阿克蘇河流域洪水的時空分布特征分析

丁文杰

(新疆阿克蘇市水利局，新疆 阿克蘇 843000)

阿克蘇河流域位于天山南麓中段西部地區、塔里木盆地西北邊緣，流域的地理位置位于東經75°35′～82°00′；北緯40°17′～42°27′之間，阿克蘇流域流域面積5.14×104km2。工程場址位于西大橋(新大河)水文站下游22 km拜什吐格曼鄉，大河樁號：36+890～41+590。

阿克蘇河由托什干河及庫瑪拉克河匯合而成，流域水資源開發歷史悠久，水利工程眾多，托什干河自上而下依次建有躍進渠首、秋格爾渠首、聯合渠首、阿合雅渠首、吉格吉渠首、麥蓋提渠首、紅星渠首等水利工程，庫瑪拉克河自上而下建有協和拉引水樞紐、革命大渠龍口、多浪渠首等水利工程。兩河匯合后主要建有西大橋電站引水渠首及艾力西渠首。

1 流域概況

1.1 地形地貌

阿克蘇河拜什吐格曼下段防洪工程段位于阿克蘇河流域上游河段，距阿克蘇市30 km，地貌上處于南天山山地與塔里木盆地北西緣交合處。阿克蘇河流域地勢總的輪廓是北高，南低，高處為中、低山丘陵，低處為阿克蘇河沖洪積平原。

(1)北部中、低山丘陵：位于阿克蘇河上游，為背斜(特里木背斜)隆起帶。海拔高程1 300～1 900 m，相對高差小于200 m。山地北西向溝谷發育，丘陵頂部渾圓，丘陵坡度平緩，干燥剝蝕作用強烈，風化的砂卵礫石遍布坡面。中、低山丘陵出露地層為Q1x西域組礫巖。

(2)北部山區山前洪積傾斜礫質平原：堆積層主要為(Q3PL)砂卵礫石層。山前礫質帶坡度較大，一般為3°～5°，除烏什平原西北邊緣砂質帶有短途的常年性徑流外，地表徑流均貧乏，只有短暫的洪水，在丘陵區的各洪溝出口處，排列著近代小洪積錐，北山山麓帶的溝谷深達10～20 m，一般侵蝕作用較弱，沖溝深1～4 m，地面極端荒漠化。

(3)阿克蘇河沖洪積平原：為上更新統(Q3aL)和全新統(Q4aL)沖積細土(包括粘性土、砂土及砂卵礫石)分布區。細土堆積厚度幾米至30余 m，其下為巨厚的砂卵礫石層。地面平坦，微向河谷傾斜。阿克蘇河右岸普遍發育有Ⅰ～Ⅲ級階地，屬基座階地。Ⅰ級階地高出河床1.0～2.0 m，Ⅱ級階地高出河床3～6 m，Ⅲ級階地高出河床10～20 m。

(4)西南部中、低山丘陵：為南部干旱荒漠性質的基巖山區。其西部(柯枰縣)地勢最高，海拔3 500～3 600 m，其余則漸降低至1 500～1 600 m，整個南部山區為北東—南西向穹形構造隆起(柯枰斷隆)。在阿克蘇市附近主要為海拔1 200～1 600 m單面低山、丘陵，出露地層主要為元古界，新生界第三系地層。下、中石炭統(C1-2)，綠色、灰綠色絹云母綠泥石—石英片巖，千枚。灰巖、泥質灰巖及頁巖。

1.2 河流水系

阿克蘇河由庫瑪拉克河和托什干河匯合而成，西大橋水文站基本控制了阿克蘇河的水量。

庫瑪拉克河(又稱昆馬力克河)流域位于新疆阿克蘇地區的溫宿縣境內，地理坐標介于東經78°15′～80°12′，北緯41°10′～42°24′之間，為阿克蘇河兩大源流之一。

庫瑪拉克河發源于天山山脈汗騰格里峰西側，河流上游水系極為發育，兩岸分別有奎柳河、烏奇喬利河、阿克西拉克河、伊內爾切克河、卡英德河等多條支流匯入。進入中國境內后稱為庫瑪拉克河。

庫瑪拉克河河源冰雪資源極為豐富，據《中國冰川編目》記載，庫瑪拉克河發育有冰川124條，冰川總面積3 207 km2。河流出山口處設有協合拉水文站，為庫瑪拉克河出山口控制站，設立于1956年6月，為國家基本水文站。測站以上控制河長260 km，其中境內河長35 km，控制集水面積12 816 km2。

庫瑪拉克河在協合拉站下游38 km處分為東、西兩支(為便于敘述以下簡稱為分汊口，下同)。西支于分汊口下游21.4 km西大橋電站攔河閘前與托什干河匯合；東支于分汊口下游21.5 km西大橋電站后與托什干河匯合，始稱阿克蘇河。

托什干河發源于天山南脈主山脊北坡，河源由兩條支流組成：西支阿克賽河發源于海拔3 955 m的烏爾他蘇達坂附近；東支繆德留姆河發源于海拔3 907 m的庫別爾根提山口附近。兩支流相向而行，在吉爾吉斯斯坦境內的曹衣東屋附近匯合，匯合口以下河段始稱托什干河。托什干河呈羽狀水系，自西向東流，沿程接納多條支流，其中較大支流有艾克提克河、開特別克河、廓噶爾特河、瓊烏撤庫什河等。

沙里桂蘭克水文站為托什干河出山口控制站，測站以上河長為358 km，國內河長177 km，測站以上集水面積為19 166 km2，實測多年平均年徑流量為27.99×108m3。

2 洪水分析

2.1 洪水的成因

阿克蘇河洪水源自托什干河和庫瑪拉克河兩大支流，因而洪水的成因主要是冰雪消融、冰川突發洪水和局地暴雨。

2.2 洪水的類型及特征

洪水類型分為冰雪消融洪水、冰川突發洪水、暴雨洪水、暴雨及冰雪消融混合型洪水、冰雪消融與冰川突發洪水混合型洪水。阿克蘇河匯集了兩大支流的洪水，其洪水特征綜合了兩大支流洪水特性，表現出如下主要特征：

(1)洪水類型多樣化。阿克蘇河洪水可分為冰雪消融型洪水、冰川突發洪水、暴雨洪水三個基本的洪水類型，不同類型洪水以及兩大支流洪水的遭遇，使阿克蘇蘇混合型洪水形式多樣化。

(2)年最大洪峰流量發生時間跨度大。自阿克蘇河西大橋水文站設立以來，歷年來最大洪峰流量從5-9月均有發生，8月份是年最大洪峰發生頻率最高的月份，6-8月份是大洪水多發季節，90%以上年最大洪峰流量均發生在這一時段。

(3)庫瑪拉克河洪水是構成阿克蘇河洪水的主要供水源，二者洪水過程具有相似性，這表明阿克蘇河洪水在很大程度上受制于庫瑪拉克河洪水。因而阿克蘇河承襲了庫瑪拉克河洪水的主要特征，即冰川湖突發洪水頻繁發生，洪水過程峰高量大。

阿克蘇河西大橋水文站歷史最大實測洪峰流量3 100 m3/s，發生于1999年7月。

2.3 洪水的時空分布

阿克蘇河的洪水出現在5-8月份，年最大洪峰流量90%以上出現在6-8月，8月份出現的頻次最多，可占到50%以上，其次是6月份。阿克蘇河年最大洪水各月出現頻次見表1。

表1 阿克蘇河西大橋水文站年最大洪水各月出現頻次

2.4 歷史洪水調查

限于人力、物力和工作的局限性，對阿克蘇河的歷史洪水不再作進一步的調查，本次計算直接采用前人的調查結果如下：

1999年水利部批準的《阿克蘇河防洪規劃報告》、2012年新疆水利廳批準的《阿克蘇河良種場上段防洪工程》及2013年批準的《阿克蘇河良種場下段防洪工程》中的洪水調查資料。

對于上述歷史洪水在上述水利設計、水文計算報告中都做了大量的考證和復核，一致認為歷史洪水調查資料可靠，可以滿足洪水設計計算的要求。

2.5 天然狀態下設計洪水計算

工程場址距上游西大橋水文站22 km，由于老大河(艾里西)水文站從上世紀60年代已人工控制，且中途無匯水及分水情況，因此，可以直接用西大橋水文站合成洪峰流量的還洪峰流量值的設計做為工程場址設計洪峰流量。

連續洪水系列按下列數學期望公式計算經驗頻率：

Pm=m/n+1 (m=1，2，…n)

式中：m為洪水峰(量)值大小順序排位；n為洪水峰(量)系列長度

洪水系列統計參數采用矩法初步估算，采用P-Ⅲ型頻率曲線適線法選配確定。設計洪水計算成果見表2及圖1。

圖1 工程場址洪峰流量頻率曲線

表2 工程場址天然狀態洪峰流量頻率計算表 m3/s

2.6 工況下設計洪峰流量的計算

根據《新疆阿克蘇河防洪規劃》，工程場址以上各渠首均不承擔防洪任務，只有阿克蘇(老大河)有防洪任務，因此，本報告采用天然條件下工程場址處設計洪水減去老大河分洪流量的計算成果做為工況下設計洪水。

2.7 施工期設計洪水

根據施工設計的要求，本次計算斷面的施工期安排在9-11月。

根據施工期洪水時段的劃分，選取西大橋站9-11月的洪水作為樣本，由于9月份上游渠首引水對施工期洪水有影響，因此對施工期洪水樣本進行還原，采用頻率計算法，對該時段內的還原洪水進行計算，頻率曲線圖見圖2。

圖2 西大橋站施工期洪水頻率曲線

工程場址位于西大橋水文站下游河道左岸，施工期設計洪水達不到老大河分洪洪水，工況下施工期設計洪水，可以直接采用西大橋站施工期洪水。

2.8 成果合理性分析

對分期設計洪水成果，分析各分期洪水的統計參數和同頻率設計值的年內變化規律，并與年最大洪水的統計參數和同頻率設計值進行比較，對設計成果做合理性檢查。對西大橋站的年最大洪水的統計參數和同頻率設計值進行比較，計算結果見表3。

表3 西大橋站設計洪水成果對照表 m3/s

從表3中可以看出，施工期洪水各設計頻率的設計值均小于同頻率下的年最大洪水，Cv與Cs均大于年最大洪水，計算結果較為合理。

3 結語