恰克馬克河防洪工程設(shè)計(jì)洪水不同計(jì)算方法探析

克依木江·吐拉吉

（新疆維吾爾自治區(qū)喀什水文勘測(cè)局，新疆 喀什 844000）

1 概況

恰克馬克河流大體上呈西北—東南流向, 全長(zhǎng)165 km。受大陸干旱性氣候的影響，該流域氣候干燥，降水稀少，植被稀疏，平原區(qū)年降水量為80.2 mm～95.1 mm，山區(qū)年降水量為138.6 mm～234.1 mm。恰克馬克河屬降雨、季節(jié)性積雪和地下水補(bǔ)給型河流，先后設(shè)有巴音谷路提和恰其嘎水文站。巴音谷路提水文站位于恰克馬克河出山口以上36 km 處，集水面積3077 km2，于1968 年4 月撤銷(xiāo)；恰其嘎水文站設(shè)在小阿圖什鄉(xiāng)喀爾果勒山口，是恰克馬克河出山口水量控制站，控制河長(zhǎng)125 km，集水面積3788 km2，實(shí)測(cè)最大洪峰流量為351 m3/s。

2 水利工程現(xiàn)狀及重點(diǎn)防洪工程水文計(jì)算斷面

2.1 水利工程現(xiàn)狀

恰克馬克河有小型水庫(kù)兩座、引水樞紐一座，其中恰克馬克河引水樞紐位于阿圖什西北約40 km，在恰其嘎水文站下游約2 km 處。主要承擔(dān)阿圖什市阿扎克鄉(xiāng)、上阿圖什鄉(xiāng)及喀什地區(qū)疏附縣拜什克然木鄉(xiāng)1.12×104hm2耕地的灌溉任務(wù)。

2.2 防洪工程河段及洪水水文計(jì)算斷面

（1）托帕計(jì)算斷面

托帕防洪河段計(jì)算斷面位于巴音谷路提鄉(xiāng)托帕村，距下游恰其嘎站15 km，斷面以上河流長(zhǎng)度110 km，集水面積3077 km2。該河段兩岸植被稀少，左岸為托帕村，右岸為托帕口岸。

（2）康薩依山洪溝

康薩依山洪溝發(fā)源于天山南脈喀拉阿爾恰山南坡海拔3900 m 的布瑞塔什山峰，是恰克馬克河的一級(jí)支流，在托帕口岸匯入恰克馬克河，集水面積139 km2，河流全長(zhǎng)18.4 km。該山洪溝洪水成因主要是區(qū)域降雨，特別是中低山區(qū)大降雨形成暴雨洪水，洪水發(fā)生時(shí)間較集中，較大的暴雨洪水一般發(fā)生在6 月～8 月，洪水具有陡漲陡落，峰值高，洪水過(guò)程歷時(shí)短、流速大等特點(diǎn)。

（3）喀爾果勒計(jì)算斷面

喀爾果勒防洪河段計(jì)算斷面位于上阿圖什鄉(xiāng)喀爾果勒村，距下游恰其嘎站6 km，該斷面右岸為上阿圖什鄉(xiāng)喀爾果勒村。斷面以上河流長(zhǎng)度119 km，集水面積3668 km2。

（4）恰克馬克引水樞紐計(jì)算斷面

恰克馬克河引水樞紐位于阿圖什市以西約40 km，在恰其嘎水文站下游約2 km 處。斷面以上河流長(zhǎng)度127 km，集水面積3844 km2。

（5）恰克馬克河南、北支流計(jì)算斷面

恰克馬克河引水樞紐以下河道分為南北兩支：南支伯什克然木河沿主河道穿過(guò)小阿圖什鄉(xiāng)流入喀什地區(qū)疏附縣境內(nèi)；北支阿扎克河偏轉(zhuǎn)向東流入阿扎克鄉(xiāng)境內(nèi)，汛期洪水引入托卡依水庫(kù)。在小阿圖什鄉(xiāng)境內(nèi)兩支流河谷兩岸有柳樹(shù)林和居民點(diǎn)，汛期洪水對(duì)兩岸危害較大，本次將兩處防洪河段計(jì)算斷面各選在引水樞紐以下2 km 處，其中南支流計(jì)算斷面集水面積為3848 km2，北支流計(jì)算斷面集水面積為3851 km2。

各防洪工程河段沿恰克馬克河縱向分布情況及防洪工程河段設(shè)計(jì)洪水計(jì)算斷面地理位置見(jiàn)圖1。

圖1 恰克馬克河防洪工程河段控制斷面及水文測(cè)站縱向分布示意圖

3 洪水成因與類(lèi)型

分析恰克馬克河上兩個(gè)站實(shí)測(cè)最大洪峰流量及相應(yīng)洪水過(guò)程，可以發(fā)現(xiàn)該河量級(jí)較大的洪峰流量都是暴雨洪水或是以暴雨補(bǔ)給為主的混合型洪水：如1963 年、1965 年、1966 年、1983 年、1989 年、1986 年、1999 年，而洪峰量級(jí)較小的洪水多為融雪型或是以融雪補(bǔ)給為主的混合補(bǔ)給型洪水，也就是說(shuō)大暴雨和強(qiáng)融雪是產(chǎn)生特大洪水的主要原因。從歷年氣溫、降水中分析，該流域每年4 月～9 月均有可能產(chǎn)生暴雨，這段時(shí)期氣溫也較高,因而洪水也集中在4 月～9 月，其中年最大洪峰流量在5 月份發(fā)生的頻次最高，達(dá)26.1%。其次是4 月頻次為21.7，8 月頻次為21.7。

按洪水成因，恰克馬克河可分為三種不同類(lèi)型的洪水，即暴雨型洪水，融雪型洪水、雨、雪混合型洪水。

4 防洪工程不同段設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

4.1 康薩依溝設(shè)計(jì)洪峰流量估算

現(xiàn)以恰其嘎站、阿俄站、卡浪溝呂克站為參證，分別采用地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線(xiàn)法和洪峰模數(shù)法推求康薩依溝計(jì)算斷面設(shè)計(jì)洪峰流量，以進(jìn)行相互驗(yàn)證和校核。

4.1.1 地區(qū)洪峰流量綜合頻率曲線(xiàn)法

由于工程河段資料缺乏，本文根據(jù)調(diào)查河段自然地理?xiàng)l件，以往在這一地區(qū)開(kāi)展的洪水調(diào)查及其成果，以及暴雨洪水的區(qū)域性特點(diǎn)，對(duì)康薩依溝設(shè)計(jì)洪峰流量做一分析。

受資料條件之限，采用成都科技大學(xué)等三院校合編的《工程水文及水利計(jì)算》一書(shū)提出的“地區(qū)洪峰流量綜合頻率曲線(xiàn)法”推求調(diào)查山洪溝設(shè)計(jì)洪峰流量方法，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，167 m3/s；Kd為調(diào)查洪水洪峰流量模比系數(shù)，6.52。

本文采用恰其嘎站、阿俄站、卡浪溝呂克站歷史調(diào)查洪水和實(shí)測(cè)洪峰流量樣本編制地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線(xiàn)，據(jù)此求得值及康薩依溝設(shè)計(jì)洪峰流量，見(jiàn)表1。

表1 康薩依溝設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果表 單位:m3/s

4.1.2 洪峰模數(shù)法

康薩依溝屬恰克馬克河一級(jí)支流，且與卡浪溝呂克河緊鄰的小河流域，洪水形成具有相似性，本次直接移用恰克馬克河、卡浪溝呂克河設(shè)計(jì)洪峰流量成果估算康薩依溝設(shè)計(jì)洪峰流量。

設(shè)計(jì)洪峰流量按下式計(jì)算：

式中：QGp為工程場(chǎng)址的設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；MCp為參證站設(shè)計(jì)洪峰流量模數(shù)，m3/(s·km2)；fG為工程場(chǎng)址集水面積，139 km2。

恰其嘎站、卡浪溝呂克站設(shè)計(jì)洪峰流量模數(shù)見(jiàn)表2，按以上兩式計(jì)算的康薩依溝計(jì)算斷面設(shè)計(jì)洪峰流量見(jiàn)表3。

表2 恰其嘎站、卡浪溝呂克站設(shè)計(jì)洪峰流量模數(shù)表單位：m3/(s·km2)

表3 康薩依溝設(shè)計(jì)洪峰流量成果表 單位：m3/s

4.1.3 計(jì)算結(jié)果分析

上述兩種計(jì)算方法中，采用洪峰流量模數(shù)法直接移用與本流域具有相同氣候因子影響及下墊面相似的恰克馬克河恰其嘎站、卡浪溝呂克站洪峰流量模數(shù)推求康薩依溝的設(shè)計(jì)洪峰流量，由于其設(shè)計(jì)站與參證站集水面積相差較大，設(shè)計(jì)洪峰流量偏??；采用地區(qū)洪峰流量綜合頻率曲線(xiàn)法，所依據(jù)調(diào)查洪水發(fā)生年代較近，洪峰流量調(diào)查計(jì)算值較可靠，基于上述分析，本報(bào)告認(rèn)為采用地區(qū)洪峰流量綜合頻率曲線(xiàn)法推求康薩依溝的設(shè)計(jì)洪峰流量相對(duì)合理，故本次建議選用地區(qū)洪峰流量綜合頻率曲線(xiàn)法計(jì)算成果。

4.2 托帕計(jì)算斷面設(shè)計(jì)洪峰流量的估算

托帕計(jì)算斷面介于恰其嘎站與巴音谷路提站之間，該斷面處無(wú)實(shí)測(cè)水文資料，設(shè)計(jì)洪峰流量的計(jì)算采用以上下游水文站設(shè)計(jì)值為控制，用線(xiàn)性?xún)?nèi)插的辦法推求。計(jì)算公式如下：

式中：Qt為托帕計(jì)算斷面設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；Qq為恰其嘎站設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；Qb為巴音谷路提站設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；l1為恰其嘎站至托帕防洪河段間距，15 km；l2為巴音谷路提站至恰其嘎站間距，40 km。

相關(guān)參數(shù)取值及托帕計(jì)算斷面設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果見(jiàn)表4。

表4 托帕計(jì)算斷面設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果表 單位：m3/s

4.3 喀爾果勒及恰克馬克渠首計(jì)算斷面設(shè)計(jì)洪峰流量估算

喀爾果勒計(jì)算斷面位于恰其嘎站以上6 km，區(qū)間面積占恰其嘎站集水面積的2.6%；恰克馬克河渠首位于恰其嘎站以下2 km 處，區(qū)間面積占恰其嘎站集水面積的1.5%，并且區(qū)間基本上沒(méi)有水量匯入和分出，所以?xún)蓴嗝嬖O(shè)計(jì)洪峰流量直接采用恰其嘎站設(shè)計(jì)洪峰流量成果,見(jiàn)表5。

表5 喀爾果勒計(jì)算斷面及恰克馬克河渠首設(shè)計(jì)洪峰流量單位：m3/s

4.4 恰克馬克河南、北支流計(jì)算斷面設(shè)計(jì)洪峰流量估算

恰克馬克南、北支流計(jì)算斷面設(shè)計(jì)洪峰流量估算,根據(jù)克州、喀什地區(qū)及喀什噶爾流域管理處的協(xié)議，采用兩種方法對(duì)設(shè)計(jì)洪峰流量進(jìn)行估算。

方法一：由于南北兩支流洪水受恰克馬克河引水樞紐工程的調(diào)節(jié)和控制，因此，根據(jù)恰克馬克河引水樞紐設(shè)計(jì)報(bào)告，當(dāng)引水樞紐重建工程實(shí)施后，遭遇較大洪水時(shí)，以拜什克然木河做為主要泄洪通道，而向阿扎克河泄水量不宜過(guò)大，以保證阿扎克下游的防洪安全，當(dāng)Q＞200 m3/s 時(shí)，下泄洪水由阿扎克河承擔(dān)30%，拜什克然木河承擔(dān)70%的泄洪比例進(jìn)行估算，其南、北兩支流計(jì)算斷面設(shè)計(jì)洪峰流量估算值見(jiàn)表6。

方法二：從1944 年和1966 年歷史調(diào)查洪水來(lái)看，這兩場(chǎng)洪水泄洪比例較為接近，其泄洪比例阿扎克河為35%，拜什克然木河為65%。由于恰克馬克河洪水運(yùn)動(dòng)規(guī)律較復(fù)雜，河床抗侵蝕能力弱，且沖淤變化較大，因此考慮特殊情況，按天然分洪比例估算，其南、北兩支流計(jì)算斷面設(shè)計(jì)洪峰流量估算值見(jiàn)表6。

表6 恰克馬克南、北支流計(jì)算斷面設(shè)計(jì)洪峰流量 單位：m3/s

由于恰克馬克河為游蕩性河流，河床不穩(wěn)定，因此認(rèn)為第二種計(jì)算結(jié)果比較接近實(shí)際。

5 結(jié)語(yǔ)

恰克馬克河洪水組成原因復(fù)雜，由于缺乏水文實(shí)測(cè)資料，使得防洪工程建設(shè)中的洪峰流量計(jì)算困難。因?yàn)榉篮楣こ淘O(shè)計(jì)洪水計(jì)算線(xiàn)長(zhǎng)、點(diǎn)多、各斷面資料情況差異大，且均在同一條河流上，因此計(jì)算成果不僅應(yīng)在點(diǎn)上合理，而且還應(yīng)上下游成果相互協(xié)調(diào)，文章通過(guò)分析計(jì)算和相關(guān)對(duì)比，提出采用地區(qū)洪峰流量綜合頻率曲線(xiàn)法推求康薩依溝的設(shè)計(jì)洪峰流量，用線(xiàn)性?xún)?nèi)插辦法推求托帕設(shè)計(jì)洪峰流量，按天然分洪比例估算恰克馬克河南、北支流設(shè)計(jì)洪峰流量，為同一條河流不同防洪工程段的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算提供參考。