新疆金溝河木華里渠首設計洪峰流量計算分析

付葉卿

（新疆石河子水文勘測局，新疆 石河子 832000）

金溝河流域內(nèi)存在水資源配置不合理、地表水與地下水缺乏統(tǒng)一開發(fā)、統(tǒng)一調(diào)度等問題，加之農(nóng)牧業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、灌溉方式落后、節(jié)水意識淡薄，使得當前灌區(qū)的生態(tài)環(huán)境急速惡化，特別是水環(huán)境，例如河道開始斷流，土壤逐漸沙化，其鹽漬化面積也變得愈來愈大等，都對本流域經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展造成了嚴重的影響，遠遠不能滿足新市場的經(jīng)濟發(fā)展需要。為了降低以上問題的不良影響，需對流域內(nèi)的相關(guān)水利工程進行改造設計。對此，本文針對金溝河木華里渠首設計洪峰流量進行計算分析。

1 工程區(qū)概況

金溝河流域位于新疆沙灣縣境內(nèi)準噶爾盆地南邊，維吾爾自治區(qū)中西部，東西分別界臨寧家河與八音溝河，南北界臨天山分水嶺與西岸大渠。整個流域全長120 km，河床比降在5‰～33‰之間。據(jù)統(tǒng)計，流域內(nèi)多年平均徑流量為3.49 億m3，變差系數(shù)0.13，平均流量為11.0 m3/s，其中最大流量與最小流量分別為35.0 m3/s、1.19 m3/s。金溝河流域局部天氣和地形特征使得流域內(nèi)暴雨災害頻發(fā)，逢夏季高溫時，可能會出現(xiàn)較大的暴雨融雪混合型洪水。流域自南向北，年降雨量逐漸減少，水面蒸發(fā)量逐漸增大。

木華里引水樞紐工程位于喀什地區(qū)英吉沙縣艾古斯鄉(xiāng)境內(nèi)的庫山河出山口處，距英吉沙縣城40 km，距喀什市110 km，集水面積2535 km2。工程場址處無水文站點，本次分析計算選用沙曼站的水文資料。

2 工程場址處歷史洪水情況及成因

2.1 歷史洪水

過實地調(diào)查和洪痕查證，調(diào)查到5 次歷史洪水，根據(jù)《喀什地區(qū)水文手冊》摘錄情況見表1。

表1 庫山河歷史洪水調(diào)查表

由表1 可知，1958年4月調(diào)查到1942年在沙曼水文站發(fā)生746 m3/s 的洪峰流量，同時調(diào)查到1882年在沙曼村發(fā)生720 m3/s 的洪峰流量，但是缺少歷史洪水的調(diào)查訪問情況，其歷史洪水調(diào)查考證期不易確定，并且兩次歷史洪水的調(diào)查成果定為參考級。

沙曼水文站自1957年以來，已有51年較長的洪水系列，其中1999年8月2 日發(fā)生了689 m3/s 雨、雪混合型洪水，1942年、1882年與1999年的洪水是同一量級的，實測系列長度已經(jīng)符合規(guī)范要求，因此，在應用頻率分析法計算設計洪水時，以實測洪水系列進行設計洪水的分析計算。

2.2 洪水成因分析

影響洪水的因素是眾多的，且各因素對洪水的影響程度在不同場次洪水中又是錯綜復雜的，這在內(nèi)陸干旱地區(qū)表現(xiàn)尤為突出［1]。除了流域特征（流域集水面積、流域形狀、坡度、河網(wǎng)密度、土壤、植被、地質(zhì)條件等）和河槽特性（河槽斷面狀況、坡降、糙率等）外，庫山河的洪水成因主要是冰川融水［2]和汛期的暴雨。

據(jù)沙曼站1957年～2008年實測洪水資料統(tǒng)計，58年間歷年年最大洪峰流量為融雪（水）型洪水的有28 次，占54.9%，其次為混合型洪水，暴雨型洪水排在第三位，1999年發(fā)生的洪水為混合型洪水，最大洪峰流量為689 m3/s。

3 工程場址設計洪峰流量推求

針對工程區(qū)沒有洪水資料的情況，本文以沙曼站為參證站，選用洪峰模數(shù)法與地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法對工程場址的設計洪峰流量進行推求。

3.1 參證站設計洪峰流量計算

沙曼水文站自1958年至今已有52年實測洪水資料，并有1999年的特大洪水在實測系列之內(nèi)，經(jīng)分析：1999年洪水為1957年有實測資料系列以來的特大洪水，以此作控制，按連續(xù)系列進行計算。經(jīng)P-Ⅲ型曲線適線后選用參數(shù)：計算結(jié)果見表2 及圖1。

表2 沙曼站連續(xù)系列洪峰流量頻率計算成果表 單位：m3/s

圖1 沙曼站實測系列洪峰流量頻率曲線

3.2 工程場址處洪峰流量計算

3.2.1 洪峰模數(shù)法

洪峰模數(shù)法，即在計算中直接采用與研究區(qū)域條件類似的流域的參數(shù)進行設計洪峰流量的推算［3-5]。

沙曼水文站與工程場址之間的距離為27.5 km，集水面積較工程場址增加了366 km2（用1∶25 萬電子地圖量算）。丘陵山區(qū)、十幾條山洪溝，有較好的產(chǎn)洪能力，可以用洪峰模數(shù)法來估算。

本次選用沙曼站的設計洪峰流量頻率（表2）估算木華里渠首設計洪峰流量：

式中：Qp為工程場址的設計洪峰流量，m3/s；Mcp為參證站（沙曼站）的設計洪峰流量模數(shù)，m3/（s·km2）；F為工程場址斷面以上集水面積，km2。

設計洪峰流量計算成果見表3。

表3 工程場址設計洪峰流量成果表 單位：m3/s

3.2.2 地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法

采用地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法［3-5]推求工程場址設計洪峰流量中，選用沙曼水文站實測最大洪峰流量系列資料，計算各選用站洪峰流量頻率，然后將各種頻率的流量換算為模比系數(shù)（Qi/），點在同一機率格紙圖上，并且重點考慮沙曼站的點據(jù)，配一條模比系數(shù)綜合頻率曲線，見圖2，在曲線上查出調(diào)查洪水模比系數(shù)KJ，設計頻率模比系數(shù)KP，和調(diào)查洪峰流量QJ，代入公式：

式中：QP、QJ為設計、調(diào)查洪峰流量，750 m3/s；KP、KJ為設計、調(diào)查洪峰流量的模比系數(shù)。

表4 工程場址地區(qū)綜合法設計洪峰流量計算成果表

圖2 地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線

3.3 設計洪峰流量成果綜合評定

以上兩種方法計算工程場址設計洪峰流量成果見表5。

表5 各種方法計算工程場址設計洪峰流量成果表 單位：m3/s

①洪峰模數(shù)法：由于參證站與工程場址地處于同一河流的上下游，集水面積相差17%，其下墊面和洪水的形成具有相似性，故直接移用參證站洪峰相同頻率的洪峰模數(shù)估算的設計洪水，該法計算方便，所以其設計洪水成果存在較好的合理性。

②地區(qū)綜合頻率曲線法：選用3 個上下游和鄰近河流水文站作參證站，選用參證站資料系列較長，基本可以綜合的反映出該地區(qū)洪峰流量情況，采用的工程場址歷史洪水調(diào)查成果較可靠。

由表5 可知，兩種方法設計成果比較接近，所選參政站洪水主要是以暴雨和冰雪消融型洪水形成，而工程場址所在庫山河上游洪水類型主要是冰雪消融型洪水或暴雨型洪水，所以兩種方法設計成果是比較合理的。本次計算推薦洪峰模數(shù)法計算成果，作為本次工程場址設計依據(jù)。

4 結(jié)語

在本次分析計算中，由于工程場址處無實測水文資料，項目組充分利用了本流域及相鄰流域可搜集到的實測水文資料和研究成果（沙曼站資料系列），使用的計算分析方法合理、可靠，并嚴格執(zhí)行設計洪水計算的有關(guān)技術(shù)規(guī)范，推算出了工程場址的設計洪水等水文依據(jù)。從而保證了計算成果的準確性。但是由于區(qū)間洪水無實測資料，故推求的工程場址設計洪峰流量成果存在較大的不確定性。為了工程運行管理的分析研究，建議盡快設立專用水文站，進行資料收集。