鄯善縣柯柯亞紅山口光伏產業園防洪工程洪水分析

龔旭鋒

（新疆吐魯番水文勘測局，新疆 吐魯番 838000）

1 概況

鄯善縣柯柯亞紅山口光伏產業園位于巴哥買里沖溝下游，流域東、西分別與柯柯亞河和二塘溝河接壤，占地40 km2，太陽能光伏項目規模達到230 MWp。項目區以上河長34.5 km，河道比降68.8‰，集水面積285 km2，屬于典型的南溫帶干旱氣候區。為保障光伏產業園安全，防止突發性山前洪水對光伏項目建設生產安全造成影響，規劃在園區北側規劃建設防洪設施，這就需要對柯柯亞紅山口的柯柯亞紅河和二塘溝河進行洪水分析。

2 洪水成因與特性及調查分析

2.1 洪水成因

鄯善縣內各河流和山洪溝大部分洪水屬突發性暴雨洪水，主要由大尺度天氣系統過境造成，加之受南支氣流低槽影響，南支氣流充沛的水汽和冷空氣配合，隨冷空氣沿西北山區攜帶大量水汽入境，在火焰山一帶造成一定范圍的暴雨，隨之形成洪水。

2.2 洪水特性

柯柯亞河和二塘溝河洪水成因多為暴雨所致，流域暴雨有以下特點：暴雨主要發生在夏季（6~8月），山區發生暴雨機率比平原區大得多，暴雨的時間和空間分布極不均勻；局地性暴雨歷時短（一般暴雨歷時不超過6小時），陣性強，籠罩面積小；流域暴雨中心位置在中、高山區。二塘溝專用站大降水尤以7月居多。

2.3 洪水調查

柯柯亞紅河僅有1946、1991、2005、2007年洪水調查資料及1980～1997年柯柯亞水文站實測18年完整的實測洪水資料。1946年調查值洪峰為318 m3/s，1991年為203 m3/s，2005年為 257 m3/s，2007 年 334 m3/s。

二塘溝河歷史上共組織3次洪水調查，第一次是針對年份其發生時間不清的大洪水、第二次是1939年洪峰為355 m3/s，第三次為1991年洪峰236 m3/s。其它洪水為1984年6月21日二塘溝干渠一閘處調查洪峰180 m3/s。

巴哥買里沖溝蘭新鐵路流經蘭新鐵路涵洞后形成了4條分流，本次對其中較大的3條溝進行了洪水調查，經計算，三條溝合成洪峰流量為62.5 m3/s，巴哥買里沖溝蘭新鐵路2016年發生的洪峰為72.0 m3/s，位于光伏產業園下游400 m蘭新第二雙線2016年7月24日調查洪峰為39.7 m3/s。

3 參證站洪水計算

柯柯亞紅山口光伏產業園防洪工程無專屬水文站和水文資料，本次以附近的煤窯溝、二塘溝和柯柯亞水文站作為參證站進行洪水分析計算。

3.1 煤窯溝水文站洪水

煤窯溝水文站設立于1955年11月，由于煤窯溝水文站1969年洪水過程峰高量不大，年最大1日洪量雖然排位第一，但接近2005年1日洪量；而3日洪量比2005年相應值小，41年洪水系列中，2005年年最大3日洪量排位第一。因此，煤窯溝站年最大洪峰按41年不連續系列公式計算，各時段洪量則按1976~2015年連續系列公式計算。計算成果見表1。

3.2 二塘溝專用站洪水

二塘溝專用站1991年11月建于吐魯番市勝金鄉恰勒坎托萬買里村，共有22年(1992年~2013年)連續實測資料。根據《鄯善縣二塘溝色爾克甫水庫工程水文分析計算》報告，采用頻率計算、洪峰模數、洪峰流量、時段洪量模比系數地區綜合法等方法對比后，推薦采用兩場調查洪水計算成果之平均數,作為二塘溝專用水文站設計洪水依據。計算成果見表1。

表1 參證站設計洪峰流量及各時段設計洪量成果表

3.3 柯柯亞水文站洪水

柯柯亞水文站有實測及調查洪水資料21年，選取躍進水庫站為參證站做插補展延，將確定柯柯亞水文站洪水分析計算成果。根據“鄯善縣城市防洪規劃水文分析計算”報告，采用實測系列洪峰、洪量頻率計算法計算結果，作為本次柯柯亞站設計洪水依據。計算成果見表1。

4 光伏產業園防洪工程洪水影響分析

從洪水調查和洪水影響分析，光伏產業園位于二塘溝河和柯柯亞河區間非控制區內巴格買里沖溝下游，當巴格買里沖溝發生強暴雨引發洪水時，洪水通過寬約17 km面積175 km2的大戈壁，隨著地勢的變化逐漸集中到蘭新鐵路，此處洪水影響范圍有3 km左右，后再經過13 km戈壁灘流進柯柯亞紅山口光伏產業園項目區、蘭新二雙線、國道和連木沁鎮，因此，需對蘭新鐵路斷面設計洪水進行計算，再計算柯柯亞紅山口光伏產業園防洪工程處設計的洪水。

4.1 蘭新鐵路斷面設計洪水計算

采用三種方法對蘭新鐵路斷面洪水進行計算。

4.1.1 洪峰、洪量模數法

以煤窯溝站、二塘溝站和柯柯亞站為參證站，由洪峰模數法計算公式計算設計洪水，由于項目區與參證站面積相差較顯著，因此用面積比指數進行修正，計算成果見表2。

4.1.2 推理公式法

根據吐魯番降水量等值線圖，光伏產業園項目區降水量在50 mm~150 mm之間，為了設計安全考慮，用二塘溝站作為參證站進行分析計算。用二塘溝站1992~2012年實測最大1日和24小時點降水量系列進行頻率計算，得出多年平均最大1日和最大24小時降雨量、Cv、Cs及各頻率設計值。從1∶50000地形圖上量算蘭新鐵路斷面以上匯水區幾何參數，其面積為175 km2，下墊面類型屬于3類，暴雨衰減指數選用0.64，土壤損失系數和土壤損失指數分別選用0.90和0.62。根據《水利水電工程設計洪水計算規范》及《水利水電設計洪水計算手冊》等參考技術數據，結合該流域的下墊面條件情況，分別選用不同參數，計算得出各頻率設計洪峰流量成果，再用二塘溝站洪峰與洪量關系估算蘭新鐵路斷面1、3日設計洪量，計算成果見表2。

4.1.3 洪峰、洪量模比系數綜合頻率線法

采用本氣候區內具有較長實測洪水系列的各水文站的歷史調查洪水和實測洪峰系列樣本；其中：阿拉溝站為1957~2014年連續系列，無特大值處理；煤窯溝站為1976~2014年、加1969年（做特大值處理）共39年洪水系列；二塘溝洪水系列有歷史洪水、1939年調查洪水1992~2012年，歷史洪水和1939年洪水做特大值歷史調查洪水647 m3/s；1939年洪水355 m3/s；白楊河（峽口）洪水系列為1979~2013年，1996年（638 m3/s）做特大值處理，重現期為63年；由此繪制洪峰及1、3日洪量模比系數綜合頻率曲線，其統計參數分別為Cv=1.25、1.2、1.1，Cs/Cv=3.0。同樣，用二塘溝站洪峰與1、3日洪量相關關系來估算2016年洪水調查值對應的1、3日洪量后，再用1、3日洪量模比系數地區綜合頻率曲線圖估算1、3日設計洪量成果，計算成果見表2。

4.1.4 設計成果分析論證

經以上幾種方法分析論證、相互對照分析認為：幾種方法都有理論或者經驗基礎，由于其他條件限制，其結果各不相同。從工程安全角度考慮，建議采用二塘溝專用作為參證站洪峰、洪量模數法計算成果作為蘭新鐵路斷面設計洪水成果，見表2。

表2 蘭新鐵路斷面設計洪水成果對比表

4.2 光伏產業園防洪工程斷面設計洪水計算

根據洪水調查資料，光伏產業園防洪工程設計洪水由蘭新鐵路斷面設計洪水衰減到項目區后，再加區間暴雨洪水而得。根據光伏產業園及臨近河流二塘溝、黑溝和喀爾于孜薩衣溝計算出每公里平均衰減率分別為0.91%、3.0%、2.8%和2.8%。二塘溝河是臨近河流集水面積相差較大，黑溝和喀爾于孜薩衣溝集水面積相差不大，其上下游河床組成和趨勢變化來分析與項目區上下游基本相似，從偏于安全考慮，因此，本次計算取用二塘溝、黑溝、喀爾于孜薩衣溝和項目區每公里平均衰減率均值為2.5%來計算光伏產業園防洪斷面設計洪水較為合理的。蘭新鐵路防洪工程設計洪水用平均衰減率2.5%衰減到項目區，后再加區間暴雨洪水成果作為光伏產業園防洪工程斷面設計洪水成果，見表3。

表3 光伏產業園防洪工程設計成果表

4.3 光伏產業園防洪工程設計洪水過程線計算

無資料區域洪水過程線根據周邊水文站作為參證站，選擇典型洪水過程線的原則，應選資料較為可靠、具有代表性、對防洪工程運行較不利的，峰高量大的洪水作為典型洪水過程。本次選擇參證站-二塘溝站1996年7月19日～7月21日一場3日實測洪水過程作為典型洪水過程。采用同頻率放大法推求兩套水庫壩址設計洪水過程線，其項目區設計洪水過程線計算成果見圖1。1996年最大洪峰流量為227 m3/s，一日洪量為8.899×106m3，三日洪量為 16.69×106m3。

圖1 光伏產業園防洪工程斷面設計洪水過程線圖

4.4 成果合理性分析

由于項目區無任何水文資料，用幾種方法分析論證了項目區設計成果，參證站選擇長系列基本站二塘溝、柯柯亞站，考慮設計安全最終推薦采用二塘溝作為參證站洪峰、洪量模數法計算設計成果后，減區間衰減和區間暴雨作為光伏產業園設計成果是合理的，其設計成果與調查斷面洪峰流量對比分析，該調查斷面8年一遇設計均大于調查洪峰流量，認為成果可靠切合實際，用二塘溝站典型洪水過程線以同頻率放大法計算項目區防洪工程斷面的設計洪水過程線是合理的。

5 結語

為確保光伏產業園安全，在野外勘測和洪水調查的基礎上，采用現場洪水調查、推理公式法、洪峰模數法、洪峰流量模比系數地區綜合法計算巴哥買里沖溝設計洪水，再用衰減和暴雨疊加的方法計算伏產業園防洪工程處設計的洪水，經確定，光伏產業園50年一遇防洪標準為301 m3/s，1日洪量為8.899×106m3，3 日洪量為 16.69×106m3。