阿熱勒托海河設(shè)計(jì)洪峰流量調(diào)查分析

張 慶

(新疆博爾塔拉水文勘測(cè)局，新疆 博樂(lè) 833400)

匯入博爾塔拉河流域的中下游、精河、大河沿子河的小流域都是以山洪溝為主，對(duì)博爾塔拉河流域上中游水土流失區(qū)及博河谷地兩側(cè)山地進(jìn)行治理，逐步改良當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境；加強(qiáng)防洪減災(zāi)工程建設(shè)，形成有效的防洪減災(zāi)體系，解決干流、支流、山洪溝發(fā)生5 年～20 年一遇洪水的洪患問(wèn)題[1-3]。

阿熱勒托海河河段防洪工程基本上均為臨時(shí)性簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)，經(jīng)受不住洪水的沖擊，加上人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，由暴雨引發(fā)的洪水災(zāi)害頻繁，對(duì)當(dāng)?shù)厝罕姷纳?cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了極大的威脅。因此做好堤防建設(shè)、設(shè)計(jì)洪峰流量調(diào)查統(tǒng)計(jì)，對(duì)于阿熱勒托海河防汛抗旱減災(zāi)具有重要意義。

1 流域概況

阿熱勒托海河是博爾塔拉河右岸的一條較小支流。阿熱勒托海河流域發(fā)源于天山北支北麓的別珍套山?jīng)]吾斯達(dá)坂，河源高程約2100 m。阿熱勒托海河是由泉水河溝（西支溝）和干溝（東支溝）匯合而成，泉水河道上游與博爾塔拉河沒(méi)有相連，干溝上游主要為科克賽溝、其它河溝及集水區(qū)坡面匯流，是以降水補(bǔ)給為主、積雪融水補(bǔ)給為輔的河流?？瓶速悳铣錾娇谝陨蠟楫a(chǎn)流區(qū)，山口以下為散失區(qū)。在農(nóng)業(yè)灌溉期，絕大部分的河流水量被引入灌區(qū)，僅有洪水散失于沖洪積扇及平原區(qū)。阿熱勒托海河沿河僅有簡(jiǎn)易渠道，臨時(shí)性簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)的堤、壩，經(jīng)受不住洪水的沖擊，由暴雨引發(fā)的洪水災(zāi)害頻繁發(fā)生，對(duì)當(dāng)?shù)厝罕姷纳?cái)產(chǎn)安全構(gòu)成極大的威脅。

阿熱勒托海河位于新疆博爾塔拉蒙古自治州博樂(lè)市天山北麓的別珍套山?jīng)]吾斯達(dá)坂北坡，流向?yàn)橛赡系奖?，為博爾塔拉河南岸支流。阿熱勒托海河流域南北長(zhǎng)約14.3 km，東西寬約14.4 km。阿熱勒托海河北靠博爾塔拉河，南望賽里木湖，西部與烏爾達(dá)克賽河相鄰。阿熱勒托海河設(shè)計(jì)洪水計(jì)算斷面、防洪工程設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)斷面分布見(jiàn)圖1。

圖1 阿熱勒托海河防洪工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算斷面、防洪工程設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)斷面分布示意圖

2 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算斷面及防洪工程設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)斷面

根據(jù)阿熱勒托海河區(qū)域特征、洪水特性，治理河段保護(hù)對(duì)象主要為農(nóng)田、水利工程、交通、通信等公共設(shè)施及沿河兩岸村鎮(zhèn)居民區(qū)。對(duì)重點(diǎn)防洪河段的7 處設(shè)計(jì)洪水計(jì)算斷面及防洪工程設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)斷面進(jìn)行全面踏勘及野外調(diào)查測(cè)量及洪水分析計(jì)算。按阿熱勒托海河防洪治理工程技術(shù)要求和工作安排，對(duì)阿熱勒托海河防洪治理工程設(shè)計(jì)（計(jì)算）主要河段西起上游泉水（渠）溝（即阿熱勒托海河左支），南起上游為科克賽溝的干溝（即阿熱勒托海河右支），左支與右支匯合后，下游至阿熱勒托海牧場(chǎng)以北900 m 大橋（下）河段，全長(zhǎng)10 km。

1）阿熱勒托海河右支干溝河道A1 調(diào)查洪水?dāng)嗝?/p>

A1 調(diào)查洪水?dāng)嗝嫖挥谂c左支泉水渠（溝）匯合口上游1.0 km處，河道較順直，河底多為沙石，左右岸都為農(nóng)田，植被覆蓋良好，相對(duì)穩(wěn)定。

2）阿熱勒托海河右支干溝河道A2 調(diào)查洪水?dāng)嗝?/p>

A2 調(diào)查洪水計(jì)算斷面位于與左支泉水渠（溝）匯合口上游400 m 處，左、右岸都為農(nóng)田，河道河面寬闊，河道較順直，河床比較穩(wěn)定。

3）阿熱勒托海河左支泉水渠（溝）B1 調(diào)查洪水?dāng)嗝?/p>

該斷面為擬建阿熱勒托海河防洪堤岸工程的首部，位于與右支匯合口上游3.4 km 處，左岸為農(nóng)田，右岸為居民區(qū)。斷面上游為彎道，下游順直，河道窄深，斷面控制良好。

4）阿熱勒托海河左支泉水渠（溝）B2 調(diào)查洪水?dāng)嗝?/p>

該斷面位于與右支河道匯合口上游0.3 km 處，左右岸都為農(nóng)田。河道基本順直，窄深，斷面控制良好。河床組成為泥沙、細(xì)小三角粒卵石，分布有少量碎石，河床河岸基本穩(wěn)定，河道內(nèi)分布有部分樹(shù)木。

5）阿熱勒托海河右支干溝河道與左支泉水渠（溝）匯合口AB1 設(shè)計(jì)洪水?dāng)嗝?/p>

AB1 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算斷面位于干溝河道與泉水渠（溝）匯合口，左、右岸都為農(nóng)田，河道河面寬闊，河床比降大，沖淤變化劇烈，極不穩(wěn)定，斷面控制較差。

6）阿熱勒托海河下游AB2 調(diào)查洪水?dāng)嗝?/p>

AB2 調(diào)查洪水?dāng)嗝嫖挥诳瓶速悳吓c泉水渠（溝）匯合之后第一個(gè)調(diào)查洪水?dāng)嗝?，位于匯合口下游0.7 km 處，河道較順直，左、右岸都為農(nóng)田，距居民區(qū)不遠(yuǎn)，植被覆蓋良好，相對(duì)穩(wěn)定。

7）阿熱勒托海河下游AB3 設(shè)計(jì)洪水?dāng)嗝?/p>

AB3 設(shè)計(jì)洪水?dāng)嗝鏋閿M建阿熱勒托海河防洪堤岸工程的末端，右岸為居民點(diǎn)，河道兩岸坍塌顯著。該河段也為居民區(qū)農(nóng)民及山區(qū)牧民過(guò)河必經(jīng)之路，河道河面寬闊，河床比降大，沖淤變化劇烈，極不穩(wěn)定。

博樂(lè)市阿熱勒托海河防洪治理工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算斷面及防洪工程設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)斷面縱向分布圖見(jiàn)圖2。

圖2 各河溝防洪工程設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)斷面與設(shè)計(jì)洪水計(jì)算斷面縱向分布示意圖

3 各斷面設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

依據(jù)SL44—2006《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》，對(duì)參證站溫泉水文站1960 年～2016 年和阿合奇水文站1979 年～2015 年的年最大洪峰流量系列，在按連序系列采用距法估算其統(tǒng)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)適線法選配P-Ⅲ型頻率曲線，推求洪峰流量系列的統(tǒng)計(jì)特征值。再通過(guò)參證站對(duì)阿熱勒托海河各斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水計(jì)算。

3.1 阿熱勒托海河右支干溝河道A1 斷面

根據(jù)洪水資料，阿熱勒托海河右支干溝河道A1 斷面設(shè)計(jì)洪峰流量采用以下方法進(jìn)行計(jì)算：選用相鄰流域的水文站的設(shè)計(jì)洪水成果進(jìn)行綜合，采用區(qū)域洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰流量。

選取精河山口水文站、烏爾達(dá)克賽河阿合奇水文站、沙爾托海水文站作為參證站，根據(jù)參證站實(shí)測(cè)資料和歷史洪水資料，采用地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法，推求設(shè)計(jì)斷面不同設(shè)計(jì)頻率洪峰流量。在綜合頻率曲線上查得不同頻率的KP值見(jiàn)表 1。

表1 地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)不同設(shè)計(jì)頻率KP 值查算表

設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算公式如下：

式中：QP為設(shè)計(jì)洪峰流量（m3/s）；KP為設(shè)計(jì)洪峰流量模比系數(shù)；Qd為調(diào)查歷史洪水洪峰流量（m3/s）；Kd為調(diào)查歷史洪水洪峰流量模比系數(shù)。

根據(jù)綜合頻率曲線不同頻率的KP值和重現(xiàn)期，由以上計(jì)算方法即可得到阿熱勒托海河右支干溝河道A1 斷面的設(shè)計(jì)洪峰流量。

阿熱勒托海河調(diào)查到2012 年洪水洪峰流量56.8 m3/s，洪水重現(xiàn)期為57 年，利用地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線，計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰流量，其成果見(jiàn)表2。

表2 阿熱勒托海河右支干溝河道A1 斷面設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果表

3.2 阿熱勒托海河左支泉水渠（溝）B1 斷面

阿熱勒托海河左支泉水渠（溝）B1 斷面設(shè)計(jì)洪水計(jì)算同樣采用區(qū)域洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法，阿熱勒托海河左支泉水渠（溝）B1 斷面調(diào)查歷史洪水洪峰流量為29.7 m3/s，重現(xiàn)期為57 年，計(jì)算得其不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量，計(jì)算成果見(jiàn)表3。

表3 阿熱勒托海河左支泉水渠（溝）B1 斷面設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

3.3 阿熱勒托海河各河（溝）下游河段

阿熱勒托海河共有3 處設(shè)計(jì)洪水計(jì)算節(jié)點(diǎn)斷面，5 處調(diào)查洪水?dāng)嗝?。由于該區(qū)屬無(wú)資料地區(qū)，由左支泉水渠（溝）和右支干溝河道洪水匯合而成，依據(jù)2017 年12 月5 日～8 日洪水調(diào)查結(jié)果，計(jì)算左支和右支兩段河道的沿程每公里相對(duì)衰減率。

3.3.1 右支干溝河道A1、A2、A3 斷面衰減率分析計(jì)算及設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

A1 斷面洪峰流量為56.8 m3/s，A2 斷面洪峰流量為50.8 m3/s，A1至A2 斷面區(qū)間間距0.6 km，A2 斷面至A3 斷面區(qū)間間距0.4 km。

A1 至A2 洪峰流量沿程每公里相對(duì)衰減率計(jì)算公式如下：

式中：K12i為洪峰流量沿程每公里相對(duì)衰減率；Qms為上斷面洪峰流量，m3/s；Qmx為下斷面洪峰流量，m3/s；Lsx為上、下斷面間距離，km。

洪水沿程變化計(jì)算成果：K12i=0.1761。

各個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算公式如下：

式中：Qgp 為設(shè)計(jì)斷面設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；Qsp 為上斷面設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；Ki為洪峰流量沿程平均每公里相對(duì)衰減率；Lsg為上、下斷面間距離，km。

由上式計(jì)算得到A2 及A3 斷面的設(shè)計(jì)洪峰流量。A2、A3斷面不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量成果見(jiàn)表4。

表4 A2 及A3 節(jié)點(diǎn)斷面洪水計(jì)算成果表 單位：m3/s

3.3.2 左支泉水渠（溝）B1、B2、B3 斷面衰減率分析計(jì)算及設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

B1 斷面洪峰流量為29.7 m3/s，B2 斷面洪峰流量為21.9 m3/s，B1 至B2 區(qū)間間距3.1 km，B2 斷面至B3 斷面區(qū)間間距0.3 km。

根據(jù)公式，B1 至B2 洪峰流量沿程每公里相對(duì)衰減率計(jì)算成果：K12i=0.0847。

由公式計(jì)算得到B3 斷面設(shè)計(jì)洪峰流量為21.3 m3/s。B2、B3 不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量成果見(jiàn)表5。

表5 B2 及B3 節(jié)點(diǎn)斷面洪水計(jì)算成果表 單位：m3/s

3.3.3 阿熱勒托海河AB1、AB2、AB3 斷面衰減率分析計(jì)算及設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

由左支泉水渠（溝）A 和右支干溝河道B 匯合后稱(chēng)阿熱勒托海河AB。匯合口AB1 斷面設(shè)計(jì)洪水采用最大值疊加法，即A3 與B3 斷面同頻率設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行相加，推算得AB1 設(shè)計(jì)洪水成果，見(jiàn)表6。

表6 AB1 節(jié)點(diǎn)斷面洪水計(jì)算成果表 單位：m3/s

阿熱勒托海河AB1 斷面調(diào)查洪水洪峰流量為67.1 m3/s，AB2 斷面調(diào)查洪水洪峰流量為62.2 m3/s，AB1 至AB2 區(qū)間間距0.7 km，AB2 至AB3 區(qū)間間距2.9 km。

根據(jù)公式，AB1 至AB2 洪峰流量沿程每公里相對(duì)衰減率計(jì)算成果：K12i=0.1043。

由公式計(jì)算得到AB2、AB3斷面不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量，見(jiàn)表7。

表7 AB2 及AB3 節(jié)點(diǎn)斷面洪水計(jì)算成果表 單位：m3/s

阿熱勒托海河防洪治理工程各河溝設(shè)計(jì)洪水計(jì)算斷面及防洪工程設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)斷面設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果匯總表，見(jiàn)表8。

表8 各河溝計(jì)算斷面設(shè)計(jì)洪峰流量成果匯總表 單位：m3/s

4 結(jié)論

通過(guò)調(diào)查計(jì)算得出阿熱勒托海河各河溝斷面的洪峰流量計(jì)算成果。要以像阿熱勒托海河小流域?yàn)閱卧?，加?qiáng)全流域防洪體系建設(shè)和管理的研究，制定符合實(shí)際情況的、具可操作性的防洪減災(zāi)河堤建設(shè)預(yù)案，協(xié)調(diào)好防洪減災(zāi)與國(guó)土治理、城鎮(zhèn)規(guī)劃、水資源保護(hù)、水電開(kāi)發(fā)等各方面的關(guān)系，群策群力，才能建設(shè)一個(gè)全方位的防洪減災(zāi)體系，更好的服務(wù)于博州經(jīng)濟(jì)社會(huì)。