庫爾楚水庫建設洪水分析與計算

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，使得洪水災害頻繁發(fā)生，特別是夏季形成的較大洪水（融雪加降雨），災害嚴重。因此，庫爾勒市水務局擬建設庫爾楚水庫，以減輕下游灌區(qū)洪水災害和解決灌區(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，計算設計洪峰流量需選取參證站，本次設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、設計暴雨推理公式法三種方法對麻扎溝出山口設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，左岸導流兼沖砂放水洞泄流的導流方式。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月設計洪峰流量采用設計年最大洪峰流量。

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，計算出時段設計洪水。設計成果見表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月的分期設計洪水。設計成果見表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計洪水成果值。

表2 克爾古提水文站3～5月和9～10月設計洪峰流量成果表 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建設，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，可供水庫建設和防洪建設進行參考。