庫爾楚水庫建設(shè)洪水分析與計算

艾古班·吾拉音

1 概況

麻扎溝是庫爾勒市年徑流量較大的河流之一。麻扎溝下游農(nóng)業(yè)灌溉面積約3.5萬畝，大面積的農(nóng)業(yè)灌溉用水需求產(chǎn)生了季節(jié)缺水問題，尤其是春季灌溉時節(jié)。麻扎溝的天然來水量年內(nèi)分配極不均勻，為解決這一問題，需要調(diào)蓄麻扎溝汛期洪水和冬季閑水。由于麻扎溝流域特殊的地形條件和氣候條件，加上防洪能力不足，河道排洪不暢，使得洪水災(zāi)害頻繁發(fā)生，特別是夏季形成的較大洪水（融雪加降雨），災(zāi)害嚴重。因此，庫爾勒市水務(wù)局擬建設(shè)庫爾楚水庫，以減輕下游灌區(qū)洪水災(zāi)害和解決灌區(qū)季節(jié)性缺水，這就需對麻扎溝洪水和水庫建設(shè)施工期洪水情況進行探討。

2 水文氣象及節(jié)點工程分析

2.1 氣象分析

麻扎溝發(fā)源于南天山支脈的霍拉山南坡，海拔高程多在1500 m以上，2500～3500 m地帶降水較多，氣候濕潤；山口以下為徑流散失區(qū)，海拔高程多在1500 m以下，降水量較少，氣候干燥。區(qū)內(nèi)氣候特征為：光照充足，熱量豐沛，氣溫日較差大，冬季寒冷，夏季炎熱，降水少，空氣干燥，蒸發(fā)能力強，多大風(fēng)天氣。年平均氣溫11.1℃，年平均降水量55.6 mm.年內(nèi)降水量集中在夏季，5～8月降水量占年降水量的69.1%。流域內(nèi)降水量有明顯的垂直地帶性變化，山區(qū)降水量大于平原區(qū)。麻扎溝是一條以積雪融水、降雨和地下水為主要補給來源的山溪性河流。從河源至出山口河長47.2 km，出山口以上集水面積達365 km2。流域水系見圖1。

圖1 麻扎溝水系圖

2.2 水文資料分析

麻扎溝上沒有長期水文站，缺乏長系列的洪水資料，本次以情況相近的大山口、黃水溝、克爾古提和迪那河水文站作為參證站。為此，收集了1991年5月至1992年4月麻扎溝專用水文站觀測資料，巴音郭楞水文水資源勘測局3次洪水調(diào)查資料；收集到大山口水文站1956～2012年實測資料、黃水溝水文站1955～2012年實測資料、克爾古提水文站1956～2012年實測資料、迪那河水文站1959～1993年實測資料、輪臺縣水利局迪那河水管站1994～2012年在原水文站基本斷面實測的灌溉引水期流量資料。經(jīng)復(fù)核，以上收集到的水文站資料與水文年鑒刊印的一致，系列性長，資料精度高，成果可靠，可用于麻扎溝洪水分析計算。

2.3 節(jié)點洪水確定

麻扎溝自出山口以下河道上，現(xiàn)有4處水利工程。本次水文分析計算節(jié)點選取為庫爾楚水庫擬建壩址處和麻扎溝出山口處。擬建水庫壩址位于麻扎溝出山口上游1.2 km處，經(jīng)查圖量算，出山口以上集水面積與水庫壩址以上集水面積相差僅1.6 km2，期間沒有山洪溝匯入，也沒有水流分出，水庫壩址處的設(shè)計水文參數(shù)可以直接移用出山口的分析計算成果。另外，考慮到水庫擬建壩址處無水利工程設(shè)施作為參照物，經(jīng)歷當年大洪水的人員無法清楚記憶洪痕位置，且1987年6月22日發(fā)生的洪水距今年限久遠，洪痕位置無法通過現(xiàn)場準確查找，所以，此次洪水分析計算不考慮將麻扎溝出山口處洪水還原到擬建壩址處，而是綜合上述原因，最終確定水庫壩址處的設(shè)計水文參數(shù)直接移用出山口處的水文參數(shù)分析計算成果。

3 洪水分析

3.1 洪水成因及特性

麻扎溝洪水從成因和發(fā)生時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。積雪融水型洪水多發(fā)生在4～6月，暴雨性洪水一般出現(xiàn)在7～8月，而降雨、融雪混合型洪水是由積雪融水型洪水與暴雨型洪水混合而成，此類洪水時有發(fā)生，多出現(xiàn)在6月底至7月初。由于麻扎溝只有一年的實測洪水資料，在闡述洪水類型時，積雪融水型洪水和暴雨型洪水由實測洪水資料說明，而降雪混合型洪水則以迪那河水文站的實測洪水為例。

3． 2 歷史調(diào)查洪水

自1987年～2014年對麻扎溝先后進行了3次歷史洪水調(diào)查，分別為：1987年8月對該河1987年6月發(fā)生的洪峰流量進行了調(diào)查，最大洪峰流量350 m3/s。2010年1月12日對麻扎溝出山口2001年7月進行了洪水調(diào)查，最大洪峰流量172 m3/s。2009年7月進行了洪水調(diào)查，最大洪峰流量43.1m3/s。麻扎溝1987年洪水的考證期N為（2012－1978＋1）=35年，其重現(xiàn)期T為N+1=36年。

3.3 壩址設(shè)計洪水計算

擬建庫爾楚水庫壩址位于麻扎溝出山口上游1.2 km處，經(jīng)查圖并量算，出山口以上集水面積與水庫壩址以上集水面積相差僅1.6 km2，區(qū)間沒有支流匯入，也沒有水流分出，因此洪峰流量減少很小，本次水文分析計算不再分析計算1.2 km河道上的洪峰流量減少值，直接將出山口的設(shè)計洪水計算成果移用到水庫壩址處。

由于麻扎溝屬無資料河流，計算設(shè)計洪峰流量需選取參證站，本次設(shè)計洪峰流量計算選取處于同氣候區(qū)或產(chǎn)洪方式相近的迪那河、黃水溝和克爾古提水文站作為參證站。采用洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法、洪峰模數(shù)法、設(shè)計暴雨推理公式法三種方法對麻扎溝出山口設(shè)計洪水進行分析計算。計算結(jié)果見表1。

表1 麻扎溝出山口不同頻率設(shè)計洪峰流量 單位：m3/s

由于麻扎溝出山口沒有降水量資料，設(shè)計暴雨推理公式法只能使用大山口站的降水資料，受距離、高程等因素的影響，降水還是有一定的差距，同時公式中涉及到多個未確定的參數(shù)，任意性較大，所以推求成果僅供參考。同時，由于參政站集水面積與麻扎溝集水面積差異較大，所以洪峰模數(shù)法結(jié)果也不可取。而洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法選用同一水文分區(qū)內(nèi)幾個與之相鄰的流域的洪峰流量模比系數(shù)，從而降低了計算成果的抽樣誤差，也可消除因單站特大值影響而帶來的偶然誤差和分區(qū)內(nèi)各河流水文特性的差別，所以本次推薦使用根據(jù)1987年發(fā)生的洪水的重現(xiàn)期計算的設(shè)計洪峰流量值是比較合理的。

3.4 施工期洪水分析

從施工組織設(shè)計可知，受庫爾楚水庫壩址處的天氣條件影響，10月下旬至次年2月建筑工程不能施工。根據(jù)壩址處氣象、水文和施工場地條件，經(jīng)分析，在一個枯水期內(nèi)永久建筑物不能修筑至汛期洪水位以上，因此不宜采用分期導(dǎo)流的方式，只能采用河床一次斷流，上、下游圍堰全年擋水，左岸導(dǎo)流兼沖砂放水洞泄流的導(dǎo)流方式。根據(jù)施工進度安排，第一年9月下旬截流前完成導(dǎo)流兼沖沙放水洞的全部工程，并具備泄流條件，第二年汛期仍采用上游圍堰擋水度汛，導(dǎo)流兼沖砂放水洞泄流，也就是說汛期5～9月，需要進行壩體填筑和導(dǎo)流兼沖沙放水洞的工程，所以施工期洪水期劃分為3～5、6～8、9～10月三段。

本次水文分析計算分別采用克爾古提、迪那河水文站作為參政站，分析計算庫爾楚水庫三個施工時段的分期設(shè)計洪水。由于6～8月為清水河、迪那河以及麻扎溝的主汛期，年最大洪峰流量絕大多數(shù)發(fā)生在主汛期，為臨時工程安全考慮，6～8月設(shè)計洪峰流量采用設(shè)計年最大洪峰流量。

克爾古提水文站1993年以后改為汛期站，1993年后3、4月份無觀測資料，故分別從1957～1993年和1957～2012年系列資料中挑選出3～5月和9～10月最大洪峰流量，組成兩個最大洪峰流量連續(xù)系列，并做出兩個洪峰流量頻率曲線，計算出時段設(shè)計洪水。

迪那河水文站1957年建站，1993冬撤站，1993年以后有水管站在原斷面斷斷續(xù)續(xù)監(jiān)測主汛期洪水，各月資料整理、收集不全，故本次分期設(shè)計洪水從1957～1993年系列資料中挑選出3～5月和9～10月最大洪峰流量，組成兩個最大洪峰流量連續(xù)系列，并做出兩個洪峰流量頻率曲線，計算出時段設(shè)計洪水。設(shè)計成果見表2。

采用洪峰模數(shù)法，分別計算出麻扎溝壩址處3～5月和9～10月的分期設(shè)計洪水。設(shè)計成果見表3。

為工程施工期安全考慮，推薦使用以迪那河水文站為參證站計算的庫爾楚水庫壩址分期設(shè)計洪水成果值。

表2 克爾古提水文站3～5月和9～10月設(shè)計洪峰流量成果表 單位：m3/s

表3 庫爾楚水庫壩址3～5月、9～10月設(shè)計洪峰流量成果表 單位：m3/s

4 結(jié)語

為了保障庫爾楚水庫科學(xué)建設(shè)，提高麻扎溝水資源利用效益，針對區(qū)內(nèi)無水文監(jiān)測資料現(xiàn)狀，以流域相近的水文站為參證站，采用洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法、洪峰模數(shù)法、暴雨推理公式法對壩址處的設(shè)計洪水進行了推求。經(jīng)對比，推薦使用根據(jù)1987年發(fā)生的洪水的重現(xiàn)期計算的設(shè)計洪峰流量值是比較合理的，其6～8月的20年、50年、100年洪峰分別為297 m3/s、419 m3/s、514 m3/s。根據(jù)麻扎溝河流特性和洪水特點，施工期分為3～5月、6～8月、9～10月3段，其中3～5月的20年、50 年、100 年洪峰分別為 36.8 m3/s、44.5 m3/s、50.2 m3/s，9～10月的 20年、50年、100年洪峰分別為 54.7 m3/s、97 m3/s、134 m3/s，可供水庫建設(shè)和防洪建設(shè)進行參考。