新疆金溝河木華里渠首設計洪峰流量計算分析

付葉卿

（新疆石河子水文勘測局，新疆 石河子 832000）

金溝河流域內存在水資源配置不合理、地表水與地下水缺乏統一開發、統一調度等問題，加之農牧業結構不合理、灌溉方式落后、節水意識淡薄，使得當前灌區的生態環境急速惡化，特別是水環境，例如河道開始斷流，土壤逐漸沙化，其鹽漬化面積也變得愈來愈大等，都對本流域經濟和社會的可持續發展造成了嚴重的影響，遠遠不能滿足新市場的經濟發展需要。為了降低以上問題的不良影響，需對流域內的相關水利工程進行改造設計。對此，本文針對金溝河木華里渠首設計洪峰流量進行計算分析。

1 工程區概況

金溝河流域位于新疆沙灣縣境內準噶爾盆地南邊，維吾爾自治區中西部，東西分別界臨寧家河與八音溝河，南北界臨天山分水嶺與西岸大渠。整個流域全長120 km，河床比降在5‰～33‰之間。據統計，流域內多年平均徑流量為3.49 億m3，變差系數0.13，平均流量為11.0 m3/s，其中最大流量與最小流量分別為35.0 m3/s、1.19 m3/s。金溝河流域局部天氣和地形特征使得流域內暴雨災害頻發，逢夏季高溫時，可能會出現較大的暴雨融雪混合型洪水。流域自南向北，年降雨量逐漸減少，水面蒸發量逐漸增大。

木華里引水樞紐工程位于喀什地區英吉沙縣艾古斯鄉境內的庫山河出山口處，距英吉沙縣城40 km，距喀什市110 km，集水面積2535 km2。工程場址處無水文站點，本次分析計算選用沙曼站的水文資料。

2 工程場址處歷史洪水情況及成因

2.1 歷史洪水

過實地調查和洪痕查證，調查到5 次歷史洪水，根據《喀什地區水文手冊》摘錄情況見表1。

表1 庫山河歷史洪水調查表

由表1 可知，1958年4月調查到1942年在沙曼水文站發生746 m3/s 的洪峰流量，同時調查到1882年在沙曼村發生720 m3/s 的洪峰流量，但是缺少歷史洪水的調查訪問情況，其歷史洪水調查考證期不易確定，并且兩次歷史洪水的調查成果定為參考級。

沙曼水文站自1957年以來，已有51年較長的洪水系列，其中1999年8月2 日發生了689 m3/s 雨、雪混合型洪水，1942年、1882年與1999年的洪水是同一量級的，實測系列長度已經符合規范要求，因此，在應用頻率分析法計算設計洪水時，以實測洪水系列進行設計洪水的分析計算。

2.2 洪水成因分析

影響洪水的因素是眾多的，且各因素對洪水的影響程度在不同場次洪水中又是錯綜復雜的，這在內陸干旱地區表現尤為突出［1]。除了流域特征（流域集水面積、流域形狀、坡度、河網密度、土壤、植被、地質條件等）和河槽特性（河槽斷面狀況、坡降、糙率等）外，庫山河的洪水成因主要是冰川融水［2]和汛期的暴雨。

據沙曼站1957年～2008年實測洪水資料統計，58年間歷年年最大洪峰流量為融雪（水）型洪水的有28 次，占54.9%，其次為混合型洪水，暴雨型洪水排在第三位，1999年發生的洪水為混合型洪水，最大洪峰流量為689 m3/s。

3 工程場址設計洪峰流量推求

針對工程區沒有洪水資料的情況，本文以沙曼站為參證站，選用洪峰模數法與地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線法對工程場址的設計洪峰流量進行推求。

3.1 參證站設計洪峰流量計算

沙曼水文站自1958年至今已有52年實測洪水資料，并有1999年的特大洪水在實測系列之內，經分析：1999年洪水為1957年有實測資料系列以來的特大洪水，以此作控制，按連續系列進行計算。經P-Ⅲ型曲線適線后選用參數：計算結果見表2 及圖1。

表2 沙曼站連續系列洪峰流量頻率計算成果表 單位：m3/s

圖1 沙曼站實測系列洪峰流量頻率曲線

3.2 工程場址處洪峰流量計算

3.2.1 洪峰模數法

洪峰模數法，即在計算中直接采用與研究區域條件類似的流域的參數進行設計洪峰流量的推算［3-5]。

沙曼水文站與工程場址之間的距離為27.5 km，集水面積較工程場址增加了366 km2（用1∶25 萬電子地圖量算）。丘陵山區、十幾條山洪溝，有較好的產洪能力，可以用洪峰模數法來估算。

本次選用沙曼站的設計洪峰流量頻率（表2）估算木華里渠首設計洪峰流量：

式中：Qp為工程場址的設計洪峰流量，m3/s；Mcp為參證站（沙曼站）的設計洪峰流量模數，m3/（s·km2）；F為工程場址斷面以上集水面積，km2。

設計洪峰流量計算成果見表3。

表3 工程場址設計洪峰流量成果表 單位：m3/s

3.2.2 地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線法

采用地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線法［3-5]推求工程場址設計洪峰流量中，選用沙曼水文站實測最大洪峰流量系列資料，計算各選用站洪峰流量頻率，然后將各種頻率的流量換算為模比系數（Qi/），點在同一機率格紙圖上，并且重點考慮沙曼站的點據，配一條模比系數綜合頻率曲線，見圖2，在曲線上查出調查洪水模比系數KJ，設計頻率模比系數KP，和調查洪峰流量QJ，代入公式：

式中：QP、QJ為設計、調查洪峰流量，750 m3/s；KP、KJ為設計、調查洪峰流量的模比系數。

表4 工程場址地區綜合法設計洪峰流量計算成果表

圖2 地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線

3.3 設計洪峰流量成果綜合評定

以上兩種方法計算工程場址設計洪峰流量成果見表5。

表5 各種方法計算工程場址設計洪峰流量成果表 單位：m3/s

①洪峰模數法：由于參證站與工程場址地處于同一河流的上下游，集水面積相差17%，其下墊面和洪水的形成具有相似性，故直接移用參證站洪峰相同頻率的洪峰模數估算的設計洪水，該法計算方便，所以其設計洪水成果存在較好的合理性。

②地區綜合頻率曲線法：選用3 個上下游和鄰近河流水文站作參證站，選用參證站資料系列較長，基本可以綜合的反映出該地區洪峰流量情況，采用的工程場址歷史洪水調查成果較可靠。

由表5 可知，兩種方法設計成果比較接近，所選參政站洪水主要是以暴雨和冰雪消融型洪水形成，而工程場址所在庫山河上游洪水類型主要是冰雪消融型洪水或暴雨型洪水，所以兩種方法設計成果是比較合理的。本次計算推薦洪峰模數法計算成果，作為本次工程場址設計依據。

4 結語

在本次分析計算中，由于工程場址處無實測水文資料，項目組充分利用了本流域及相鄰流域可搜集到的實測水文資料和研究成果（沙曼站資料系列），使用的計算分析方法合理、可靠，并嚴格執行設計洪水計算的有關技術規范，推算出了工程場址的設計洪水等水文依據。從而保證了計算成果的準確性。但是由于區間洪水無實測資料，故推求的工程場址設計洪峰流量成果存在較大的不確定性。為了工程運行管理的分析研究，建議盡快設立專用水文站，進行資料收集。