奎屯市城市防洪規劃洪水計算分析

尹偉葉

（新疆維吾爾自治區塔城水文勘測局，新疆 塔城 834700）

1 工程概況

奎屯市位于天山北麓準噶爾盆地西南緣，總面積1109 km2，屬奎屯河水系，有4條河流。奎屯河發源于天山支脈依連哈比爾尕山，流經獨山子、烏蘇、奎屯、精河入艾比湖，全長220 km。上游主要有18條支流匯合而成，年均流量為6.4億m3，歷年平均流量20.1 m3/s。每年6月初至9月底為洪水期，10月至次年3月為枯水期，冬夏河水流量懸殊較大。

防洪重點區域為城區南部發源于獨山子丘陵區的洪溝，獨山子區的暴雨形成的洪水，沿著洪溝順流而下，沖壞下游的公路、鐵路、民房及農田，洪水災害非常突出。加之由于奎屯市現有的防洪工程體系不完善、不配套，一旦發生大洪水就對城市構成威脅，后果不堪設想，因此為防治洪水災害，保證城市安全，必須建立一個適應現代化經濟建設的城市防洪體系。

為此新疆奎屯市開始統一規劃城市防洪體系，防洪工程規劃防洪溝從西往東排序主要有黑油溝、東城溝、東郊溝、開干旗溝、開發區溝。

2 防洪工程現狀

奎屯市現有的防洪工程包括兩座渡槽新老南干渠；鐵路部門修建的數十個過水涵洞；獨山子區修建的導流防洪堤，這些工程的集中導流，一定程度上削減了洪水對奎屯市的威脅，但是由于城市防洪缺乏統一規劃和養護，產生了一系列洪水隱患[1]。

（1）新南干渠修建于1947年，全長23.5 km，橫穿奎屯市區南部山前沖積扇，根據防洪的需要，水利部門在該渠上修有防洪渡槽，導流堤500 m，過水涵洞28處，土堤長700 m，由于防洪標準低，抗洪能力有限。老南干渠位于新南干渠以北，現已停止輸水。

（2）鐵路部門1987年在鐵路沿線修建了大量的過水涵洞，由于其防洪工程是分散的，雖然能有效地保護鐵路，但無法保護市區的安全，并且有匯流的作用，集中下瀉的洪水對市區威脅很大。

（3）獨山子及南面山區是奎屯市暴雨洪水形成區，1982年獨山子投資數百萬元修建了總長3 km～4 km標準較高的漿砌石導流防洪堤，保護了獨山子廠區安全，但把原來從黑油溝排走的洪水一并集中到東郊溝，使本市東部受洪水危害次數和程度大大增強。

3 歷史洪水調查分析

本次洪水調查，對各個防洪工程節點斷面進行了重點洪水調查測量，并沿烏伊公路由西到東逐條溝都進行了實地踏勘。各調查河段高程均采用統一高程，大斷面及洪痕采用四等水準測量。調查河段洪峰流量計算采用比降—面積法，基本公式如下：

式中：S為河段平均水面比降；A為過水斷面面積，m2；R為過水斷面水力半徑，m；K為過水斷面輸水率，m3/s；n為過水斷面河床糙率。

上述公式中水力要素由實地勘測成果確定，糙率的選用主要靠經驗、工具書中糙率系數表和實際勘察確定，調查河段歷史洪水洪峰流量見表1。

表1 奎屯市防洪工程斷面洪水調查計算成果表

3.1 設計洪水

根據奎屯市防洪工程設計的要求，設計洪水采用兩種方法計算，即洪峰流量模比系數綜合頻率曲線法和經驗公式法。

（1）地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線法（地區綜合法）

根據《水利水電工程設計洪水計算規范》（SL 44-2006）之規定，即“當設計流域的洪水和暴雨資料短缺時，可利用鄰近地區分析計算的洪峰統計參數，或相同頻率的洪峰模數等進行地區綜合，用于設計流域。”

本次采用參證站實測和調查資料樣本，編制地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線。均值變差系數與偏差系數，采用矩法估算，PIII型曲線適線。適線完全采用計算機進行優選，繪制綜合頻率曲線，見圖1，利用此圖可求得不同頻率的Kp值，從而推求設計斷面所需的洪峰流量值，其計算公式如下：

式中：QP為設計頻率洪峰流量，m3/s；KP為設計洪峰流量模比系數；Kd為調查歷史洪水模比系數；Qd為調查歷史洪水洪峰流量值，m3/s。

圖1 天山北坡河流洪峰流量模比系數綜合頻率曲線圖

綜合頻率曲線參數的確定采用曲線外包線的上限值，依據前述歷史洪水調查結果，本次計算中歷史洪水重現期定50年，洪峰流量模比系數KP值見表2，設計洪水成果見表3。

表2 設計洪峰流量計算參數及KP-P表

表3 奎屯市防洪工程斷面設計洪峰流量成果表

（2）經驗公式法

采用由希堯等推薦的經驗公式[2]，對新疆天山南北坡、帕米爾高原、昆侖山北坡諸小河流域計算經驗式（選用其指數方程）：

式中：為多年平均年最大洪峰流量，m3/s；F為控制斷面以上集水面積，km2；C為河流參數；L為河長，km；J為河道縱坡，‰；f為流域形狀系數，f=F/L2；Pm1為流域多年平均最大一日降水量，mm。

在1∶5萬地形圖上進行山洪溝的特征值量算，確定主要參數，成果見表4。

表4 奎屯市防洪斷面位置及主要參數一覽表

由上式及表4中參數計算出各設計斷面洪峰流量均值，再應用綜合頻率曲線洪峰流量模比系數KP值，Pm1采用獨山子區氣象站多年平均最大一日降水量值，計算得到各計算斷面的設計洪峰流量，其成果見表5。

表5 奎屯市防洪工程斷面設計洪峰流量成果表

3.2 洪水成果的合理性分析

奎屯市設計洪水的分析計算采用兩種方法，進行設計洪水的分析計算。通過實地洪水調查、測量，確定了各個防洪工程節點斷面的最大過水能力，并由附近居民對各個洪溝的洪水痕跡進行指認，以實際發生的洪水為基礎，再結合洪峰流量模比系數綜合頻率曲線法、天山北坡經驗公式法，計算得到各個防洪工程節點斷面的設計洪水。但經驗公式法中參數的選用任意性較大，最終成果經對比分析，偏于安全推薦采用了第一種方法，即洪峰流量模比系數綜合頻率曲線法計算成果。

4 結語

奎屯市防洪規劃洪水水文分析計算，受資料條件限制，特別是暴雨洪水，無規律可循，隨機性很強，預測難度大，計算結果誤差較大，給設計洪水的分析計算帶來了一定的難度。使洪水傳播、市郊山洪溝洪水以及城區內雨洪的研究成果的精度受到一定的影響，而這些問題又是城市防洪中無法回避的。因此，在城市防洪規劃實施中，應加強非工程措施，如加強城市雨洪資料的收集、監測，提高城市防洪預警能力，保證城市經濟的健康發展。