金溝河引水樞紐設(shè)計洪水計算探討

錢新妮

(新疆金溝河流域管理局，新疆 沙灣 832100)

1 概 況

金溝河流域在新疆維吾爾自治區(qū)沙灣縣，金溝河流域總面積2498.5km2。位于紅山頭出山口的金溝河引水渠首始建于1961年，按照人工彎道設(shè)計建設(shè)的渠首包括非常溢洪堰、泄洪沖沙閘、引水閘、上下游導(dǎo)流堤等建筑。泄洪沖沙閘按5孔閘設(shè)計，單孔寬5m，設(shè)計泄洪流量235m3/s；引水閘按3孔閘設(shè)計，單孔寬4m，設(shè)計引水流量48.5m3/s。

2 洪水系列

金溝河總干渠渠首站為本次設(shè)計主要參證站，是專用水管站，測驗多采用0.6水深一點(diǎn)法測流，定時觀測，一般不隨時監(jiān)測。該站與原紅山頭水文站區(qū)間無支流匯入，且兩站在測流時，常互為引用，資料經(jīng)金溝河管理處水管科整編，根據(jù)兩站同期實測洪水資料分析，見表1，洪峰相對差在基本在1%以內(nèi)，因此紅山頭站與總干渠渠首站洪水資料可以作為同一個系列。本次工作收集到紅山頭水文站1962-1982年、金溝河總干渠渠首站1983-2015年歷年最大洪峰資料，由此得到紅山頭站1962-2015年歷年最大洪峰流量，其系列長度共54a，符合規(guī)范要求[1]。

表1 紅山頭站與總干渠渠首站實測洪峰流量對比表

3 設(shè)計洪水計算

3.1 面積比擬法

八家戶水文站具有1983-2014年完整的實測洪水資料，采用八家戶水文站實測洪峰流量系列，點(diǎn)繪頻率曲線圖，P-III型曲線適線，重點(diǎn)照顧中高水部分。擬重新修建的金溝河引水樞紐位于八家戶水文站下游33km，上下游水文條件基本一致，因此采用面積比擬法，面積指數(shù)取2/3，以八家戶水文站為參證站，直接推求下游引水樞紐設(shè)計洪水，頻率曲線見圖1。設(shè)計成果見表2。

圖1 八家戶水文站年最大洪峰頻率曲線圖

表2 八家戶水文站及引水渠首洪峰流量設(shè)計成果表

3.2 洪水流量疊加法

金溝河引水樞紐與上游八家戶水文站主要有大南溝與大阪溝支流。根據(jù)石河子水文局歷史洪水調(diào)查成果，大南溝1999年8月歷史調(diào)查洪水134m3/s，大阪溝2010年7月歷史調(diào)查洪水147m3/s，重現(xiàn)期均為58a。又由石河子水文局完成的《新疆沙灣縣大南溝河團(tuán)結(jié)引水渠首除險加固工程水文分析計算》(2012年4月，水利廳審查)可知，通過地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法，推求而得的大南溝及大阪溝設(shè)計洪水見表2，疊加干流八家戶站洪水即可計算出金溝河渠首設(shè)計洪水后見表3。

表3 金溝河渠首設(shè)計洪峰成果表(流量疊加法)

3.3 地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法

(1)

(2)

3.3.1 推求地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線

以金溝河流域臨近的瑪納斯河肯斯瓦特水文站為本次設(shè)計主要參證站，針對參證站洪峰流量系列查找地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線，便可得到模比系數(shù)取值，繪制模比系數(shù)綜合頻率曲線，查得不同頻率洪峰流量模比系數(shù)Kp，具體見表4。

表4 不同頻率洪峰流量模比系數(shù)取值表

3.3.2 壩址洪峰流量計算

根據(jù)參證站歷史洪水調(diào)查成果，洪峰流量298.5m3/s，重現(xiàn)期45a，經(jīng)驗頻率2.236%，根據(jù)地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線可知，其洪峰流量模比系數(shù)為2.218，帶入式(1)可反求得洪峰流量均值為125.8m3/s，再帶入式(2)可得出對應(yīng)頻率的洪峰流量，具體見表5。

表5 地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法洪峰流量設(shè)計成果表

3.4 合并系列法

將紅山頭站1962-2015年共54年洪峰流量按連序系列進(jìn)行頻率計算，采用P-III型曲線適線，矩法估算初值，目估定線[2]。經(jīng)計算得到的統(tǒng)計參數(shù)及設(shè)計洪水成果見表6，頻率曲線見圖2。

3.5 成果比較及采用

八家戶與下游金溝河引水樞紐區(qū)間面積為288.3km2，約占樞紐以上集水面積的17%，區(qū)間面積相對較大，且考慮到金溝河暴雨洪水主要發(fā)生在中低山區(qū)，而八家戶站與紅山頭水文站無同期洪水觀測資料，因此當(dāng)采用面積比擬法時，面積指數(shù)為經(jīng)驗參數(shù)，成果可能存在一定的不確定性；采用八家戶站與支流大南溝、大阪溝洪水疊加推求樞紐設(shè)計洪水，主要利用兩支流的歷史調(diào)查洪水，考慮到調(diào)查洪水的量級、重現(xiàn)期的準(zhǔn)確計算存在較大難度，而采用地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法所選用的臨近流域參證站面積相對較大，因此本成果也僅供參考。

圖2 紅山頭水文站年最大洪峰頻率曲線圖

經(jīng)上述分析，由于金溝河引水樞紐與紅山頭水文站距離僅300m，區(qū)間面積僅占紅山頭站以上的0.02%，因此樞紐處設(shè)計洪水可以直接采用紅山頭站洪水分析成果。本次與可研階段對比分析可以看出，兩階段紅山頭站設(shè)計洪峰流量基本一致，本次復(fù)核相比可研階段偏小0.39%，相差較小，因此本次紅山頭站仍采用可研階段成果，見表6。

表6 金溝河引水樞紐(紅山頭站)洪峰流量設(shè)計成果表

4 結(jié) 論

文章采用面積比擬法、洪水流量疊加法、地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法進(jìn)行金溝河引水樞紐設(shè)計洪水計算，所采用的地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法和地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)法是無資料地區(qū)洪水計算常用的方法。地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法選取相同水文分區(qū)內(nèi)相鄰流域洪峰流量模比系數(shù)進(jìn)行流域綜合頻率分析，既能降低計算結(jié)果的抽樣誤差，又能消除水文分區(qū)內(nèi)不同流域水文特性的差異，通過相鄰流域洪峰流量參數(shù)的總和，能得出流域設(shè)計洪水參數(shù)的規(guī)律性。由于瑪納斯河肯斯瓦特水文站和上游八家戶水文站集水面積存在較大不同，洪峰模數(shù)法所推求的設(shè)計洪峰流量值比地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法計算結(jié)果偏小。