恰克馬克河防洪工程設計洪水不同計算方法探析

克依木江·吐拉吉

（新疆維吾爾自治區喀什水文勘測局，新疆 喀什 844000）

1 概況

恰克馬克河流大體上呈西北—東南流向, 全長165 km。受大陸干旱性氣候的影響，該流域氣候干燥，降水稀少，植被稀疏，平原區年降水量為80.2 mm～95.1 mm，山區年降水量為138.6 mm～234.1 mm。恰克馬克河屬降雨、季節性積雪和地下水補給型河流，先后設有巴音谷路提和恰其嘎水文站。巴音谷路提水文站位于恰克馬克河出山口以上36 km 處，集水面積3077 km2，于1968 年4 月撤銷；恰其嘎水文站設在小阿圖什鄉喀爾果勒山口，是恰克馬克河出山口水量控制站，控制河長125 km，集水面積3788 km2，實測最大洪峰流量為351 m3/s。

2 水利工程現狀及重點防洪工程水文計算斷面

2.1 水利工程現狀

恰克馬克河有小型水庫兩座、引水樞紐一座，其中恰克馬克河引水樞紐位于阿圖什西北約40 km，在恰其嘎水文站下游約2 km 處。主要承擔阿圖什市阿扎克鄉、上阿圖什鄉及喀什地區疏附縣拜什克然木鄉1.12×104hm2耕地的灌溉任務。

2.2 防洪工程河段及洪水水文計算斷面

（1）托帕計算斷面

托帕防洪河段計算斷面位于巴音谷路提鄉托帕村，距下游恰其嘎站15 km，斷面以上河流長度110 km，集水面積3077 km2。該河段兩岸植被稀少，左岸為托帕村，右岸為托帕口岸。

（2）康薩依山洪溝

康薩依山洪溝發源于天山南脈喀拉阿爾恰山南坡海拔3900 m 的布瑞塔什山峰，是恰克馬克河的一級支流，在托帕口岸匯入恰克馬克河，集水面積139 km2，河流全長18.4 km。該山洪溝洪水成因主要是區域降雨，特別是中低山區大降雨形成暴雨洪水，洪水發生時間較集中，較大的暴雨洪水一般發生在6 月～8 月，洪水具有陡漲陡落，峰值高，洪水過程歷時短、流速大等特點。

（3）喀爾果勒計算斷面

喀爾果勒防洪河段計算斷面位于上阿圖什鄉喀爾果勒村，距下游恰其嘎站6 km，該斷面右岸為上阿圖什鄉喀爾果勒村。斷面以上河流長度119 km，集水面積3668 km2。

（4）恰克馬克引水樞紐計算斷面

恰克馬克河引水樞紐位于阿圖什市以西約40 km，在恰其嘎水文站下游約2 km 處。斷面以上河流長度127 km，集水面積3844 km2。

（5）恰克馬克河南、北支流計算斷面

恰克馬克河引水樞紐以下河道分為南北兩支：南支伯什克然木河沿主河道穿過小阿圖什鄉流入喀什地區疏附縣境內；北支阿扎克河偏轉向東流入阿扎克鄉境內，汛期洪水引入托卡依水庫。在小阿圖什鄉境內兩支流河谷兩岸有柳樹林和居民點，汛期洪水對兩岸危害較大，本次將兩處防洪河段計算斷面各選在引水樞紐以下2 km 處，其中南支流計算斷面集水面積為3848 km2，北支流計算斷面集水面積為3851 km2。

各防洪工程河段沿恰克馬克河縱向分布情況及防洪工程河段設計洪水計算斷面地理位置見圖1。

圖1 恰克馬克河防洪工程河段控制斷面及水文測站縱向分布示意圖

3 洪水成因與類型

分析恰克馬克河上兩個站實測最大洪峰流量及相應洪水過程，可以發現該河量級較大的洪峰流量都是暴雨洪水或是以暴雨補給為主的混合型洪水：如1963 年、1965 年、1966 年、1983 年、1989 年、1986 年、1999 年，而洪峰量級較小的洪水多為融雪型或是以融雪補給為主的混合補給型洪水，也就是說大暴雨和強融雪是產生特大洪水的主要原因。從歷年氣溫、降水中分析，該流域每年4 月～9 月均有可能產生暴雨，這段時期氣溫也較高,因而洪水也集中在4 月～9 月，其中年最大洪峰流量在5 月份發生的頻次最高，達26.1%。其次是4 月頻次為21.7，8 月頻次為21.7。

按洪水成因，恰克馬克河可分為三種不同類型的洪水，即暴雨型洪水，融雪型洪水、雨、雪混合型洪水。

4 防洪工程不同段設計洪水計算

4.1 康薩依溝設計洪峰流量估算

現以恰其嘎站、阿俄站、卡浪溝呂克站為參證，分別采用地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線法和洪峰模數法推求康薩依溝計算斷面設計洪峰流量，以進行相互驗證和校核。

4.1.1 地區洪峰流量綜合頻率曲線法

由于工程河段資料缺乏，本文根據調查河段自然地理條件，以往在這一地區開展的洪水調查及其成果，以及暴雨洪水的區域性特點，對康薩依溝設計洪峰流量做一分析。

受資料條件之限，采用成都科技大學等三院校合編的《工程水文及水利計算》一書提出的“地區洪峰流量綜合頻率曲線法”推求調查山洪溝設計洪峰流量方法，公式如下：

式中：Qp為設計洪峰流量，m3/s；Kp為設計洪峰流量模比系數；Qd為調查歷史洪水洪峰流量，167 m3/s；Kd為調查洪水洪峰流量模比系數，6.52。

本文采用恰其嘎站、阿俄站、卡浪溝呂克站歷史調查洪水和實測洪峰流量樣本編制地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線，據此求得值及康薩依溝設計洪峰流量，見表1。

表1 康薩依溝設計洪峰流量計算成果表 單位:m3/s

4.1.2 洪峰模數法

康薩依溝屬恰克馬克河一級支流，且與卡浪溝呂克河緊鄰的小河流域，洪水形成具有相似性，本次直接移用恰克馬克河、卡浪溝呂克河設計洪峰流量成果估算康薩依溝設計洪峰流量。

設計洪峰流量按下式計算：

式中：QGp為工程場址的設計洪峰流量，m3/s；MCp為參證站設計洪峰流量模數，m3/(s·km2)；fG為工程場址集水面積，139 km2。

恰其嘎站、卡浪溝呂克站設計洪峰流量模數見表2，按以上兩式計算的康薩依溝計算斷面設計洪峰流量見表3。

表2 恰其嘎站、卡浪溝呂克站設計洪峰流量模數表單位：m3/(s·km2)

表3 康薩依溝設計洪峰流量成果表 單位：m3/s

4.1.3 計算結果分析

上述兩種計算方法中，采用洪峰流量模數法直接移用與本流域具有相同氣候因子影響及下墊面相似的恰克馬克河恰其嘎站、卡浪溝呂克站洪峰流量模數推求康薩依溝的設計洪峰流量，由于其設計站與參證站集水面積相差較大，設計洪峰流量偏小；采用地區洪峰流量綜合頻率曲線法，所依據調查洪水發生年代較近，洪峰流量調查計算值較可靠，基于上述分析，本報告認為采用地區洪峰流量綜合頻率曲線法推求康薩依溝的設計洪峰流量相對合理，故本次建議選用地區洪峰流量綜合頻率曲線法計算成果。

4.2 托帕計算斷面設計洪峰流量的估算

托帕計算斷面介于恰其嘎站與巴音谷路提站之間，該斷面處無實測水文資料，設計洪峰流量的計算采用以上下游水文站設計值為控制，用線性內插的辦法推求。計算公式如下：

式中：Qt為托帕計算斷面設計洪峰流量，m3/s；Qq為恰其嘎站設計洪峰流量，m3/s；Qb為巴音谷路提站設計洪峰流量，m3/s；l1為恰其嘎站至托帕防洪河段間距，15 km；l2為巴音谷路提站至恰其嘎站間距，40 km。

相關參數取值及托帕計算斷面設計洪峰流量計算成果見表4。

表4 托帕計算斷面設計洪峰流量計算成果表 單位：m3/s

4.3 喀爾果勒及恰克馬克渠首計算斷面設計洪峰流量估算

喀爾果勒計算斷面位于恰其嘎站以上6 km，區間面積占恰其嘎站集水面積的2.6%；恰克馬克河渠首位于恰其嘎站以下2 km 處，區間面積占恰其嘎站集水面積的1.5%，并且區間基本上沒有水量匯入和分出，所以兩斷面設計洪峰流量直接采用恰其嘎站設計洪峰流量成果,見表5。

表5 喀爾果勒計算斷面及恰克馬克河渠首設計洪峰流量單位：m3/s

4.4 恰克馬克河南、北支流計算斷面設計洪峰流量估算

恰克馬克南、北支流計算斷面設計洪峰流量估算,根據克州、喀什地區及喀什噶爾流域管理處的協議，采用兩種方法對設計洪峰流量進行估算。

方法一：由于南北兩支流洪水受恰克馬克河引水樞紐工程的調節和控制，因此，根據恰克馬克河引水樞紐設計報告，當引水樞紐重建工程實施后，遭遇較大洪水時，以拜什克然木河做為主要泄洪通道，而向阿扎克河泄水量不宜過大，以保證阿扎克下游的防洪安全，當Q＞200 m3/s 時，下泄洪水由阿扎克河承擔30%，拜什克然木河承擔70%的泄洪比例進行估算，其南、北兩支流計算斷面設計洪峰流量估算值見表6。

方法二：從1944 年和1966 年歷史調查洪水來看，這兩場洪水泄洪比例較為接近，其泄洪比例阿扎克河為35%，拜什克然木河為65%。由于恰克馬克河洪水運動規律較復雜，河床抗侵蝕能力弱，且沖淤變化較大，因此考慮特殊情況，按天然分洪比例估算，其南、北兩支流計算斷面設計洪峰流量估算值見表6。

表6 恰克馬克南、北支流計算斷面設計洪峰流量 單位：m3/s

由于恰克馬克河為游蕩性河流，河床不穩定，因此認為第二種計算結果比較接近實際。

5 結語

恰克馬克河洪水組成原因復雜，由于缺乏水文實測資料，使得防洪工程建設中的洪峰流量計算困難。因為防洪工程設計洪水計算線長、點多、各斷面資料情況差異大，且均在同一條河流上，因此計算成果不僅應在點上合理，而且還應上下游成果相互協調，文章通過分析計算和相關對比，提出采用地區洪峰流量綜合頻率曲線法推求康薩依溝的設計洪峰流量，用線性內插辦法推求托帕設計洪峰流量，按天然分洪比例估算恰克馬克河南、北支流設計洪峰流量，為同一條河流不同防洪工程段的設計洪水計算提供參考。