新疆扎勒木特河流域不同洪水計算方法及成果合理性分析

程 濤

（新疆博爾塔拉水文勘測局，新疆 博樂 833400）

1 概況

扎勒木特河位于札勒木特鄉境內、博爾塔拉河上游，是博爾塔拉河北岸的一級小支流。博爾塔拉河位于天山西部北部準噶爾盆地西部，自西向東注入艾比湖，是一條內陸河流。扎勒木特河位于博爾塔拉河上游，是博爾塔拉河北岸的一級小支流，最高海拔1981 m，集水面積76.1 km2，河長18.9 km，平均坡降94.0%，河流流向大致為自北向南流。

2 洪水計算

根據洪水資料條件，扎勒木特河設計洪峰流量采用以下幾種方法進行計算：（1）以溫泉水文站和阿合奇水文站參證站，結合洪峰流量面積指數法計算設計洪峰流量；（2）選用相鄰流域的沙爾托海水文站、精河山口水文站和阿合奇水文站的設計洪水成果進行綜合，采用區域洪峰流量模比系數綜合頻率曲線法計算洪峰流量；（3）推理公式法計算設計洪水；（4）調蓄經經驗單位線法計算洪水。并進行綜合分析比較，最終選取較為合理的設計成果。

2.1 面積指數法

根據參證站溫泉水文站和阿合奇水文站洪水資料，用面積比指數法來推算扎勒木特溝的設計洪水，扎勒木特溝集水面積為76.1 km2，參證站溫泉水文站和阿合奇水文站集水面積分別為2206 km2和938 km2，根據計算公式：

式中：Q設、Q參為設計斷面和參證站的設計洪峰流量，m3/s；F設、F參為設斷面和參證站的集水面積，km2。

由了以上公式即可得到設計斷面洪水成果，見表1。

表1 設計洪峰洪量成果表

2.2 區域洪峰流量模比系數綜合頻率曲線法

該方法用洪水調查法推求小流域設計洪水，為無資料地區洪水計算的常用方法之一。這個方法首先要繪制一條洪峰流量地區綜合頻率曲線。即將水文分區內（常以頻率曲線的接近程度來分區）各水文站各種頻率的流量換算為模比系數并點繪在同一張概率格紙上，合理選配P-Ⅲ型頻率曲線，繪出一條綜合的頻率曲線，這條頻率曲線就是地區的綜合頻率曲線。并根據扎勒木特溝渠首歷史洪水調查成果，計算其設計洪峰流量。

設歷史洪峰流量為Q1，其發生的頻率為P1；設計頻率為P，設計洪峰流量為Qp。由P1及P在綜合頻率曲線上查出相應的模比系數為K1及Kp，則設計洪峰流量Qp可按下式計算：

式中：Qp為設計洪峰流量，m3/s；Kp為設計洪峰流量模比系數；K1為調查洪水洪峰流量模比系數；Q1為調查洪水洪峰流量，m3/s。

在此，選取扎勒木特溝周邊的烏爾達克賽河阿合奇水文站、大河沿子河沙爾托海水文站、精河山口水文站為參證站，繪制的地區洪峰流量的綜合頻率曲線見圖1。年，利用地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線，計算設計洪峰流量，其成果見表3。

表2 地區洪峰流量模比系數設計K值計算成果表

圖1 地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線圖

圖2 地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線圖調查到2006年洪水洪峰流量66.9 m3/s，洪水重現期為33

表3 扎勒木特溝渠首各種頻率洪峰流量計算表

3.3 推理公式法

推理公式法是根據暴雨資料計算設計洪水。暴雨資料采用溫泉水文站實測數據，根據《水利水電工程設計洪水計算規范》（SL 44-2006）中推薦的推理公式分析計算設計洪水，基本公式如下：

式中：Qm為洪峰流量（m3/s）；Ψ 為洪峰徑流系數；Sp為設計頻率的雨力（mm/h）；τ為匯流時間（h）；m為匯流參數；l為沿主河出口斷面至分水嶺的最長距離（km）；J為沿流程l的平均比降； F為流域面積（km2）；n為暴雨衰減指數。

點繪溫泉水文站最大一日降雨量經驗頻率點據，P-Ⅲ線型矩法目估適線，計算出不同頻率最大一日降雨量Hp，見圖3及表4。

表4 溫泉水文站最大一日、24小時降雨量與溫泉水文站最大24小時點降雨量、匯水區面降雨量頻率計算成果表

圖3 溫泉水文站最大一日降雨量頻率曲線圖

根據計算要求，年最大日雨量需換算成年最大24小時雨量，換算辦法是將日雨量乘以大于1.0的系數，即

在實際應用計算中，設計頻率的雨力Sp通常采用同頻率的年最大24小時降雨量H24計算，公式為：

經計算，扎勒木特渠首以上集水面積76.1 km2，河長10.1 km，主河道平均縱比降0.045，土壤損失參數R、r分別選用0.93和0.63，洪水匯流參數值取0.516。參證扎勒木特流域及河道特征參數，根據設計暴雨資料，采用推理公式推求扎勒木特渠首設計洪峰流量，計算成果見表5。

表5 扎勒木特河設計洪峰流量成果表

2.4 調蓄經經驗單位線法

以鄰近的溫泉水文站為參證站，采用最大一日降水資料進行分析計算。

1）根據溫泉水文站最大一日降水資料，經過頻率計算(見圖4)，分別推算不同頻率設計最大一日降水量，成果見表6。

2）由《新疆維吾爾自治區可能最大暴雨圖集》天山北坡地區時面深綜合曲線圖，查出斷面以上集水面積24小時點面折算系數，考慮到扎勒木特河高程較參證站溫泉氣象站高程高、氣候和下墊面條件相似，因此，由降水等值線圖量算面平均雨量與溫泉水文站點雨量進行確定，扎勒木特溝渠首以上流域多年平均降水量為585.2 mm。扎勒木特溝渠首壩址海拔分別為2761 m；溫泉水文站多年平均降水量為225.0 mm，溫泉水文站海拔為1321 m，用扎勒木特溝渠首海拔與溫泉水文站海拔相比，算出扎勒木特溝渠首降水量為470.2 mm，所以點面折算系數上下壩址分別采用1.240。將最大一日暴雨乘以轉換系數K，求得最大24小時暴雨均值。轉換系數K采用全區統一值1.13。

3）利用《新疆維吾爾自治區可能最大暴雨圖集》查得天山北坡地區逐時雨量分配過程。

4）根據雨量分配過程假設產流歷時tc，在《新疆維吾爾自治區中小流域設計暴雨洪水圖集》產流綜合圖上查出相應產流期平均損失率f后，求得產流期雨量ptc，驗證tc是否合適。

5）計算產流期平均凈雨強度I凈。

6）用集水面積F和I凈在《新疆維吾爾自治區中小流域設計暴雨洪水圖集》匯流綜合圖上查得示儲小時數t0。

7）設定參數tm，漲洪時段n，匯流計算時段△t。

8）用下式求調蓄經驗單位線公比：b=（t0-0.5×Δt)/(t0+0.5×Δt)

9）用上式求以b為公比的無窮遞減等比級數u值，u1=(1-b)，u2=(1-b)b，u3=(1-b)b2。

10）將△t時段的凈雨量換算成凈雨流量Ii。

11）i乘以u值，并依次疊加，便得出地面徑流過程，再合成基流即設計洪水過程線，其最大值即設計洪峰流量。設計成果見表6及圖4。

表6 溫泉水文站最大一日降水量頻率計算成果表

圖4 溫泉水文站最大一日降水量頻率曲線圖

表7 扎勒木特溝渠首設計洪峰流量成果表

3 成果合理性分析

（1）洪峰流量模數法選用相鄰流域同一氣候區的溫泉水文站和阿合奇水文站作為參證站，這兩條河流產匯流及下墊面條件，尤其是流域集水面積及河槽調蓄能力與托斯呼爾溝相差較大，因此，采用參證站的設計成果推求各計算斷面的設計值也可能存在一定差異。

（2）地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線法是規范推薦的用于資料短缺且僅有調查洪水資料的河流設計洪水計算的常用方法。該方法將同一氣候區各參證站的洪水資料綜合在一起進行分析，從而降低設計洪水計算成果的抽樣誤差，消除個別年份個別站點受特大值影響帶來的偶然誤差和各站由于水文特性差異造成的差別，綜合出地區洪水的規律性，充分利用設計流域調查洪水資料，以解決無洪水資料流域的設計洪水問題。考慮到扎勒木特溝局地洪水發生較頻繁，采用地區綜合的均值線法的KP值精度較高。

（3）推理公式法計算中涉及較多參數，參數的準確與否，直接影響計算精度。在推理公式法計算的各種參數中，暴雨衰減指數n不確定性大，而且n值變化對設計結果影響也較大。暴雨過程中年最大時段暴雨Xt，P與暴雨歷時t的暴雨公式屬于經驗相關關系，忽略了不少影響因素，因此，公式中參數n值不會是穩定不變的。扎勒木特溝流域內無雨量站，暴雨設計的計算直接引用的是參證站溫泉水文站的時段資料，計算該設計流域的n值，因此，設計洪水成果存在一定誤差。

（4）調蓄經驗單位線法以溫泉水文站為參證站，對其實測雨量資料經頻率計算，得到各設計斷面最大24小時設計雨量，經產匯流計算得到設計洪水成果。在計算過程中，選用的點面折算系數、最大一日降水與最大24小時降水轉換系數均借用1984年分析的《新疆維吾爾自治區可能最大暴雨圖集》數值，采用的站點降水量多為20世紀60、70年代降水量，暴雨資料較少；由于折算系數、轉換系數試驗數據較少，針對不同流域，其不確定性因素對計算成果會造成不同程度的誤差。計算結果作為參考。

4 結語

根據四種方法分別計算的扎勒木特河出山口斷面設計洪水成果，因資料條件和計算方法不同，最終計算的設計洪峰流量成果也有一定的差距，通過對各種計算成果合理性分析，以為采用地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線值線法計算洪峰流量成果作推薦的洪峰流量成果合理。