新疆阿爾塔什水利樞紐工程設計洪水參數確定

戚海峰

(中國核工業集團新華水力發電有限公司新疆巴州新華水電開發有限公司,烏魯木齊 830000)

0 前 言

大型水利樞紐工程建設可以改善當地水資源分布不均的現狀，對當地經濟、社會、環境效益具有重要意義。水利樞紐工程一般承擔著重要的防洪作用，合理確定洪水參數可為水利工程設計提供設計依據，在保證工程安全的前提下，可以提高工程設計的合理性、經濟性[1-2]。目前，設計洪水參數的確定主要采用內插法、衰減法、直接移用法，針對流域情況變化較小時適宜性較強。針對不同的流域環境條件，需要采用不同的洪水參數確定方法，以保證獲取合理的設計洪水參數[3-4]。阿爾塔什水利樞紐工程是葉爾羌河流域重要的水利工程，葉爾羌河流域洪水頻發，洪水類型多樣，每年洪量變化較大，設計洪水參數確定難度較大。本文根據葉爾羌河流域流域洪水特點，收集歷史洪水資料，對歷史洪水資料進行統計分析，確定樞紐壩址區的設計洪水參數，為阿爾塔什水利樞紐工程設計及施工提供依據。

1 洪水特征及歷史洪水調查

1.1 洪水成因及特性

阿爾塔什水利樞紐工程位于葉爾羌河流域。葉爾羌河流域洪水極為特殊，洪水類型主要包括常見的：冰川積雪消融、暴雨、消融+暴雨混合型、冰川突發型、消融+冰川突發型。其中，淺種洪水類型在新疆地區較為常見，后兩種類型洪水在新疆地區較少出現，突然型洪水具有起漲速度、洪峰值極高等特點[5-7]。

1.2 歷史洪水與重現期

根據調查，葉爾羌河流域歷史上發生過多次洪水。如：1759、1804、1851、1881、1892年等。卡群水文站周邊調查的最大洪水發生于1880年9月，最大洪峰流量約為9 140 m3/s。

卡群站除1880年9月洪水大于1961年9月實測最大洪峰之外，其余場次最大洪峰均小于卡群1961年9月實測洪水。因此，選取1880年9月洪水計算歷史重現期，歷史最大洪水發生時間距調查時間約133 a，因此，歷史重現期按照130 a計算。

1.3 洪水系列

卡群、庫魯克欄干水文站站址以上流域，地處山區，實測洪水系列一致性較好，故不進行洪水系列還原計算。其中卡群水文站有1954—2012年共59 a的實測洪水要素資料，較為完整，可滿足洪水統計與計算的需要，故不進行實測洪水系列的插補延長工作。庫魯克欄干站與卡群站為葉爾羌河上下游關系，因此可以采用卡群站與庫魯克欄干水文站同期洪峰、時段洪量相關，從而插補出庫魯克欄干站1954—1958、1968—1969、1880年年最大24 h,3、5、7、15 d洪量，組成1954—2012年洪水系列。

表1 阿爾塔什采用水文站信息一覽表

2 設計洪水計算

參證站設計洪水根據卡群、庫魯克欄干站1954—2012年水文參數計算，見公式(1)、(2)；按適線法[8]由PIII型曲線進行適線，頻率曲線的適線結果參見圖1～ 2所示。

圖1 流域水系及工程位置

(1)

(2)

公式(1)、(2)中：Q為設計洪峰,m3/s；W為設計洪量,m3/s；F為面積,km2；L為距離,km；K為系數。

圖2 卡群站年最大洪峰流量頻率曲線

阿爾塔什壩址位于葉爾羌河卡群水文站上游55 km，壩址控制流域面積46 445.6 km2，壩址與卡群站區間面積3 802.4 km2，壩址上游有支流塔什庫爾干河匯入。塔什庫爾干河下坂地水利樞紐總庫容8.67×108m3，水庫壩址控制流域面積9 570 km2，不設防洪庫容，設計工況下，水庫100年一遇洪峰為750 m3/s，最大下泄流量536 m3/s，校核洪水1 310 m3/s，最大下泄920 m3/s，二者削峰約29%[9]。根據水庫上游伊爾列黑站與葉爾羌河干流卡群站1960—1967、2000—2010年同期實測洪水資料分析，在不考慮伊爾列黑站與卡群站兩站區間洪水匯入的極端情況下，伊爾列黑站洪峰平均約占卡群站的4.5%，考慮下坂地水庫調節作用后，洪水約占卡群站的3.2%。可以看出下坂地水庫工程修建后，其對洪水的調節作用較葉爾羌河干流小。因此塔什庫爾干河上的洪水對下游阿爾塔什水庫壩址處洪水影響較小，下坂地水庫工程的修建對阿爾塔什壩址處洪水的影響可以忽略不計。基于上述分析，只需計算阿爾塔什壩址處天然洪水情況。

阿爾塔什壩址與下游卡群站區間面積約3 802.4 km2，壩址處無長系列實測水文資料，考慮專用站與卡群水文站同屬于葉爾羌河上游下游站，以卡群水文站為參證站，分別采用其年最大洪峰、24 h,3、5、7、15 d洪量與專用站相關，插補出專用站相應洪峰、洪量，兩站洪峰流量見圖3。

圖3 卡群與專用站洪峰流量關系

專用站設計洪水與阿爾塔什壩址設計洪水成果略有差異，設計洪峰偏差在3%以內，設計洪量比原有成果略有偏小，主要是由于卡群站位于專用站以下，區間存在部分產流。考慮到阿爾塔什水庫為大I型水庫，調蓄能力較強，本次復核洪峰偏差在合理范圍內。因此，阿爾塔什壩址設計最大洪水量見表2。

表2 設計最大洪量參數

設計洪水過程線采用同頻率法計算，從卡群站實測洪水要素中選取消融與冰川突發洪水的混合型洪水過程，推算阿爾塔什水利樞紐壩址處的設計洪水過程線，并通過調洪計算，推薦采用對工程偏不利的1961年典型洪水，其相應的設計洪水過程見圖4。

圖4 1961年阿爾塔什水利樞紐設計洪水過程線

3 設計洪水合理性分析

根據1986年7月、1987年6月葉爾羌河冰川洪水科學考察隊科研成果，克亞吉爾特索湖、特拉木坎力冰川湖歷史最大蓄水量分別為3.18×108、1.92×108m3，兩湖合計的最大蓄水量為5.1×108m3。

阿爾塔什水利樞紐按照1000年一遇工況進行設計，設計洪量為8.78×108m3，校核工況采用10 000年一遇洪水洪量5.34×108m3。有記錄以來，葉爾羌河最大洪水發生于1962年，7 d最大洪量為6.1×108m3，根據歷史洪水資料，1880年9月洪水3 d洪量為7.23×108m3。根據1962年洪量和1880年9月洪水洪量，對葉爾羌河設計、校核工況設計洪水合理性進行分析，設計洪水流量大于歷史洪水洪量和冰湖蓄水量。設計洪水參數采用的實測數據考慮了冰湖洪量，設計洪水較為合理。

4 結 論

(1) 阿爾塔什水利樞紐屬于葉爾羌河流域，洪水類型主要包括：冰川積雪消融型、暴雨型、消融與暴雨混合型、冰川突發型洪水、消融與冰川突發洪水的混合型洪水，流域洪水較為頻發。

(2) 阿爾塔什水利樞紐專用參證站與卡群站洪峰流量滿足y=1.1015x-247.03(R2=0.9839)，卡群站洪峰流量較專用站小，主要原因是卡群站位于專用站以下，區間存在部分產流。

(3) 阿爾塔什水利樞紐工程P=0.01%頻率下，設計洪峰流量為18 403 m3/s，P=0.1%頻率下，設計洪峰流量為13 540 m3/s，P=1%頻率下，設計洪峰流量為8 786 m3/s，設計洪水參數與現場調查的歷史洪水數據較為吻合，設計洪水參數較為合理。