阿恰勒河洪水特征及調查成果評價研究

王 進

(新疆阿克蘇水文勘測局，新疆 阿克蘇 843000)

阿恰勒河全長55 km，流域面積460 km2。流域內最高海拔為4 380 m，最低海拔2 060 m，行政區劃屬于新疆阿克蘇地區拜城縣，水資源隸屬天山南麓渭干河區(三級區)的木扎提河區(四級區)。阿恰勒河是一條季節性河流，整個流域位于拜城盆地老虎臺洼地上游，地勢北高南低,卻勒塔格山東西方向橫貫其間，地形復雜，阿恰勒河峽谷成為阿恰勒河肯洪水下泄出口。流域內巖礫裸露，河床由大小礫石，卵石和細沙組成，基本上無植被，逢大暴雨時，必成暴雨洪水，洪水匯集后出峽口直泄拜城縣老虎臺鄉，最后匯入木扎提河。

在阿恰勒河上無任何水文監測資料，為研究該流域洪水特征和進行洪水調查，根據相關規范，考慮該河與緊鄰的卡普斯浪河相似，在卡普斯浪河上有唯一的水文站卡木魯克水文站，所以選用卡木魯克水文站水文資料作為阿恰勒河水文分析計算的基礎數據。

1 水文參證站概況

卡木魯克水文站設立于1956年10月，該站位于新疆維吾爾自治區拜城縣團結鄉卡木魯克村，是卡普斯浪河水量、水質控制站，地理位置：東經81°34′，北緯41°51′，測站以上集水面積1 834 km2,控制河段以上河長65 km，水文站以下27 km，河流與木扎提河匯合，河流全長92 km。洪水類型為暴雨型、融雪型、融雪和暴雨混合型(水文站概況見表1和圖1)。

表1 卡木魯克站資料概況

該站主要觀測項目有：水位、流量、泥沙、降水、蒸發、氣溫、水溫、水質等,測驗項目均按照相關技術規范執行。水文資料完整，系列長，資料具有一定的代表性，并且水文資料嚴格執行《水文測驗試行規范》及部頒《水文年鑒編印規范》(SD—244—87)，技術方法正確，基礎資料可靠。

2 流域洪水特性分析

阿恰勒河是一條山溪性河流，河流一般主要發生的洪水類型可分為冰雪消融洪水、暴雨型洪水和暴雨、冰雪消融混合型洪水。

2.1 暴雨洪水

阿恰勒河流域位于天山山區暴雨帶的中心位置，常有大暴雨洪水發生。從歷史發生的暴雨洪水情況來看，暴雨洪水一般發生的非常突然，突發性較強，而發生過程中，呈現出獨立的峰形，陡漲陡落，洪峰高洪量小，持續時間較短同時沒有明顯的日變化，歷時最長者可達到72 h左右，最短也在10 h左右，大多數情況下持續時間在24 h左右，洪水過程近似尖瘦的等腰三角形形態，且不同時間段各場次的洪水洪量差異較大。卡木魯克站1982年發生的典型暴雨洪水過程就具有這個特點，詳見圖2。

圖2 卡木魯克站1982年暴雨洪水過程

2.2 冰雪消融洪水

阿恰勒河流域所在區域屬于新疆天山的南坡，該區域高程較低，不利于大規模的積雪和冰川發生，因而總體上河流所在流域范圍內的消融型洪水發生的規模一般，洪水峰值最高時也不會超過350 m3/s。主要還是以季節性冰雪消融洪水為主，洪水發生的過程呈現出明顯的日變化特點，且與溫度的升高關系密切，洪水發生的時間較長，洪水漲幅較為平緩、峰值不高，但洪量普遍較大、洪水過程具有復峰型特點，持續時間較長。其典型特征可歸納為“一日一峰一谷”且“峰值區維持時間較長”的基本特點。從卡木魯克站1961年典型消融洪水過程線來看，可明顯看出消融洪水的發生過程特征(見圖3)。

圖3 卡木魯克站1961年消融洪水過程

2.3 混合型洪水

暴雨洪水和冰雪消融洪水兩類洪水過程的疊加即就形成混合型洪水，其中有可分兩種，一種是冰雪消融洪水漲峰過程與暴雨洪水疊加；另一類是冰雪消融洪水落水過程與暴雨洪水疊加。混合型洪水多發生在河源具有冰川和永久性積雪的河流上，本流域混合型洪水多發生在6-8月。洪水特征具有明顯日變化，前期有數日高溫天氣，出現冰雪消融洪水，后期遇降水天氣，從而形成較大洪峰。此類洪水起漲速度快，洪峰高，持續時間長，漂浮物多，流速急，洪量大。圖4所示即為較典型的混合型洪水。

圖4 卡木魯克站1999年混合型洪水過程

3 流域洪水調查方法及成果評價

3.1 洪水調查組織及訪問

在2019年對阿恰勒河歷史洪水進行調查的過程中，由于洪痕不容易辨認，洪水痕跡不明顯，因此調查采用現場描述及查看洪水情況進行訪問了解，找到附近居民進行了現場指認，知情人對這次洪水的情況描述見表2。

表2 2019年洪水調查訪問

3.2 洪水調查河段斷面布置及勘測

洪水調查地點選在拜城縣老虎臺鄉開普臺爾哈納村渠首上游500 m處,地理位置為東徑81°02′20.52″，北緯41°50′15.64″，也是阿恰勒河出山口。該位置橫比降較小，斷面較順直。調查組和當地村民一起，對洪水痕跡進行了辨認，對當時的雨情，水情進行了訪問、調查。斷面測量取上、中、下三個斷面，采用假定基面，測量采用四等水準測量。測量大斷面圖(圖5～圖7)。

圖5 阿恰勒河上斷面圖

圖6 阿恰勒河中斷面圖

圖7 阿恰勒河下斷面圖

3.3 造率的選用

近年來水文分析計算中糙率系數多采用三斷面約束條件下的糙率試算來確定糙率n值，本次洪水計算采用三斷面約束條件下的糙率試算來確定糙率n值。

在調查河段利用曼寧公式分別計算三個斷面的洪峰流量，糙率通過洪水調查時假定流量推算及根據調查河段河床情況估算，曼寧公式如下：

(1)

式中：Q為洪峰流量(m3/s)；n為糙率；R為水力半徑(m)；S為水面比降(10-4)；A為過水斷面面積(m2)。

根據調查河段河床情況，河段順直，河床主要由沙礫石組成，河槽兩岸植被情況較好，大部分水力要素由實地勘測成果確定，為了減少糙率(n)選擇的任意性，利用上、中、下三斷面水文要素推求各斷面河床糙率的關系式。為滿足關系式的要求，在野外調查時盡可能在調查河段上選擇3處以上的橫斷面進行大斷面測量，以此來增加糙率選擇的約束條件。

各調查河段自上游向下游布設A、B、C三個調查斷面，推求各斷面河床糙率的關系式如下：

(2)

(3)

式中：nA、nB、nC分別為A、B、C斷面河床糙率；iAB、iBC、iAC分別為各斷面間水面比降；RA、RB、RC分別為各斷面水力半徑(m)；FA、FB、FC分別為各斷面面積(m2)。

對任意給定斷面糙率，可由式(2)、(3)確定B、C斷面河床糙率。通過試算使任意兩斷面為控制計算的河段洪峰流量近似相等，即QAB≈QBC≈QAC，相應的一組糙率值經分析基本合理，即為所求，該組糙率值所確定的洪峰流量。

3.4 洪水調查計算方法

調查河段洪峰流量采用三斷面約束法計算，此法要求調查斷面順直，河段內各斷面的組成基本一致，河段內有多處洪痕點，且分布均勻。計算公式(4)～(6)如下：

(4)

(5)

(6)

式中：QA、QB、QC分別為洪痕上、中、下斷面歷史洪水洪峰流量；AA、AB、AC分別為洪痕上、中、下斷面有效過水斷面面積；RA、RB、RC分別為洪痕上、中、下斷水力半徑；nA、nB、nC分別為洪痕上、中、下斷河床糙率；IA、IB、IC分別為洪痕上、中、下斷水面比降。

3.5 洪水調查成果評價分析

綜上所述，本文所提供洪水調查成果的調查數據采用水文四等測量，測量成果較可靠，選用參數基本合理，糙率資料是采用調查河段基本資料，采用兩個斷面約束計算河床糙率。經合理性分析后將此次洪水調查資料定為較可靠。最終計算的成果表如表3和表4所示。

表3 阿恰勒河洪水調查計算成果表

表4 阿恰勒河洪水調查表

3.6 洪水調查成果中的洪水重現期復核考證

在洪水調查過程中，結合河段自然地理條件和區域暴雨洪水特點，對所調查的歷史洪水重現期進行了分析，在分析過程中基于本次調查結果和被65歲的被調查人根據父輩知道的情和自己掌握的情況，認為阿恰勒河2009年7月22日洪峰為65年最大，因此所調查洪水的考證期為：調查考證期N=65年，其重現期T為：T=N+1=66 年。將2019年調查的洪峰流量定為第一位洪水。

4 結語

由于特殊的地理位置和地形地貌特點，拜城縣歷來是新疆山洪災害頻發地區之一，阿恰勒河作為拜城縣境內的十幾條主要河流之一，屬于山溪性河流，洪水的主要來源是中低山區大降雨形成暴雨洪水和氣溫逐漸上升而引起的消融洪水。在對該河流洪水特性進行總結和詳盡調查評價的基礎上，可掌握河流的洪水特征及基礎技術數據，為流域水資源合理開發利用和人民群眾生命財產安全提供保障。