吐魯番市塔爾朗河洪峰流量衰減分析

肖 雄

（新疆維吾爾自治區吐魯番水文勘測局，新疆 吐魯番 838000）

0 引言

雅爾乃孜水庫位于雅爾乃孜溝溝口上游0.8 km處。1977年11月興建，1983年11月完工開始蓄水，1984年2月14日在東壩肩處潰決。經專家評定，水庫大壩存在壩基滲漏與壩間滲漏問題。為了除險加固工程需要，需對水庫洪水及衰減情況進行分析。

1 流域概況

塔爾朗河位于吐魯番盆地北部山區，是雅爾乃孜水庫上游唯一水系，來水主要為冰川融水、融雪和降雨、地下水等。塔爾朗河與雅爾乃孜溝區間匯水面積為160 km2，區間不產流且無洪溝匯入。塔爾朗河出山口后通過山前沖擊、洪積扇區，穿越蘭新鐵路后形成漫灘在312國道下約2 km處水流集中沖刷成槽，進入雅爾乃孜溝。溝內交河古城周邊有兩條泉水溝，即馬哈溝和阿斯喀瓦克溝，其中馬哈溝泉水從交河古城城東流下，阿斯喀瓦克泉水從城西流下，兩股泉水在古城南端匯合，流向雅爾乃孜水庫，多年平均徑流量為0.7871×108m3。水庫工程區域地處吐魯番盆地西北端，盆地內降水少，蒸發量極大，夏季干燥酷熱，冬季嚴寒多風。塔爾朗河出山口距離吐魯番市約43 km（公路里程），下游為吐魯番工農業及居民相對較集中區域，人口為7.8萬人，河流水資源的利用程度較高。

2 參證站選定

塔爾朗專用水文站位于天山南坡塔爾朗河出山口的桃兒溝村，建于1998年，觀測項目為水位、流量，資料數據可靠，符合行業或國家頒布的技術標準（規范或手冊）。塔爾朗專用水文站只有1998年～2003年、2007年實測洪水系列和1987年、2005年、2017年、2018年洪水調查資料，資料系列較短，無法按實測資料來計算洪水，因此選取周邊長系列站作為參證站，做代表性分析，依據長系列站的資料對本站系列插補延長。經塔爾朗水文站和周邊站洪峰流量及各時段洪量相關分析，相關關系最好的長系列站為煤窯溝水文站，因此可選煤窯溝水文站作為參證站。

從塔爾朗河與煤窯溝河最大洪峰流量發生日期統計結果（見表1）可以看出:兩河年最大洪峰流量出現日期相同有7年；雖然其中有些年份最大洪峰流量出現時間不一致，經兩站實測資料分析，當塔爾朗河發生洪水時，相應煤窯溝河也同時發生洪水。據以上分析，可以充分說明塔爾朗和煤窯溝河洪水成因相似，洪水同步性較好，選擇煤窯溝站為參證站是合理的。

表1 塔爾朗河與煤窯溝河最大洪峰流量發生時間分析表

3 塔爾朗水文站設計洪峰流量計算

采用頻率計算法、洪峰模數法和洪峰流量模比系數綜合頻率曲線法三種方法分析計算，計算結果見表2。

表2 塔爾朗水文站設計洪峰流量成果對比表

經對比分析，洪峰模數法計算較方便，塔爾朗河與各參證站河地處于同一氣候分區的相似流域，其下墊面和洪水的形成具有相似性，洪水同步性較好，煤窯溝河發生洪水時塔爾朗河也發生洪水，與參證站流域面積只差3.0%，故直接移用參證站洪峰流量相同頻率的洪峰模數估算的設計洪水，其計算結果切合實際，故推薦洪峰模數法推算的設計洪峰流量計算成果作為本次塔爾朗出山口（水文站）設計依據。

4 塔爾朗河上下游河段洪水衰減率計算分析

在吐魯番水文勘測局2008年6月完成的《吐魯番市雅爾乃孜水庫除險加固工程水文計算》和吐魯番市水利水電勘測設計研究院2013年7月完成的《新疆維吾爾自治區吐魯番市吐魯番市塔爾朗河防洪應急工程初設（代可研）報告》報告中，雅爾乃孜水庫洪水為上游塔爾朗水文站洪水分別流經30.8 km長的戈壁衰減損失后剩余的洪水匯入雅爾乃孜水庫。

塔爾朗河流域缺乏洪水衰減試驗資料。經上下游洪水斷面洪峰流量調查:

1987年塔爾朗站調查洪峰為325 m3/s，在雅爾乃孜溝調查洪峰為211 m3/s；2000年塔爾朗站調查洪峰286 m3/s，雅爾乃孜水庫最大進庫流量為77.0 m3/s；2005年塔爾朗出山口為310 m3/s，蘭新鐵路調查洪峰流量235 m3/s，G30國道18個涵洞調查洪峰流量為160 m3/s，雅爾乃孜水庫當年最大進庫流量為140 m3/s；2017年6月27日塔爾朗站洪峰流量180 m3/s，入庫5.0 m3/s；2018年8月4日洪峰流量160 m3/s，入庫最大流量為5.58 m3/s。

根據上述幾次洪水過程可計算出每公里平均衰減率在1.0%～2.9%之間，每公里平均衰減率為2.0%，說明該河不同河段不同年份洪水演變過程有所差異，見表3。

表3 塔爾朗上下游河段洪水衰減率計算表

臨近河流對比:根據臨近河流場次洪水上下游6 km河道實測洪峰流量相對衰減率為11%，平均每公里衰減1.8%，與塔爾朗平均衰減率接近。

通過塔爾朗、煤窯溝洪水衰減計算分析，煤窯溝河平均每公里衰減1.8%，塔爾朗河幾次洪水調查值平均衰減率為1.0%～2.9%；塔爾朗、煤窯溝洪水衰減實驗結果綜合分析，從偏安全考慮，本次推薦采用兩條河中每公里衰減率最小值1.9%作為塔爾朗河下游各斷面洪水衰減率，結果見表4。

表4 塔爾朗及周邊河流洪水衰減計算分析成果

5 雅爾乃孜水庫入庫設計洪水計算

（1）雅爾乃孜水庫入庫設計洪峰計算

用兩種方法計算雅爾乃孜水庫入庫設計洪峰流量成果，一是根據塔爾朗河每公里1.1%的衰減率計算雅爾乃孜水庫入庫設計洪峰流量成果（遞減法）；二是根據水庫調查洪水用洪峰流量模比系數地區綜合頻率曲線法推算出水庫設計洪峰流量。

通過以上兩種方法計算分析，兩種結果相差不大，其中洪峰流量模比系數綜合頻率曲線法考慮了周邊河流水文資料、本河流和塔爾朗河段場次洪水調查資料，遞減法設計成果考慮了塔爾朗河段上下游洪水演變過程，因此，本次推薦采用模比系數地區綜合頻率曲線法成果作為雅爾乃孜水庫入庫設計洪峰流量成果，見表5。

表5 雅爾乃孜水庫衰減后設計洪峰流量成果

（2）雅爾乃孜水庫入庫設計洪水過程線計算

根據水管站和洪水調查資料分析，1987年、2000年、2005年、2018年三場大洪水上下游洪水傳播時間，見表6。

表6 塔爾朗站至雅爾乃孜水庫洪水傳播時間統計表

塔爾朗水管站距離雅爾乃孜水庫30.8 km，河道出山口至雅爾乃孜溝區間河道基本上為漫灘河床，河槽不明顯，洪水衰減嚴重。按上述四場（1987年、2000年、2005年、2018年）洪水傳播的時間分析，上下游洪水起漲和最高峰傳播時間分別為1987年12小時，2000年14小時，2005年12小時，2018年9小時，四場洪水起漲和最高峰平均傳播時間為12小時，區間洪水演進的平均速度為0.42 m/s，即上游塔爾朗站洪水經過12小時才能到達下游雅爾乃孜水庫。

（3）洪水過程線衰減分析

根據以上分析上游塔爾朗站洪水途經30.8 km，洪水衰減嚴重，經過12小時才能到達下游雅爾乃孜水庫。四次洪水過程平均每公里衰減率為1.9%，上下游區間30.8 km共衰減58.5%。

（4）雅爾乃孜水庫入庫設計洪水過程線

用上游塔爾朗水文站典型洪水過程，采用以峰、量控制同頻率放大的方法，即典型洪水的洪峰流量和各時段洪量的放大倍比法，以及上述洪水傳播的時間和平均衰減率確定雅爾乃孜水庫入庫設計洪水過程線（過程線計算5日（120小時后水量基本平穩）），見圖 1。

圖1 雅爾乃孜水庫入庫設計洪水過程線圖

6 結語

塔爾朗河屬天山南坡山溪性河流，洪水成因多為暴雨所致，且多以局地性暴雨引發洪水為主。洪水具有突發性，短歷時，陡漲陡落，破壞性極大的特點。洪水從河道出山口塔爾朗水文站至雅爾乃孜溝區間河道基本上為漫灘河床，河槽不明顯，坡降平緩，洪水需要流經12個小時，才能到達雅爾乃孜水庫，洪水洪峰流量衰減嚴重。本文通過參證站進行資料系列延長，求出塔爾朗河水文站的洪峰和雅爾乃孜水庫洪峰流量及各時段洪量，并計算出水庫設計洪水過程線，求得洪水每公里平均衰減比例為58.5%。結果可供水庫除險加固和洪水預報進行參考。