九家灣水庫除險加固設計洪水分析

趙丹丹

（新疆維吾爾自治區(qū)水利管理總站，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

九家灣水庫位于烏魯木齊市沙依巴克區(qū)九家灣，始建于1966 年，水庫通過湟渠引蓄、收集東和平渠水和泉水，是一座小（1）型平原水庫，控制灌溉面積666.67 hm2。水庫原設計總庫容116萬m3，主要建筑物由大壩、放水管組成。

1 水庫水源分析

1.1 水庫水源

九家灣水庫位于雅瑪里克山北坡，妖魔溝下游，水庫利用泉水溢出形成的洼地在其北側(cè)建壩，形成一注入式水庫。九家灣地區(qū)是一帶狀山間盆地，雅瑪里克山北坡、西山東坡的洪水都向盆地內(nèi)匯集，盆地東北部的黑山頭與平頂山之間有一條排洪主河道，將盆地內(nèi)的洪水排入和平渠。水文計算斷面引洪渠首以上集水面積25.60 km2，河長15.90 km，河道比降23‰。

1.2 水文參證站

項目區(qū)內(nèi)沒有水文和氣象站點，屬無資料區(qū)域。九家灣水庫距英雄橋水文站54 km，距烏拉泊站42 km，距白楊河站120 km。同項目區(qū)相比，英雄橋水文站和烏拉泊水文站集水面積過大，測站高程較高，因此，選取了同處天山北坡，高程基本相同、集水面積接近的白楊河水文站點作為此次洪水分析計算的參證站。

2 洪水成因及特性

2.1 暴雨特性

九家灣地區(qū)是帶狀山間盆地，雅瑪里克山北坡、西坡和西山東坡的洪水都向盆地內(nèi)匯集，盆地東北部的黑山頭與平頂山之間有一條排洪主河道，將盆地內(nèi)的洪水排入和平渠。104團紙箱廠以南的妖魔溝與后溝匯集雅瑪里克山西坡的洪水，溝長而且匯水面積大，是九家灣地區(qū)的主要洪水來源，這部分洪水流經(jīng)紙箱廠家屬院，穿過西山公路和蘭新鐵路涵洞與來自燒堿廠上游雅瑪里克山北坡的洪水匯合后，流向東北方向，在312國道和外環(huán)路附近與來自西山東坡的洪水匯合，然后沿排洪主河道下泄。

此地區(qū)降水以大尺度天氣系統(tǒng)影響為主，伴有中小尺度天氣系統(tǒng)活動，局地暴雨時有發(fā)生。發(fā)生暴雨的時間統(tǒng)稱在夏季6、7、8三個月里，常常是較高氣溫持續(xù)數(shù)日，然后大雨不斷，陰雨天氣維持2-3日甚至更長。由于山地抬升效應，常見暴雨以中高山帶為中心。局地暴雨歷時短而強度大。

2.2 洪水特性

九家灣地區(qū)洪水主要是局地性暴雨洪水，也有春季融雪性洪水。季氣溫回升快，積雪迅速融化，再伴以春雨相應，則易形成威脅城區(qū)的春洪，春洪通常發(fā)生在3月10日前后，一般持續(xù)2-3 d，但有時也要持續(xù)1 周以上，根據(jù)資料記載，春洪發(fā)生日期、量級主要與春初積雪和開春后氣溫回升有關；局地性暴雨洪水多發(fā)生在夏秋季，不同尺度的天氣系統(tǒng)過境時，由于地形

等各類因素影響，可能發(fā)生短歷時高強度暴雨，一般情況下暴雨籠罩面積小，僅數(shù)十到數(shù)百平方公里，暴雨歷時短，多為幾十分鐘，但強度大，可能在小范圍內(nèi)造成洪水災害，雨強大于下滲則很快產(chǎn)流。

3 暴雨洪水分析

3.1 設計暴雨計算

設計暴雨計算采用頻率分析法。對項目區(qū)歷史暴雨資料無法進行重現(xiàn)期調(diào)查和考證，直接采用烏魯木齊氣象站1951-2017年共67年的最大一日降水量系列資料作皮爾遜Ⅲ型頻率曲線，烏魯木齊氣象站年最大一日降水量頻率計算成果見表1。

表1 參證站烏魯木齊氣象站最大一日降水量頻率計算成果表

3.2 設計洪水計算

此次計算所涉及的洪水屬無資料地區(qū)，依照《水利水電工程設計洪水計算規(guī)范》對短缺資料地區(qū)設計洪水分析計算的要求，必須采用多種方法計算，并對各計算方法計算成果進行綜合分析，合理選定最后推薦成果。根據(jù)上述要求，此次采用調(diào)蓄經(jīng)驗單位線法、洪峰模數(shù)法、推理公式法及暴雨產(chǎn)流法四種方法進行設計洪水計算。

3.2.1 調(diào)蓄經(jīng)驗單位線法

點面折算系數(shù)取用1.00，再將最大一日暴雨乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)K，采用全區(qū)統(tǒng)一值1.13。經(jīng)計算，計算斷面設計洪水成果見表2。

表2 調(diào)蓄經(jīng)驗單位線法計算斷面設計洪峰流量成果表

3.2.2 推理公式法

該區(qū)洪水類型為暴雨洪水，推理公式法是規(guī)范推薦推求小流域暴雨洪水使用的方法之一。根據(jù)《水利水電工程設計洪水技術(shù)規(guī)范》及《水利水電設計洪水計算手冊》等參考技術(shù)數(shù)據(jù)，并結(jié)合流域下墊面條件，選取不同參數(shù)采用推理公式法計算出九家灣水庫設計洪峰流量。其中，流域面積為25.60 km2，溝長15.92 km，比降為0.02，匯流參數(shù)為1.69。

3.2.3 洪峰、洪量模數(shù)法

以阜康白楊河站作為參證站，繪制1964-2017年最大洪峰流量頻率曲線，以適線法進行適線，從而得到設計洪峰流量的參數(shù)。計算結(jié)果見表3。

表3 模數(shù)法計算斷面設計洪峰流量成果表

3.2.4 暴雨產(chǎn)流法

因白楊河水文站洪量主要是混合型洪水，而此次計算斷面的洪量主要來自暴雨，通過暴雨產(chǎn)流法計算出純暴雨在流域上的產(chǎn)洪流量。參證站烏魯木齊氣象站最大一日降水量頻率計算成果見表2，匯流面積為25.60 km2，經(jīng)驗產(chǎn)流系數(shù)取0.35。

3.3 設計洪水成果推薦

通過調(diào)蓄經(jīng)驗單位線法、洪峰洪量模數(shù)法、推理公式法及暴雨產(chǎn)流法對九家灣水庫上游斷面的設計洪水進行計算，不同方法計算設計洪水成果見表4。

表4 不同方法計算設計洪峰、洪量匯總表

由表4 可以看出，三種方法計算成果差異較大，可能與洪水計算方法的適用性有關。①調(diào)蓄經(jīng)驗單位線法采用的是烏魯木齊氣象站的實測降水資料，最大24 h 降水量是轉(zhuǎn)換而成的，且使用的產(chǎn)流、匯流參數(shù)沒有實測資料驗證，任意性較大，不推薦調(diào)蓄經(jīng)驗單位線法計算的洪峰成果。②九家灣水庫上游流域的夏季暴雨洪水為陡漲陡落的過程，通過暴雨產(chǎn)流法計算的百年一遇洪量為64.40 m3，洪峰洪量模數(shù)法計算百年一遇洪量為86.53 m3，調(diào)蓄經(jīng)驗單位線法計算百年一遇洪量為53.29 m3，考慮到工程最不利的因素，選擇最大的洪量作為水庫的設計洪量。因此，洪量成果推薦洪量模數(shù)法計算成果。

4 結(jié)論

經(jīng)九家灣水庫水源、洪水成因及特性調(diào)查分析，采用調(diào)蓄經(jīng)驗單位線法、洪峰洪量模型法、推理公式法及暴雨產(chǎn)流法推求水庫設計洪水，并對結(jié)果合理性分析。選定推理公式法推算的洪峰成果，采用洪量模數(shù)法計算的洪量成果比較合理。