克孜河平原區洪水類型分析與設計洪水計算研究

趙亮

(五家渠農六師勘測設計研究有限責任公司，新疆 五家渠 831300)

1 流域概況

克孜河發源于吉爾吉斯斯坦境內，全長737 km，流域總面積24 143 km2，其中約600 km河段在中國新疆西南部。克孜河流域地形分三級，分別為西部高原山區、向平原區過渡的淺山丘陵區和出山口以下洪積、沖積平原區。克孜河平原區流域面積17 658.40 km2，河長499 km，河道比降在1‰～10‰之間，進入平原區后，克孜河分為兩支：北支為主流，流經喀什進入邦克爾水庫；南支為天南維其克河，在伽師縣英阿瓦提渠首前匯入主河道。

2 氣象

克孜河流域深處內陸，遠離海洋，三面環山，冷濕氣流難以侵入，平原區主要氣候特征為氣溫日變化大，日照時間長，降雨稀少，蒸發強烈，氣候干燥。以伽師縣氣象站資料為例，多年平均氣溫11.60℃，降雨水平分布不均，西多東少，多年平均年降雨量為120.20 mm，多年平均蒸發量為3 168 mm，最大凍土深度為70 cm，凍土期為11—3月份。

3 水文

3.1 水文站網及基本資料

克孜河流域與本次水文分析計算有關的水文站有：卡拉貝利、卡浪溝呂克、卡甫卡、貝那木4處水文站，其中卡拉貝利水文站位于克孜河出口處，是克孜河水量控制站，國家一級水文站，測站以上集水面積13 700 km2，控制河長213 km，該站始建于1958年，至2019年已有62年連續實測水文資料；卡浪呂克站為該河的水量控制站，集水面積1 954 km2，現存1958年12月至1968年3月、1969年6月至2019年12月資料；卡甫卡水文站現存資料為1956年4月至1958年4月，后遷至卡拉貝利站合并觀測；貝那木站現存資料為1958年3月至1961年12月。以上資料均經新疆水文水資源局審查，已編入國家水文年鑒，因而各站基礎資料可靠。

3.2 徑流

克孜河徑流量由高山帶的冰川融雪補給、中低山帶的季節性融雪補給以及春夏來自天山和帕米爾高原間的降雨及泉水補給組成。克孜河上游冰川覆蓋面積較大，徑流的主要補給來自冰川融雪水，對河流具有補償作用，因此克孜河年際變化較為平穩，變差系數Cv值為0.16，年最大徑流量26.90億m3，最小徑流量15.60億m3，兩者比值為1.70。本次采用卡拉貝利水文站1958—2019年年平均流量為69.99 m3/s，年徑流量為22.09×108m3。

3.3 洪水

3.3.1 洪水類型及特征

克孜河的洪水主要有四種類型。

3.3.1.1 冰雪融水型洪水

該型洪水最常見，其與升溫過程關系密切，多發生于7—9月份，其年最大洪峰、年際過程相對平緩，洪水歷時較長，一般10—25 d，漲洪較平緩，峰型多為復式，洪水波沿程衰減率較小，衰減水平較其它三類洪水相比較低。如1979年6月，卡拉貝利站自6月4日開始起漲，29日洪水退去，總歷時25 d，從起漲至峰頂530 m3/s，歷時9 d，漲洪歷時占總歷時的30%，洪水歷經十余波后逐級退去。

3.3.1.2 暴雨型洪水

當區域持續性降水雨強較大時，流域超滲產流形成暴雨洪水，多發生在7月下旬至8月中上旬，其特點是峰高量小，洪水過程單一，陡漲陡落，歷時短。如1987年8月8日，中低山區24 h降水達約10 mm導致克孜河流量由177 m3/s突增至661 m3/s，起漲幅度近3倍，為當年最大洪峰流量，此次洪水歷時5 h，其中漲洪歷時2.80 h，洪量為0.49×108m3，僅占全年水量的2.00‰。

3.3.1.3 雨雪混合型洪水

多發生在5—8月，高區積溫增加，促使冰雪融化水量增大，在中低山區遇降雨所形成的疊加型洪水，其特點是峰值不高，但量大歷時長，通常在流量日變化過程線上疊置1～2個尖瘦洪峰。

3.3.1.4 “潰壩型”洪水

因獨特地理條件，中低山區發生較大降水時，發生暴雨泥石流阻塞克孜河干流，形成臨時水庫，在一定的力學條件下潰泄，形成“潰壩型”洪水，其與下游的暴雨洪水疊加，危害極大。由于其成因復雜，因此洪水特征差異較大，通常呈現峰值增加、漲洪歷時延長、洪水峰高量大等特點，從卡拉貝利站62 a實測資料看，“潰壩型”洪水與較大消融型洪水幾無遭遇機率。

3.4 設計洪峰

共選取三個控制斷面，各斷面設計洪水成果根據參證站設計洪水成果沿程衰減得到，洪水沿程衰減率按1999年洪水調查分析結果推求，同時考慮卡拉貝利水庫等已建水利工程對洪水的調節作用。

3.4.1 天然徑流設計洪水

根據克孜河卡拉貝利站、卡浪溝呂克水文站實測結果，得到克孜河卡拉貝利水文站、卡浪溝呂克水文站和卡甫卡斷面年最大設計洪峰統計參數成果，以卡甫卡斷面為例，其年最大洪峰頻率曲線如圖1所示。

圖1 卡甫卡斷面年最大洪峰頻率曲線圖

3.4.2 工程調節后洪水

卡拉貝利水庫是克孜河山區控制性水利樞紐工程，水庫為大(2)型，總庫容2.62億m3，水庫建成后，結合下游堤防可使下游防洪標準P=10%提高到P=2%，水庫安全泄量為500 m3/s。卡拉貝利水庫與卡甫卡斷面之間有支流卡浪溝呂克河匯入，其洪水峰高但量很小，洪水調節時采用補償調節方式，即水庫遇下游防洪標準洪水即P=2%時，通過水庫控泄方式，在考慮區間洪水的疊加影響后，要求在卡甫卡斷面洪水不超過安全泄量1 035 m3/s。

汛期洪水組成挑選了1966、1974、1998、1999、2004年5個典型年，按照干流和卡甫卡同頻、區間(卡浪溝呂克河)相應，區間和卡甫卡同頻、干流相應兩種組合，每種組合均計算卡甫卡斷面按設計水平年安全泄量1 035 m3/s和現狀安全泄量1 035 m3/s兩種情況，計算結果如表1所示。

表1 克孜河調洪計算成果表

圖3 A、B橫斷面變化示意圖

3.5 設計洪水位

本次對20 km長的河段進行大斷面測量，斷面間距在1 km左右，實測河道大斷面21個，各斷面糙率采用0.03～0.04、平均比降采用0.40‰～0.70‰。采用單斷面比降法計算各斷面單斷面水位流量關系，采用水面線法進行設計水位計算，兩者互相驗證，得到本河段設計洪水位結果。根據本河段防洪標準，P=10%設計洪水位成果如圖2所示。

圖2 克孜河平原區設計洪水位成果圖

3.6 河床演變

3.6.1 局部深槽變化

以工程涉及某局部河段為例，對10 m深槽變化進行分析。從1965到2010年間深槽變化較為明顯，1965年深槽位于河段中間，1970—1983年間深槽槽首沖刷槽尾淤積，槽首與上游深槽連為一體，深槽變寬的同時向河道左側移動；1985—1996年此段發生嚴重淤積，深槽基本消失；而1996—2005年河道沖刷劇烈，出現較大面積的深槽，同時偏向河道左側。2010年及此后河道深槽變化不明顯。2017年及以后由于卡拉貝利水庫修建，水庫下游河道沖刷劇烈，各部分深槽延展為一體，寬度增加，在河道橫向均勻分布。

3.6.2 橫斷面變化

以水庫壩址下游河道為例，其1959—2010年兩處橫斷面變化圖如圖3所示。

可知A斷面深槽偏向右側，右側河道多年來無太大變化，斷面左側變化較為明顯，1959—1998年左側斷面持續淤積，1998—2010年左側斷面沖淤交替總體變化不大，個別年份如1998年斷面中部發生較明顯淤積；B斷面深槽位置左右側交替，斷面左側從1959—1998年淤積嚴重，右側在1981年沖刷下切劇烈；CS9斷面深槽居中，從1959—1998年斷面不斷淤積加高，之后到2010年間斷面沖淤交替變化，變化幅度不大。2010年及以后，各斷面變化較小。

綜合判斷，1958—2015年克孜河干流斷面以淤積為主，但部分年份部分河段沖淤變化較為明顯。按沙量平衡法計算，全斷面共淤積6.31億m3，其中主槽淤積2.64億m3，年平均淤積600萬m3，占總淤積量的41.80%，按克孜河平原區全河段水面寬為100 m推算，主槽年平均淤積厚度為0.05 m。

由于卡拉貝利水庫于2018年開始蓄水，近兩年下泄洪水含沙量大大減少，壩下河道發生長距離的沿程沖刷，一段時間以內，下游河道均以沖刷為主，預計水庫運用達30年后，沖刷量達到最大，開始少量回淤。從安全角度出發，在近期治理中，堤頂高程設計應當仍以現狀河道的河床高程為準，同時節點與護岸工程應考慮上游來水來沙變化，適當加深基礎埋深。

4 結語

文章選取卡拉貝利、卡浪溝呂克等水文站作為參證站，根據實測資料得出克孜河卡拉貝利、卡浪溝呂克和卡甫卡水文站共三個斷面年最大洪峰頻率曲線，結合卡拉貝利水庫調洪成果，采用單斷面比降法和水面線法對克孜河中下游平原區河段設計洪水分別進行了計算并相互驗證。通過對克孜河平原區洪水進行研究，為克孜河中下游治理提供技術依據的同時，也對保障流域行洪安全提供了參考和驗證。從克孜河中下游治理和運行情況來看，該分析和計算成果是合理的。