新疆阿圖什布古孜河防洪堤工程河段設計洪峰流量計算

張 云

（新疆維吾爾自治區克孜勒蘇水文勘測局,新疆 克孜勒蘇柯爾克孜 845350）

城市防洪工程經常由于集水面積不大,沒有流量觀測記錄或記錄不足,無法計算設計洪水。基于此,根據“多種方法、綜合分析、合理選定”的原則,水利工程通常采用綜合單位線法、推理公式法、經驗公式法、凈雨過程等,計算洪峰流量和洪水過程線,其計算結果是河道整治、城市防洪等工程的決策依據,意義重大。本文圍繞新疆阿什圖布谷孜河防洪堤工程河段設計洪峰流量展開計算分析。

1 工程概況

布古孜河流域位于我國新疆塔里木盆地西部克州阿圖什市境內,其北部與吉爾吉斯坦共和國交界,南與克孜河毗鄰,東與哈拉峻盆地接壤,西鄰恰克馬克河。

阿圖什市布古孜河防洪河段防洪堤工程位于克孜勒蘇柯爾克孜自治州（以下簡稱克州）阿圖什市阿湖鄉、哈拉峻鄉、吐古買提鄉及烏恰縣鐵列克鄉,防洪河段均為布古孜河支流,防洪工程河段左、右岸均為鄉村或農田。阿圖什市布古孜河防洪河段防洪堤工程分四個部分：烏恰縣鐵列克鄉鐵列克村防洪堤工程河段、阿圖什市吐古買提鄉結然布拉克村防洪堤工程河段、阿圖什市阿湖鄉防洪堤河段、阿圖什市哈拉峻鄉阿亞克蘇洪村防洪堤河段。

2 防洪堤工程河段設計洪峰流量計算

為推求工程場址處的設計洪水,本次借用同一氣候區內的鄰近參證站的設計洪峰流量成果和最大一日降水量資料,分別采用地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線法和面積比指數法、經驗公式法,推算防洪工程河段設計洪峰流量。

①參證站

阿俄水文站測驗斷面以上河長105 km,集水面積為2112 km2；恰其嘎水文站,測站以上河長125 km,集水面積為378 8km2；卡浪溝呂克水文站,測站以上河長92 km,集水面積1954 km2；卡拉貝利水文站,測站以上河長213 km,集水面積為13700 km2。

②設計洪峰流量計算斷面

烏恰縣鐵列克鄉鐵列克村防洪堤工程河段位于鐵列克村上游跨河大橋至下游4.0 km處,其中,鐵列克村防洪堤左岸防洪工程以跨河大橋下游約20 m為起點,防洪工程長度4.0 km,右岸防洪工程以跨河大橋下游約500 m處為起點,防洪工程長度2.5 km,設計洪峰流量計算斷面選擇在右岸防洪堤起點處,斷面以上集水面積545.9 km2。

阿圖什市吐古買提鄉結然布拉克村防洪堤工程河段位于跨河大橋上游約0.5 km至下游約3.5 km處,設計防洪堤長度3.4 km,由于大橋上、下游修建防洪工程,對天然斷面有所破壞,設計洪峰流量計算斷面選擇在大橋以下500 m處,斷面以上集水面積784.7 km2。

阿圖什市哈拉峻鄉阿亞克蘇洪村防洪堤河段位于跨河大橋上游1.0 km至下游公路橋處,設計防洪堤長度10 km（左岸5.0 km,右岸5.0 km,該河段兩岸曾修建防洪堤,但目前均已被沖毀）,左岸與右岸起點基本一致,設計洪峰流量計算斷面選擇在本次防洪工程起點處,斷面以上集水面積709.6 km2。

2.1 地區洪峰流量模比系數綜合頻率線法

選取處于同一氣候區內的卡浪溝呂克水文站、恰其嘎水文站、阿俄水文站及卡拉貝利水文站作為本次計算的參證站,并根據上述參證站的實測年最大洪峰流量和歷史調查洪水資料,采用地區洪峰流量綜合頻率曲線法[1]對調查斷面的設計洪峰流量進行推求：

式中：Qp為設計洪峰流量,m3/s；Kp為設計洪峰流量的模比系數；Qd為調查歷史洪水洪峰流量,鐵列克村防洪堤309 m3/s,結然布拉克村防洪堤440 m3/s,阿亞克蘇洪防洪堤372 m3/s；Kd為調查洪水洪峰流量的模比系數,重現期38 年相應的Kd=6.13。

根據參政站的歷史調查洪水資料以及實測洪峰流量樣本,編制項目地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線,見圖1,并據此求得Kp值和布古孜河防洪工程河段處不同設計頻率下的設計洪峰流量,見表1。

圖1 地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線圖

表1 地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線法設計洪峰流量 成果表 單位：m3/s

2.2 面積比指數法

本文根據阿俄站的設計洪峰流量成果,采用面積比指數法[2]對防洪工程河段設計洪水進行估算,其計算公式為：

式中：QGp為工程節點斷面處的設計洪峰流量,m3/s；MCp為參證站的設計洪峰流量,m3/s；根據相關計算,參證站設計洪峰流量見表2；fc、fg為參證站、工程節點斷面處的集水面積,km2。

根據上式計算出的防洪河段洪水調查斷面設計洪峰流量見表2。

表2 防洪工程河段洪水調查斷面設計洪峰流量成果表單位：m3/s

2.3 經驗公式法

參考希堯等“新疆小河流域洪峰流量均值計算經驗模式探討”一文對新疆天山南北坡、帕米爾高原、昆侖山北坡諸小河流域計算經驗式：

式中：Qm為多年平均年最大洪峰流量, m3/s；F為控制斷面以上集水面積, km2；C為河流參數,C=L/J；f為流域形狀系數,f=F/L2；Pm1為流域多年平均最大一日降水量, mm。

防洪工程河段最大一日降水量,借用鄰近流域阿俄水文站最大一日降水量資料,推求防洪堤工程河段處的多年平均年最大洪峰流量見表3中。

表3 防洪堤工程河段處多年平均年最大洪峰流量估算表單位：m3/s

由表3 中防洪堤工程河段多年平均洪峰流量,再借用阿俄水文站設計洪峰流量的CV和CS,查P-Ⅲ型曲線模比系數Kp值,從而推得防洪堤工程河段處不同保證率的設計年最大洪峰流量成果,見表4。

表4 防洪工程河段洪水調查斷面設計洪峰流量成果表單位：m3/s

2.4 設計洪峰流量成果

（1）地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線法：該方法簡便易行、適用于無資料流域的洪峰流量計算,計算成果較可靠。

（2）面積比指數法:該法計算方便,但是工程場址與參證站流域面積相差懸殊,計算成果偏小,其設計洪水成果不利于工程安全。

（3）經驗公式法：本次選用同一氣候分區的相似流域參證站阿俄站的最大一日暴雨資料進行設計流域的設計洪水計算,資料系列可靠,具有較好的代表性,但該站已撤銷近26 年,資料系列對計算成果有一定的影響。

經統籌考慮工程安全及工程成本合理,建議采用地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線法計算成果,作為本次布古孜河防洪工程河段的設計依據,阿湖水庫泄洪道防洪堤工程洪峰流量,直接采用調洪演算成果,見表5。

表5 布古孜河防洪工程河段洪峰流量表 單位：m3/s

3 結語

布古孜河防洪堤工程河段設計洪峰流量的計算充分利用了布古孜河阿俄水文站的水文、氣象觀測資料,按照相關規范技術要求,分別采用地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線法與面積比指數法、經驗公式法三種方法對其設計洪峰流量進行了計算。通過上文中的分析,認為地區洪峰流量模比系數綜合頻率曲線法所得的計算成果較為可靠,且綜合工程安全及工程成本,推薦本項目采用該方法的計算成果,作為阿圖什市布古孜河防洪河段防洪堤工程的設計依據。