標(biāo)準(zhǔn)為10 年～50 年一遇洪水；一般城鎮(zhèn)及鄉(xiāng)村防洪標(biāo)準(zhǔn)為10 年～20 年一遇洪水，綜合選取上述防護(hù)對(duì)象的上限為下游河道防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇洪水。根據(jù)流域防洪規(guī)劃，確定五一水庫(kù)下游河道安全泄量為574 m3/s。

五一水庫(kù)調(diào)洪原則及泄洪方式：

1）當(dāng)洪水來(lái)臨，天然入庫(kù)流量Q入小于水庫(kù)允許泄量q允（574.0 m3/s）時(shí)，來(lái)多少泄多少，利用泄洪建筑物控制泄量，維持汛限水位不變。

2）隨著洪水流量增大，當(dāng)Q入大于水庫(kù)允許泄量q允，但庫(kù)水位低于防洪高水位時(shí)，控制下泄流量不超過(guò)下游允許泄量。水庫(kù)水位升高。

3）隨著入庫(kù)洪水流量的增加，水庫(kù)水位達(dá)到防洪高水位，以溢洪道和深孔泄洪洞的泄流能力自由下泄，來(lái)多少泄多少，維持防洪高水位不變。

4）當(dāng)入庫(kù)洪水洪峰過(guò)后，流量開(kāi)始有所減少，水庫(kù)水位上升速度減慢，至水庫(kù)下泄能力等于入庫(kù)洪水時(shí)，水庫(kù)水位達(dá)到最高水位。

5）隨著入庫(kù)洪水流量的繼續(xù)減小，調(diào)洪進(jìn)入退水段，水庫(kù)按照泄洪系統(tǒng)泄流能力下泄，使水庫(kù)水位盡快下降至汛限水位，準(zhǔn)備迎接下一場(chǎng)洪水。

根據(jù)以上情況可知：在上游來(lái)小于574 m3/s（10 年一遇）的洪水時(shí)，水庫(kù)不改變天然來(lái)水狀況，水庫(kù)不起調(diào)節(jié)作用，當(dāng)上游來(lái)水大于 574 m3/s（10 年一遇）洪水，小于 1270 m3/s（50 年一遇）洪水時(shí)，水庫(kù)才起調(diào)節(jié)作用，并按574 m3/s（10 年一遇）洪水下泄，見(jiàn)表2。

表2 五一水庫(kù)調(diào)洪成果

4.2 洪水沿程衰減計(jì)算

本次擬建防洪工程起始端位于迪那河水文站下游10km、五一水庫(kù)下游27 km 處，也就是迪那河下游分叉口處，該分叉口將迪那河分為三支，分別為老迪那河、卡爾塔河、紅橋河。經(jīng)調(diào)查，老迪那河常年無(wú)水，在現(xiàn)場(chǎng)只能在個(gè)別地方可以看見(jiàn)河道形態(tài)，而此次防洪工程實(shí)際布置河段在紅橋河上。為擬建防洪工程安全運(yùn)行考慮，卡爾塔河和紅橋河上的防洪工程設(shè)計(jì)洪水值均不考慮分洪現(xiàn)象，均以全部這種極端不利情況匯入計(jì)算。

考慮到迪那河流域上下游沒(méi)有同期觀測(cè)資料可進(jìn)行洪峰沿程衰減率計(jì)算，本次洪水計(jì)算時(shí)只能借用臨近流域麻扎溝流域的洪峰沿程衰減率。麻扎溝流域與迪那河流域相距較近，河道流向一致，河床構(gòu)成形態(tài)相似，因此，借用麻扎溝流域經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)確定的洪峰沿程衰減率1.4%（摘錄自《麻扎溝防洪工程水文分析計(jì)算》）具有一定的可靠性。

由于防護(hù)河段涉及河道長(zhǎng)4.1 km，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，防洪河段無(wú)分水口、無(wú)匯入口，因此，只需考慮防洪河段設(shè)計(jì)洪水沿程損失，河段設(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)表3。防洪河段設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)取20年一遇，迪那河水文站的設(shè)計(jì)洪水成果為825 m3/s。根據(jù)五一水庫(kù)調(diào)洪成果，在上游來(lái)小于574 m3/s（10 年一遇）的洪水時(shí)，水庫(kù)不改變天然來(lái)水狀況，水庫(kù)不起調(diào)節(jié)作用，當(dāng)上游來(lái)水大于 574 m3/s（10 年一遇）洪水，小于 1270 m3/s（50 年一遇）洪水時(shí)，水庫(kù)才起調(diào)節(jié)作用，并按574 m3/s（10 年一遇）洪水下泄；推算到紅橋河防洪段首端的洪峰流量為357.03 m3/s。推算到河道防洪段其它各節(jié)點(diǎn)洪峰流量見(jiàn)表3。

表3 防洪河段設(shè)計(jì)洪水成果表

5 結(jié)語(yǔ)

迪那河輪臺(tái)縣塔爾拉克鄉(xiāng)有1.3 萬(wàn)人口，為了提高當(dāng)?shù)胤篮槟芰?。?guī)劃在紅橋河修建4.1 km 防洪工程。經(jīng)過(guò)對(duì)迪那河暴雨洪水特性探討和五一水庫(kù)調(diào)洪影響，以及洪水沿程衰減情況分析，計(jì)算出塔爾拉克鄉(xiāng)紅橋河防洪段首端20 年一遇洪峰流量為357.03 m3/s，可供無(wú)資料地區(qū)和水庫(kù)調(diào)蓄影響區(qū)防洪工程建設(shè)進(jìn)行借鑒參考。