烏拉斯臺河協比乃爾布呼渠首洪水分析

丁強強

（新疆巴音郭楞水文勘測局，新疆 巴州 841000）

新疆和靜縣烏拉斯臺河協比乃爾布呼渠是黃水溝上的一處引水工程，病險問題嚴重，除險加固需對工程進行處的洪水進行設計分析，以便確定防洪標準。

1 概況

黃水溝流域面上的降水，經過10 余條一級支流，10 余條二級支流及若干條三級支流的匯集調蓄，自北向南匯集于山口黃水溝水文站，集水面積4311 km2。水文站下游1.22 km 處左岸為黃水溝毛拉提干渠引水閘、右岸為團結渠引水閘；此處再往下10.6 km 是黃水溝防洪閘，將黃水溝河道分為東、西兩條支流。東支最后注入博斯騰湖大湖；西支在黃水溝防洪閘下游0.6 km 處分為兩支，西支的兩條支流流經7.18 km 到達和靜縣至先行鄉的公路，穿過公路后流經2.75 km 又匯合為一支，匯合后的水流再流經2.05 km 后，匯入烏拉斯臺河老河道（受工程控制的灌溉和輸水河道），在烏拉斯臺河老河道和黃水溝西支匯合口下游0.38 km 處為烏拉斯臺河協比乃爾布呼渠進水閘，水流被引入灌區[1]，最后流入開都河，是開都河下游最大的一條支流。河道水系及工程分布情況見圖1。

2 歷史洪水及洪水特性

根據河道水流匯合和引調情況，協比乃爾布呼渠進水閘洪水分析主要是進行黃水溝防洪閘下游西至河道上的洪水分析。

圖1 河道水系及工程分布情況示意圖

2.1 歷史洪水

黃水溝水文站1956 年～2011 年超過防洪警戒流量120 m3/s以上的年最大洪峰流量發生過31 次，多年平均年最大洪峰流量為167 m3/s。1996 年7 月19 日發生的602 m3/s 的洪峰為有實測資料的最大值，2000 年 7 月 18 日和 1994 年 7 月 15 日發生的517 m3/s 和437 m3/s 的洪峰流量分別排在歷史洪水的第二和第三位。年最大洪峰多出現6 月～8 月，7 月、8 月最多，從歷年月徑流資料來看，水量主要集中于汛期，占全年的57.6%。影響年最大洪峰主要氣象因素是降水和溫度。由于1953 年發生的調查洪水值沒有排在前三位之中，期間1954 年、1955 年沒有洪水資料，為工程安全考慮和資料的連續性，沒有將此次洪水納入到洪水系列中。

2.2 洪水特性

黃水溝洪水大致可分為三種基本類型：

（1）融雪型洪水：受單一氣溫因素的影響，有明顯的變化，一日一峰，洪峰不高，量不大。如1980 年5 月9 日～15 日就是典型的融雪型洪水，持續時間6 天，最大洪峰流量79.9 m3/s，見圖2。

圖2 黃水溝站洪水1980 年融雪型洪水過程線

（2）暴雨型洪水：此類洪水多出現在7 月～8 月，受地方性局部天氣和地形條件的影響形成，其籠罩面積內降雨強度大，集流時間短，局部流域形成超滲產流，這類洪水水勢洶猛，突漲突落，洪峰高但洪量不大。如1976 年8 月6 日，最大洪峰流量109 m3/s，持續時間僅3 h，這類洪水對引水樞紐工程的威脅和破壞性最強，見圖3。

圖3 黃水溝站洪水1976 年暴雨型洪水過程線

（3）暴雨融雪混合型洪水：如1996 年7 月19 日發生的602 m3/s 的洪峰，此次洪峰持續時間為5 天，此類洪水對引水樞紐和水庫威脅最大，見圖4。

圖4 黃水溝站洪水1996 年暴雨融雪混合型洪水過程線

3 設計洪水分析

3.1 設計洪峰流量計算

因烏拉斯臺河老河道的來水量是由協米爾渠龍口引水閘控制的，同時在發生洪水時協米爾渠龍口引水閘不引水。因此，協比乃爾布呼渠進水閘處的洪水僅是黃水溝西支河道下泄的洪水水量，協比乃爾布呼渠進水閘處設計洪峰流量計算，是將黃水溝防洪閘樞紐處西支河道天然和工況下的設計洪峰流量推演至協比乃爾布呼渠進水閘處，最后求得協比乃爾布呼渠進水閘處設計洪峰流量。洪水期，西支河道天然洪峰和工況下的洪峰是一致的。

結合黃水溝西支下游河道最大洪峰流量和衰減結果，采用《新疆山前區公路橋涵與路基設計流量分析計算研究》項目中2007 年～2010 年4 年洪水試驗資料分析計算成果，即黃水溝防洪閘樞紐處西支河道斷面至黃水溝西支在先行公路橋斷面之間河段的平均每公里最大洪峰流量衰減率（P）5.28%，作為黃水溝西支下游河道的最大洪峰流量衰減率，相關數值見表1。

根據實地踏勘，黃水溝西支的兩條支溝在防洪閘下游0.6 km 處，河道急劇增寬，在扇形河床中沖刷出大大小小的水流沖溝，在和靜縣至先行鄉公路處的河道上游人工修建了導洪堤，將大大小小的水流沖溝收縮到兩處公路橋處，就是由于在7.18 km 的河床中水流分散，造成黃水溝西支下游河道的最大洪峰流量衰減率較大。西支的兩條支溝在穿過公路后流經2.75 km 又匯合為一支，匯合后的河道水流集中，河床多為“U”型深切河道，河道寬度在30 m～50 m 之間，并且匯合后的河道位于焉耆盆地北部邊緣的山前沼澤水草地中，地下水位埋深較淺，考慮河道蒸發水量和淺層地下水流出的相互影響，西支的兩條支溝匯合后的河道沿程滲漏極小。因此，本次最大洪峰流量衰減就計算到西支的兩條支溝匯合口處，黃水溝西支下游河道最大洪峰流量衰減的計算河道長度為9.93 km。

協比乃爾布呼渠進水閘處的設計洪峰流量計算公式：

式中：Q協比乃爾布呼為協比乃爾布呼渠進水閘設計洪峰流量；Q防洪閘西為黃水溝防洪閘樞紐處西支河道設計洪峰流量；P西支河道為黃水溝防洪閘西支下游河道的最大洪峰流量平均每公里損失率。L 為黃水溝防洪閘西支下游河段水量沿程損失計算河段長度。

由于河道天然狀況和工況下黃水溝防洪閘樞紐處西支河道不同頻率的設計年最大洪峰流量一樣，采用黃水溝防洪閘西支下游河道的最大洪峰流量平均每公里損失率（P）5.28%，和黃水溝防洪閘西支下游河段最大洪峰流量沿程損失計算河段長度9.93 km，按式（1）計算得到天然狀況下和工況下協比乃爾布呼渠進水閘設計洪峰流量也是一致的，式中相關參數及計算結果見表1。

表1 天然狀況下協比乃爾布呼渠進水閘設計最大洪峰流量統計表

3.2 施工期設計洪水

根據施工要求，和靜縣烏拉斯臺河協比乃爾布呼渠進水閘除險加固工程由工程準備期、主體工程施工期和工程完建期三個階段組成。主體工程施工期為8 個月，分為三個階段，第一階段為 2015 年 9 月～2015 年 11 月，第二階段為 2016 年 3 月～2016 年 5 月，第三階段為 2016 年 9 月～2016 年 10 月。

和前面一樣，分期設計洪水僅需計算黃水溝西支的下泄洪水。在計算防洪閘處的設計洪水時，不考慮毛拉提干渠和團結渠引水閘對最大洪峰流量的影響，采用分析選定的區間河道洪水衰減率（P=5.28%）和計算河段長度9.93 km，用式（1）計算天然狀況下協比乃爾布呼渠進水閘9 月～11 月和3 月～5 月的設計洪峰流量，計算結果見表2。

表2 協比乃爾布呼渠進水閘分期設計洪峰流量統計表

4 成果合理性分析

本次黃水溝防洪閘處設計洪水分析計算時，依據了黃水溝水文站1956 年～2011 年56 a 的年最大洪峰流量、時段洪量資料和相應統計參數，應用試驗研究項目實測的洪水過程資料推算的最大洪峰流量、時段洪量沿程損失率，計算得到黃水溝防洪閘處的多年平均年年最大洪峰流量和時段洪量。

最大洪峰流量沿程變化：

（1）黃水溝水文站，具有1956 年～2011 年 56 a 完整的實測水文資料，觀測和資料整編符合部頒《水文測驗規范》《水文年鑒編印規范》的技術要求，資料具有較好的質量可靠性。

（2）最大洪峰流量沿程變化分析采用2007 年～2010 年試驗研究項目實測的4 次洪水完整過程，根據河道上下游斷面間水量平衡原理，分析計算出黃水溝水文站至下游防洪閘、黃水溝西支河道到和靜縣至先行鄉公路橋處的最大洪峰流量沿程衰減率。從各次洪水最大洪峰流量沿程變化的情況來看，各次洪水的大小與沿程衰減率具有一定的線性關系，因此最大洪峰流量沿程衰減率計算和取值有一定的合理性。

（3）黃水溝防洪閘東、西支河道分水，根據黃水溝防洪閘處目前的河道斷面情況、防洪閘主要設計參數（防洪閘閘室總寬、閘底高程、東支溢洪堰長、高度和堰頂高程），按照工程設計時西支防洪閘和東支溢洪堰的過水能力，計算西支防洪閘和東支溢洪堰前水深與過水流量關系，進行天然狀況下防洪閘處的東、西支河道分水計算。根據黃水溝防洪閘初步設計方案和管理運行要求，當防洪閘來水流量小于200 m3/s 時，西支防洪閘和東支溢洪堰按設計6∶4 比例分水；當防洪閘樞紐處來水流量大于200 m3/s 時，為保障黃水溝東支河道沿線居民區和農業灌溉區的防洪安全，西支防洪閘將不再調控東支溢洪堰的泄洪量，西支防洪閘和東支溢洪堰按河道自然情況分水。

由于資料處理方法得當，最大洪峰流量、時段洪量沿程變化分析方法合理，計算思路清晰，因此推求計算成果合理。

5 結語

協比乃爾布呼渠進水閘處河水從黃水溝到分支，再到與烏拉斯臺河老河道的匯合，沿程洪水影響因素較多。本文在分析協比乃爾布呼渠進水閘處河水演進情況，以及黃水溝歷史洪水和洪水特性的基礎上，按照水量平衡原理，對工程處的設計洪水與施工期的洪水進行推求，提出乃爾布呼渠進水閘樞紐50 a 一遇設計洪峰流量為163 m3/s，施工期9 月～11 月50 a一遇洪水37.7 m3/s，3 月～5 月50 年一遇洪水42.7 m3/s，可供工程設計施工進行參考借鑒。