莫勒切河洪水分析

何 超

(巴音郭楞水文勘測(cè)局，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

0 前言

地處塔里木盆地南緣的莫勒切河，既具有北溫帶大陸性干旱氣候，又有垂直氣候分帶特征,上游由考克木然代牙、吉格代庫(kù)勒、色日克庫(kù)勒薩依、西日芒來(lái)代牙等十?dāng)?shù)條支流匯流而成。流域內(nèi)降水由西向東、由山區(qū)向平原區(qū)遞減。南部山區(qū)年降水量可達(dá)300 mm左右；河流出山口年降水量50 mm左右；平原區(qū)年降水量23.1 mm～35.8 mm。流域山體高大、陡峻。從河源至出山口河長(zhǎng)79 km，河流出山后向北流約20 km處分為東西兩支，西支流向民豐，東支流向硝爾堂。流域面積2422 km2，該河滲漏嚴(yán)重，除特大洪水外，一般無(wú)水下泄。莫勒切河流域?yàn)槲撮_(kāi)發(fā)流域，現(xiàn)狀無(wú)水利工程。根據(jù)莫勒切河流域規(guī)劃，需對(duì)設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行分析。

1 洪水成因及特性

1.1 洪水成因

莫勒切河流域地處塔里木盆地南緣，氣候干旱，但夏季受中亞低渦及低槽活動(dòng)的影響，結(jié)合充分水汽條件，能出現(xiàn)大降水，從而發(fā)生暴雨洪水或雨雪混合洪水；同時(shí)流域南部山區(qū)海拔4000 m以上有永久積雪，5500 m以上分布有現(xiàn)代冰川，高溫季節(jié)山區(qū)大量冰雪融化，亦能形成洪水。影響洪水主要因素有：冰川分布及儲(chǔ)量大小；積雪狀況，包括積雪厚度、密度及分布；流域特性，包括流域面積、形狀、坡度、植被、土壤及河槽特性等；雪線以上的溫度狀況。

1.2 洪水類(lèi)型及特性

莫勒切河流域洪水全部形成于山區(qū)，研究昆侖山北坡河流洪水成因及特性，其成因可分為融冰雪型、暴雨型、冰雪融水降雨混合型。

（1）冰雪融水型。本流域河流源頭均有冰川發(fā)育，在雪線以上常年有積雪覆蓋，夏季高山區(qū)氣溫持續(xù)回升，冰雪消融補(bǔ)給河流，每次大的升溫過(guò)程，必伴隨消融洪水發(fā)生。此類(lèi)洪水與升溫過(guò)程關(guān)系密切，洪水的過(guò)程具有明顯的日變化；洪水起漲較慢。

（2）暴雨型。區(qū)域持續(xù)性降雨和局地暴雨雨強(qiáng)較大時(shí)，流域超滲產(chǎn)流會(huì)形成暴雨洪水。暴雨洪水主要由本流域中、低山區(qū)降雨形成，雨區(qū)面積有限，不易形成較大的洪水。由于降水量不同形成的洪水規(guī)模不同。此類(lèi)洪水起漲很快，但歷時(shí)短，峰值與降水關(guān)系密切，洪水挾沙量大。

（3）融水暴雨混合型。高溫季節(jié)山區(qū)大量融冰化雪，中低山帶發(fā)生降雨，融雪洪水與降雨洪水疊加形成大洪峰。此類(lèi)洪水，起漲較快，漲率大，洪水日變化不大。

2 參證站確定及洪水分析

2.1 參證站確定

莫勒切河流域無(wú)國(guó)家水文站點(diǎn)，屬無(wú)資料地區(qū)，為此，巴州水文局于2004年4月在莫勒切河出山口以下10 km處建立了莫勒切河專(zhuān)用水文站，截止2008年6月已經(jīng)有4年觀測(cè)資料。本次收集了莫勒切河及參證站水文資料，根據(jù)各河流洪水組成、成因分析及對(duì)河道特征值、洪水設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)參數(shù)的對(duì)比分析，選擇流域東鄰的車(chē)爾臣河且末水文站、西鄰的尼雅河尼雅水文站及克里雅河努努買(mǎi)買(mǎi)提蘭桿水文站為本流域洪水設(shè)計(jì)的主要參證站。莫勒切河分布在三河之間，橫穿基本相似的地質(zhì)、地貌、氣候、水文帶，洪水成因類(lèi)似，有一定的相關(guān)規(guī)律可循。參證站水文資料測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目及資料年限見(jiàn)表1。

表1 昆侖山北坡主要河流特征值表

2.2 參證站設(shè)計(jì)洪水分析

且末水文站、尼雅水文站及努努買(mǎi)買(mǎi)提蘭桿水文站實(shí)測(cè)洪水系列,以算數(shù)平均法計(jì)算多年平均洪峰流量，以P-Ⅲ型曲線采用適線法擬合，其中尼雅河兩斷面設(shè)計(jì)洪水按不連續(xù)系列計(jì)算（1999年實(shí)測(cè)洪峰流量按重現(xiàn)期80年計(jì)算），各統(tǒng)計(jì)參數(shù)的計(jì)算值與選用值及設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果見(jiàn)表2。

表2 參證站洪水計(jì)算成果表 單位：m3/s

3 設(shè)計(jì)洪水分析

由于本流域無(wú)實(shí)測(cè)長(zhǎng)系列洪水資料，只有通過(guò)分析鄰近流域測(cè)站的洪水統(tǒng)計(jì)參數(shù)規(guī)律，采用統(tǒng)計(jì)參數(shù)地區(qū)綜合分析法、地區(qū)綜合經(jīng)驗(yàn)公式法初步分析計(jì)算本流域的設(shè)計(jì)洪水。

3.1 統(tǒng)計(jì)參數(shù)地區(qū)綜合分析法

3.1.1 年最大洪峰流量均值

采用相關(guān)公式法、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法、流量修正法確定。

（1）相關(guān)公式法

根據(jù)最大洪峰流量均值與集水面積關(guān)系推求莫勒切河最大洪峰流量均值，相關(guān)關(guān)系見(jiàn)圖1，洪峰流量均值Q設(shè)=0.0384F集+101.21，相關(guān)系數(shù)為0.928。計(jì)算莫勒切河洪峰流量均值為194 m3/s，其誤差為3%。

圖1 昆侖山北坡主要河流集水面積與洪峰流量均值關(guān)系圖

（2）采用新疆中小流域設(shè)計(jì)洪水地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式Q=CFn。C值與n值由昆侖山北坡中小流域河流實(shí)測(cè)洪峰流量均值推求，C=3.527、n=0.52。莫勒切河洪峰流量均值為203 m3/s，其誤差為1.5%。

（3）流量修正法：莫勒切站與參證站都有2004年～2006年的實(shí)測(cè)流量資料，通過(guò)參證站2004年～2006實(shí)測(cè)洪峰流量與該站洪峰流量均值修整系數(shù)推求莫勒切站洪峰流量均值，其誤差為1%。

由于參證站中尼雅站僅有1978年～2006年資料，將尼雅站洪峰流量系列通過(guò)長(zhǎng)短系列均值訂正法延長(zhǎng)其系列長(zhǎng)度與克里雅河努努買(mǎi)買(mǎi)提蘭桿洪峰流量長(zhǎng)度等長(zhǎng)，均為1957年～2006年的系列，通過(guò)兩站確定流量修整系數(shù)為1.06，而莫勒切站2004年～2006年洪峰流量均值為214 m3/s，由此推算莫勒切站洪峰流量均值為214/1.06=201.9 m3/s。

從以上三種方法分析結(jié)果看，洪峰流量計(jì)算成果相差均在5%以?xún)?nèi)。由于莫勒切河流域水文資料缺乏，無(wú)論采取何種計(jì)算方法分析，其成果與實(shí)際都存在誤差，因此從工程安全考慮，采用地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算成果，年最大洪峰流量均值為203 m3/s。

3.1.2 Cv及Cs值選取

由于本流域缺少實(shí)測(cè)資料，無(wú)法由實(shí)測(cè)洪水系列率定設(shè)計(jì)河流洪峰流量統(tǒng)計(jì)參數(shù)，洪水設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)參數(shù)從區(qū)域有站河流統(tǒng)計(jì)參數(shù)間的關(guān)系、規(guī)律中確定。昆侖山北坡河流洪水統(tǒng)計(jì)參數(shù)，其Cv、Cs值自西向東大致呈增大趨勢(shì)。綜合分析區(qū)域各河流洪水設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)參數(shù)的變化規(guī)律，確定莫勒切河洪水設(shè)計(jì)采用統(tǒng)計(jì)參數(shù)，洪峰流量 Cv=0.65，Cs=5Cv。

根據(jù)以上分析確定莫勒切站洪峰流量設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)參數(shù)，Q均值=203 m3/s，Cv=0.65，R=5，其設(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)表 3。

3.2 地區(qū)綜合經(jīng)驗(yàn)公式法

采用新疆中小流域設(shè)計(jì)洪水地區(qū)綜合經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：Q設(shè)p為設(shè)計(jì)站的設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；F設(shè)為設(shè)計(jì)站的集水面積，km2；F參為參證站的集水面積，km2；np為某種設(shè)計(jì)頻率下的修正系數(shù)；Q參p為參證站的設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s。

公式中的np值通過(guò)參證站洪峰流量設(shè)計(jì)值率定，成果見(jiàn)表3。根據(jù)率定的修正系數(shù)值及地區(qū)綜合經(jīng)驗(yàn)公式推求莫勒切河洪峰流量，成果見(jiàn)表3。

由于通過(guò)尼雅站1999年洪水是由山口處調(diào)查得到的，考慮山口至水文站洪水坦化，未經(jīng)處理的成果可能偏大，因此地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式法中由參證站率定的設(shè)計(jì)成果值偏大，而由“尼雅出山口與車(chē)爾臣山口”與“尼雅出山口與努努買(mǎi)買(mǎi)提蘭桿站”率定np值推求成果相差不大，因此選用“尼雅出山口與努努買(mǎi)買(mǎi)提蘭桿站”率定np值推求的設(shè)計(jì)洪水成果，相對(duì)工程而言是安全的。

分析比較統(tǒng)計(jì)參數(shù)地區(qū)綜合分析法、地區(qū)綜合經(jīng)驗(yàn)公式法成果（見(jiàn)表3），除50%保證率誤差大于5%，其余誤差均在5%以?xún)?nèi)，但是由于統(tǒng)計(jì)參數(shù)地區(qū)綜合分析法中洪水系列長(zhǎng)短不一，無(wú)法將參證站系列延長(zhǎng)至同一長(zhǎng)度系列，由此將產(chǎn)生洪水系列均值計(jì)算誤差；統(tǒng)計(jì)參數(shù)法Cv值選取時(shí)，由于受尼雅站1999年特大洪水影響，尼雅站1999年洪水測(cè)驗(yàn)精度較差，使選用的莫勒切河洪水設(shè)計(jì)Cv存在有可能偏大。因此本次洪水計(jì)算選取地區(qū)綜合經(jīng)驗(yàn)公式法中“尼雅出山口—努努買(mǎi)買(mǎi)提蘭桿站率定值”洪水計(jì)算成果。

表3 莫勒切河設(shè)計(jì)洪峰流量成果比較表

綜上所述，本次洪水計(jì)算在平衡昆侖山北坡各河流洪水設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)的同時(shí)，充分考慮了尼雅站1999年特大洪水對(duì)洪水設(shè)計(jì)的影響，提出較為可靠的洪水設(shè)計(jì)成果。從安全角度考慮，最終選用地區(qū)綜合經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算成果，即莫勒切河10年一遇洪水為375 m3/s、20年一遇洪水為477 m3/s、50年一遇洪水為616 m3/s。

4 結(jié)論

莫勒切河有4年實(shí)測(cè)資料，尼雅河尼雅水文站有28年實(shí)測(cè)資料，克雅河努努買(mǎi)買(mǎi)提水文站有28年實(shí)測(cè)資料。本次洪水分析計(jì)算在充分應(yīng)用參證站水文資料的前提下，選用了多種方法進(jìn)行設(shè)計(jì)河流洪水計(jì)算，并對(duì)計(jì)算成果進(jìn)行合理性分析，成果符合該地區(qū)區(qū)域性規(guī)律，計(jì)算方法和成果符合規(guī)范要求，因此本次計(jì)算設(shè)計(jì)成果可作為莫勒切河開(kāi)發(fā)建設(shè)的依據(jù)，可供無(wú)資料區(qū)水文分析計(jì)算進(jìn)行借鑒。