奎屯市城市防洪規(guī)劃洪水計(jì)算分析

尹偉葉

（新疆維吾爾自治區(qū)塔城水文勘測(cè)局，新疆 塔城 834700）

1 工程概況

奎屯市位于天山北麓準(zhǔn)噶爾盆地西南緣，總面積1109 km2，屬奎屯河水系，有4條河流?？秃影l(fā)源于天山支脈依連哈比爾尕山，流經(jīng)獨(dú)山子、烏蘇、奎屯、精河入艾比湖，全長(zhǎng)220 km。上游主要有18條支流匯合而成，年均流量為6.4億m3，歷年平均流量20.1 m3/s。每年6月初至9月底為洪水期，10月至次年3月為枯水期，冬夏河水流量懸殊較大。

防洪重點(diǎn)區(qū)域?yàn)槌菂^(qū)南部發(fā)源于獨(dú)山子丘陵區(qū)的洪溝，獨(dú)山子區(qū)的暴雨形成的洪水，沿著洪溝順流而下，沖壞下游的公路、鐵路、民房及農(nóng)田，洪水災(zāi)害非常突出。加之由于奎屯市現(xiàn)有的防洪工程體系不完善、不配套，一旦發(fā)生大洪水就對(duì)城市構(gòu)成威脅，后果不堪設(shè)想，因此為防治洪水災(zāi)害，保證城市安全，必須建立一個(gè)適應(yīng)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)的城市防洪體系。

為此新疆奎屯市開(kāi)始統(tǒng)一規(guī)劃城市防洪體系，防洪工程規(guī)劃防洪溝從西往東排序主要有黑油溝、東城溝、東郊溝、開(kāi)干旗溝、開(kāi)發(fā)區(qū)溝。

2 防洪工程現(xiàn)狀

奎屯市現(xiàn)有的防洪工程包括兩座渡槽新老南干渠；鐵路部門(mén)修建的數(shù)十個(gè)過(guò)水涵洞；獨(dú)山子區(qū)修建的導(dǎo)流防洪堤，這些工程的集中導(dǎo)流，一定程度上削減了洪水對(duì)奎屯市的威脅，但是由于城市防洪缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和養(yǎng)護(hù)，產(chǎn)生了一系列洪水隱患[1]。

（1）新南干渠修建于1947年，全長(zhǎng)23.5 km，橫穿奎屯市區(qū)南部山前沖積扇，根據(jù)防洪的需要，水利部門(mén)在該渠上修有防洪渡槽，導(dǎo)流堤500 m，過(guò)水涵洞28處，土堤長(zhǎng)700 m，由于防洪標(biāo)準(zhǔn)低，抗洪能力有限。老南干渠位于新南干渠以北，現(xiàn)已停止輸水。

（2）鐵路部門(mén)1987年在鐵路沿線(xiàn)修建了大量的過(guò)水涵洞，由于其防洪工程是分散的，雖然能有效地保護(hù)鐵路，但無(wú)法保護(hù)市區(qū)的安全，并且有匯流的作用，集中下瀉的洪水對(duì)市區(qū)威脅很大。

（3）獨(dú)山子及南面山區(qū)是奎屯市暴雨洪水形成區(qū)，1982年獨(dú)山子投資數(shù)百萬(wàn)元修建了總長(zhǎng)3 km～4 km標(biāo)準(zhǔn)較高的漿砌石導(dǎo)流防洪堤，保護(hù)了獨(dú)山子廠(chǎng)區(qū)安全，但把原來(lái)從黑油溝排走的洪水一并集中到東郊溝，使本市東部受洪水危害次數(shù)和程度大大增強(qiáng)。

3 歷史洪水調(diào)查分析

本次洪水調(diào)查，對(duì)各個(gè)防洪工程節(jié)點(diǎn)斷面進(jìn)行了重點(diǎn)洪水調(diào)查測(cè)量，并沿烏伊公路由西到東逐條溝都進(jìn)行了實(shí)地踏勘。各調(diào)查河段高程均采用統(tǒng)一高程，大斷面及洪痕采用四等水準(zhǔn)測(cè)量。調(diào)查河段洪峰流量計(jì)算采用比降—面積法，基本公式如下：

式中：S為河段平均水面比降；A為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2；R為過(guò)水?dāng)嗝嫠Π霃剑琺；K為過(guò)水?dāng)嗝孑斔?，m3/s；n為過(guò)水?dāng)嗝婧哟膊诼省?/p>

上述公式中水力要素由實(shí)地勘測(cè)成果確定，糙率的選用主要靠經(jīng)驗(yàn)、工具書(shū)中糙率系數(shù)表和實(shí)際勘察確定，調(diào)查河段歷史洪水洪峰流量見(jiàn)表1。

表1 奎屯市防洪工程斷面洪水調(diào)查計(jì)算成果表

3.1 設(shè)計(jì)洪水

根據(jù)奎屯市防洪工程設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)洪水采用兩種方法計(jì)算，即洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線(xiàn)法和經(jīng)驗(yàn)公式法。

（1）地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線(xiàn)法（地區(qū)綜合法）

根據(jù)《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》（SL 44-2006）之規(guī)定，即“當(dāng)設(shè)計(jì)流域的洪水和暴雨資料短缺時(shí)，可利用鄰近地區(qū)分析計(jì)算的洪峰統(tǒng)計(jì)參數(shù)，或相同頻率的洪峰模數(shù)等進(jìn)行地區(qū)綜合，用于設(shè)計(jì)流域。”

本次采用參證站實(shí)測(cè)和調(diào)查資料樣本，編制地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線(xiàn)。均值變差系數(shù)與偏差系數(shù)，采用矩法估算，PIII型曲線(xiàn)適線(xiàn)。適線(xiàn)完全采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行優(yōu)選，繪制綜合頻率曲線(xiàn)，見(jiàn)圖1，利用此圖可求得不同頻率的Kp值，從而推求設(shè)計(jì)斷面所需的洪峰流量值，其計(jì)算公式如下：

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

圖1 天山北坡河流洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線(xiàn)圖

綜合頻率曲線(xiàn)參數(shù)的確定采用曲線(xiàn)外包線(xiàn)的上限值，依據(jù)前述歷史洪水調(diào)查結(jié)果，本次計(jì)算中歷史洪水重現(xiàn)期定50年，洪峰流量模比系數(shù)KP值見(jiàn)表2，設(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)表3。

表2 設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算參數(shù)及KP-P表

表3 奎屯市防洪工程斷面設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

（2）經(jīng)驗(yàn)公式法

采用由希堯等推薦的經(jīng)驗(yàn)公式[2]，對(duì)新疆天山南北坡、帕米爾高原、昆侖山北坡諸小河流域計(jì)算經(jīng)驗(yàn)式（選用其指數(shù)方程）：

式中：為多年平均年最大洪峰流量，m3/s；F為控制斷面以上集水面積，km2；C為河流參數(shù)；L為河長(zhǎng)，km；J為河道縱坡，‰；f為流域形狀系數(shù)，f=F/L2；Pm1為流域多年平均最大一日降水量，mm。

在1∶5萬(wàn)地形圖上進(jìn)行山洪溝的特征值量算，確定主要參數(shù)，成果見(jiàn)表4。

表4 奎屯市防洪斷面位置及主要參數(shù)一覽表

由上式及表4中參數(shù)計(jì)算出各設(shè)計(jì)斷面洪峰流量均值，再應(yīng)用綜合頻率曲線(xiàn)洪峰流量模比系數(shù)KP值，Pm1采用獨(dú)山子區(qū)氣象站多年平均最大一日降水量值，計(jì)算得到各計(jì)算斷面的設(shè)計(jì)洪峰流量，其成果見(jiàn)表5。

表5 奎屯市防洪工程斷面設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

3.2 洪水成果的合理性分析

奎屯市設(shè)計(jì)洪水的分析計(jì)算采用兩種方法，進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水的分析計(jì)算。通過(guò)實(shí)地洪水調(diào)查、測(cè)量，確定了各個(gè)防洪工程節(jié)點(diǎn)斷面的最大過(guò)水能力，并由附近居民對(duì)各個(gè)洪溝的洪水痕跡進(jìn)行指認(rèn)，以實(shí)際發(fā)生的洪水為基礎(chǔ)，再結(jié)合洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線(xiàn)法、天山北坡經(jīng)驗(yàn)公式法，計(jì)算得到各個(gè)防洪工程節(jié)點(diǎn)斷面的設(shè)計(jì)洪水。但經(jīng)驗(yàn)公式法中參數(shù)的選用任意性較大，最終成果經(jīng)對(duì)比分析，偏于安全推薦采用了第一種方法，即洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線(xiàn)法計(jì)算成果。

4 結(jié)語(yǔ)

奎屯市防洪規(guī)劃洪水水文分析計(jì)算，受資料條件限制，特別是暴雨洪水，無(wú)規(guī)律可循，隨機(jī)性很強(qiáng)，預(yù)測(cè)難度大，計(jì)算結(jié)果誤差較大，給設(shè)計(jì)洪水的分析計(jì)算帶來(lái)了一定的難度。使洪水傳播、市郊山洪溝洪水以及城區(qū)內(nèi)雨洪的研究成果的精度受到一定的影響，而這些問(wèn)題又是城市防洪中無(wú)法回避的。因此，在城市防洪規(guī)劃實(shí)施中，應(yīng)加強(qiáng)非工程措施，如加強(qiáng)城市雨洪資料的收集、監(jiān)測(cè)，提高城市防洪預(yù)警能力，保證城市經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。