木壘地區(qū)洪水分析與計算

王 偉

(五家渠農(nóng)六師勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，新疆 五家渠 831300）

0 引言

木壘縣灌區(qū)輸水渠道工程數(shù)量多、分布廣，且大部分渠道建設(shè)運行時間長，渠道破損、滲漏嚴(yán)重，過水能力不足，導(dǎo)致水資源嚴(yán)重浪費，灌區(qū)用水需求無法得到保障。為徹底解決木壘縣灌區(qū)輸水渠道工程存在的問題，滿足灌區(qū)正常需水要求，需要對全縣輸水渠道工程進(jìn)行更新改造，以提高水資源利用率、提高灌區(qū)灌溉保證率。為確保工程的順利實施，在此基礎(chǔ)上，需要對木壘地區(qū)洪水進(jìn)行計算及分析。

1 工程概況

木壘哈薩克自治縣位于新疆維吾爾自治區(qū)天山東段北麓，與蒙古國接壤，總面積2.21萬km2。該縣下轄11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)和2個牧場。擬實施的木壘縣灌區(qū)渠道更新改造工程位于木壘縣8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

項目區(qū)屬大陸性干旱荒漠氣候，氣候四季分明，冬季寒冷，夏季酷熱，春秋季氣候變化劇烈，降水稀少，蒸發(fā)量大，光照充足，熱量豐富，晝夜溫差大，降水量分布不均勻。境內(nèi)有木壘縣氣象站。木壘地區(qū)平原區(qū)多年平均氣溫為6.3℃，屬多風(fēng)地區(qū)，光能潛力很大，多年平均最大凍土深度為1.5 m。

2 水文

2.1 降水

根據(jù)木壘縣氣象站資料，平原區(qū)年降水量334.0 mm。多年平均降水量成果見表1。

表1 木壘縣平原區(qū)多年平均降水量成果表 單位：mm

2.2 蒸發(fā)

以木壘縣氣象站1996年～2015年20 cm月蒸發(fā)系列折算為E601蒸發(fā)量（用開墾河站E601型蒸發(fā)器與20 cm型蒸發(fā)皿的月蒸發(fā)折算系數(shù)進(jìn)行折算）代表木壘縣平原區(qū)水面蒸發(fā)量，木壘縣平原區(qū)多年平均水面蒸發(fā)量為1195.2 mm，平原區(qū)多年平均水面蒸發(fā)量成果見表2。

表2 木壘縣平原區(qū)多年平均水面蒸發(fā)量成果表 單位：mm

2.3 水文站網(wǎng)及資料情況

木壘地區(qū)水文資料來源于木壘河水文站。木壘河于1956年10月設(shè)立木壘河水文站，于1958年2月撤銷，1963年5月設(shè)立龍王廟水庫進(jìn)庫站，屬國家基本水文站，雖幾經(jīng)遷站，但遷移距離不遠(yuǎn)，資料可合并處理。因此，水庫站有35年的實測資料，資料精度較高，可按照連續(xù)資料處理，能滿足工程設(shè)計的要求。

2.4 徑流

木壘縣境內(nèi)主要河流自東向西有大石頭河、七城子溝、博斯坦河、白楊河、木壘河、東城河、水磨河、英格堡河8條河系，菜籽溝、廟兒溝、平頂山3條泉水溝。其中，流域面積最大、流量最大的河流為木壘河，木壘河50%保證率、75%保證率來水量見表 3、表 4。

表3 木壘河來水量(50%保證率) 單位：萬m3

表4 木壘河來水量(75%保證率) 單位：萬m3

3 洪水

3.1 有實測洪水系列資料斷面的設(shè)計洪峰流量計算

木壘河水庫站1946年的歷史調(diào)查洪水為424 m3/s，重現(xiàn)期定為70年，做為不連續(xù)系列的特大值處理，加之有35年的洪水實測系列資料。采取《水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范》中的經(jīng)驗頻率計算公式，采用P—Ⅲ型曲線適線，采用適線法的最小二乘法準(zhǔn)則求得均值和CV值，然后用經(jīng)驗適線法調(diào)整參數(shù)，以求得最佳擬合。木壘河設(shè)計洪峰流量頻率計算結(jié)果見表5。

表5 木壘河設(shè)計洪峰流量頻率計算成果表

3.2 無資料斷面設(shè)計洪峰流量的估算

自木壘河水文站以下40余公里河段，除木壘河水文站有實測資料外，以下計算節(jié)點斷面均無水文資料。以各設(shè)計斷面洪水調(diào)查結(jié)果為依據(jù)，推算無資料節(jié)點斷面的洪峰流量損失率，再以木壘河水文站設(shè)計洪峰流量成果，按該損失率推算各計算節(jié)點斷面的設(shè)計值[1]。

根據(jù)上述分析，木壘河各河段衰減損失率不同的特點，以木壘河水文站作為起算斷面，先計算出各計算斷面間區(qū)間衰減損失率，然后算出各計算斷面累計損失率，再以木壘河水文站不同頻率設(shè)計頻率洪峰流量減去木壘河水文站分別至各計算斷面的損失量，從而得到各個計算斷面的設(shè)計值。計算成果見表6。

表6 各計算斷面設(shè)計洪峰流量成果表（加特大值）

3.3 洪水特征

木壘地區(qū)洪水按時空分布可分為春季洪水和夏季洪水，按不同洪水成因又可分為：暴雨洪水、季節(jié)性雪融洪水、季節(jié)積雪融水與暴雨混合型洪水三種類型。木壘河的洪水一般發(fā)生在春季和夏季，春季洪水一般以積雪消融洪水或積雪消融水與降水混合后形成的混合型洪水為主；夏季洪水主要由暴雨或暴雨與高山冰雪融水疊加后形成的洪水。

3.3.1 暴雨洪水

當(dāng)發(fā)生大范圍區(qū)域持續(xù)性暴雨或局部暴雨時，下墊面因前期降水土壤已達(dá)到飽和，或當(dāng)雨強大到一定程度形成超滲產(chǎn)流時，都會形成暴雨洪水。木壘河流域恰好處在天山東段北坡的一個迎風(fēng)拗盆地形中，對攔截和抬升西方及西北方向水汽并形成降水極為有利，常常形成較大的暴雨洪水。因此，木壘河成為天山北坡易發(fā)暴雨、洪水的河流之一。木壘地區(qū)暴雨洪水過程有以下特征：

a.雨洪水大多由局地暴雨形成。

b.暴雨洪水大多出現(xiàn)在汛期5月～7月。

c.突發(fā)性強，陡漲陡落，來勢兇猛。

d.洪峰流量量級及持續(xù)時間由暴雨強度和持續(xù)時間決定。

e.由于暴雨對坡地的侵蝕作用，一般暴雨洪水都具有挾沙量大、礦化度高的特點。

3.3.2 季節(jié)性冰雪融水洪水

按時間分，一年當(dāng)中季節(jié)性冰雪融水洪水發(fā)生在春夏兩季。春季一般在四五月份，由中、低山帶的積雪隨著春季氣溫的迅速上升積雪大量融化而形成的洪水。其洪水出現(xiàn)時間、量、持續(xù)時間均取決于積雪厚度、熱量條件、面積、氣象等綜合因素。夏季冰雪融水洪水與春節(jié)類似，只是發(fā)生時間是在六、七月份。木壘河源頭的數(shù)條冰川及永久積雪帶，成為木壘河源頭的固體水庫，由于它循環(huán)不斷的發(fā)育消融，冰雪消融水為木壘河的基本徑流提供了物質(zhì)條件。夏季高山區(qū)氣溫持續(xù)回升，冰雪消融補給河流，每次大的升溫過程，必伴隨著消融洪水的發(fā)生，形成冰雪融水洪水。木壘地區(qū)冰雪融水洪水過程有以下特征：

a.水大小與前期積雪覆蓋面積及冰川儲量有很密切的關(guān)系；b.洪水與升溫過程關(guān)系密切，隨氣溫具有明顯的日變化過程；c.洪水漲落變化緩慢歷時長，洪峰小洪量不小；d.峰頂平緩，洪水過程形態(tài)肥胖。

e.春季隨著雪線的上升，當(dāng)中、低山帶積雪待盡，雪線上升至相對穩(wěn)定雪線后，改為夏季高山區(qū)冰雪融水洪水，每日到達(dá)峰頂?shù)臅r間逐漸推后。3.3.3 混合型洪水

混合型洪水是季節(jié)積雪融水與暴雨洪水疊加或高山冰雪融水與暴雨洪水疊加而形成的洪水。混合型洪水因其組合不同而兼有前兩種洪水的特征。

4 水質(zhì)與泥沙

4.1 水質(zhì)

木壘縣各中小河流的上游都沒有工礦企業(yè)，因此河流水質(zhì)不存在工業(yè)污染，木壘縣的水資源動態(tài)監(jiān)測資料反映，各河流水質(zhì)無超標(biāo)項目，均符合國家灌溉水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。按照國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》對全縣3個典型河流的水質(zhì)分析，木壘河水質(zhì)為2類水。另外水質(zhì)分析結(jié)果表明水體中有機(jī)成分含量較低，有毒、有害物質(zhì)含量甚微，評價項目均沒有超標(biāo)，水體中全鹽量和礦化度較低，天然水質(zhì)優(yōu)良，適于生活飲用和農(nóng)業(yè)灌溉用水等。

4.2 泥沙

木壘河水庫站多年平均含沙量為2.02 kg/m3，含沙量較大。最大年平均含沙量為7.91 kg/m3，出現(xiàn)在1996年，最小年平均含沙量為0.25 kg/m3，出現(xiàn)在1997年。多年平均懸移質(zhì)輸沙量為9.25萬t，最大為1984年53.5萬t，最小為1997年0.68萬t，最大與最小的比值近80倍，說明年際變化較大。除破城子噴灌引水渠外其他各級引水渠道位于水庫下游，水庫沉淀了部分泥沙，連接木壘河總干渠，因此，泥沙對水庫下游各級渠道淤積和磨損危害不大。

5 結(jié)語

本文以木壘縣氣象站和木壘河水文站實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，定性地分析了木壘地區(qū)洪水特征，對木壘縣用水現(xiàn)狀和規(guī)劃進(jìn)行了分析，并通過計算木壘河設(shè)計洪峰流量，得到合理的洪水成果。通過工程的實施，證實了上述分析的結(jié)果是合理的。對木壘地區(qū)洪水進(jìn)行研究，為輸水渠道改造工程提供了設(shè)計依據(jù)的同時，也有利于該地區(qū)農(nóng)田水利設(shè)施安全管理運行。