劉書(shū)寶，席偉彥

（中國(guó)水電工程顧問(wèn)集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，北京 100024）

單站的年徑流和設(shè)計(jì)洪水成果的合理性往往無(wú)法判斷，結(jié)合新疆木札提河流域水能資源規(guī)劃水文分析計(jì)算成果，以及收集的新疆天山南坡、北坡水文站實(shí)測(cè)資料，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及綜合，對(duì)該地區(qū)徑流洪水規(guī)律有了一定的認(rèn)識(shí)；對(duì)工程地點(diǎn)徑流洪水的推求方法進(jìn)行了初步探討。有關(guān)成果可作為該地區(qū)徑流、洪水設(shè)計(jì)成果合理性分析的依據(jù)，工程地點(diǎn)年徑流、洪水的計(jì)算方法可作為有關(guān)設(shè)計(jì)工作的參考。

1 流域概況

天山南坡包括開(kāi)都河、庫(kù)車(chē)河、阿克蘇河和渭干河等，均發(fā)源于天山南坡冰川區(qū)，南坡河流均匯入塔里木河；北坡包括伊犁河流域和艾比湖流域。天山南坡流域面積154 000 km2，冰川面積4 922.74 km2，冰川覆蓋率3.2%，天山北坡流域面積117 000 km2，冰川面積9 195.6 km2，冰川覆蓋率3.7%。

區(qū)域地貌類型按大單元?jiǎng)澐譃樯絽^(qū)、丘陵和平原三大類型。垂直帶狀結(jié)構(gòu)明顯，山頂為白雪皚皚的冰川；北天山北側(cè)山腰為草地，山腳為洪積沖積平原，間有沙丘和戈壁灘分布；南天山的高山、中山、低山地帶，分布有草地，草原和荒漠。

新疆地處歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，高山環(huán)列，來(lái)自海洋的氣流很難進(jìn)入，氣候特征主要表現(xiàn)在降水量小而蒸發(fā)量大，氣溫日較差大，日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)，屬于溫帶大陸性氣候。降水的分布是北部大于南部，西部多于東部，山區(qū)多于平原、盆地，迎風(fēng)坡多于背風(fēng)坡。根據(jù)破城子水文站資料統(tǒng)計(jì)，汛期6～10月降水量占年降水量的65.8%，非汛期占年水量的34.2%。

2 區(qū)域徑流綜合分析

2.1 徑流特性分析

天山地區(qū)的河流大部分發(fā)源于山區(qū)，源頭有冰川和永久性積雪，冰川和永久性積雪對(duì)河川徑流具有調(diào)節(jié)作用，因此徑流的年際變化較小而年內(nèi)變化較大，伊犁河流域年徑流變差系數(shù)為0.11～0.27，艾比湖流域?yàn)?.11～0.31，開(kāi)都河為0.13～0.29，渭干河的破城子水文站為0.11。天山地區(qū)徑流的年際變化主要受河源地區(qū)冰川面積的影響，冰川面積越大，徑流的年際變化越小，破城子水文站以上冰川面積占水文站集水面積的42.6%，因此變差系數(shù)較小。

徑流的年內(nèi)分配和其補(bǔ)給來(lái)源關(guān)系密切，冬季降水少，氣溫低，降水以固態(tài)形式存于流域中，河川徑流主要來(lái)自地下水，水量最小。山區(qū)特別是高山區(qū)夏季降水多，氣溫高，降水徑流和冰川融水大量補(bǔ)給河流，故發(fā)源于高山區(qū)的較大河流，夏季水量大，伊犁河雅馬渡水文站夏季水量占全年水量的50.2%，冬季占全年水量的10.8%；開(kāi)都河大山口站夏季水量占全年水量的45.0%，冬季占全年水量的10.6%；渭干河破城子水文站夏季徑流占全年的70.2%，冬季占全年水量的4.2%。

新疆河流的河流分為山區(qū)河流和平原河流，山區(qū)是河流徑流形成區(qū)，徑流隨流域面積的增大而增加，平原是河流徑流的散失區(qū)，徑流隨流域面積的增加而減少。河流出山口以后，大量徑流引入灌區(qū)，有的平原河流沿途有許多引水渠首，所以平原河流常常是河渠交錯(cuò)，既有徑流引走也有農(nóng)田排水匯入，河流水量受人類活動(dòng)影響很大。

2.2 基本資料的選用

本次選用的基本資料包括伊犁河8個(gè)水文站、艾比湖8個(gè)水文站、開(kāi)都河11個(gè)水文站、渭干河6個(gè)水文站、阿克蘇2個(gè)水文站等35個(gè)水文站的水文資料，水文資料的徑流系列到1989年，這些水文站大部分都有30年水文資料系列，所選水文站代表性較好。

2.3 水文站多年平均徑流與控制面積綜合關(guān)系分析

根據(jù)本次選用的35個(gè)水文站的徑流成果點(diǎn)繪多年平均徑流量～流域面積的關(guān)系圖，見(jiàn)圖1。

圖1 新疆天山南北坡水文站多年平均徑流量～流域面積關(guān)系線

從圖1可見(jiàn)，天山南北地區(qū)徑流有比較明顯的規(guī)律，據(jù)此可以綜合出天山南北地區(qū)多年平均徑流量與流域面積的關(guān)系，天山南北地區(qū)多年平均徑流量與流域面積的關(guān)系公式為：

式中：W為多年平均徑流量，億m3；F為流域面積，km2。

綜合分析圖1可見(jiàn)，天山南北地區(qū)在集水面積小于1 000 km2時(shí)，流域產(chǎn)流量有明顯的差別，當(dāng)集水面積大于1 000 km2時(shí)，流域產(chǎn)流量差別不大，但北天山地區(qū)產(chǎn)流量大于南天山地區(qū)。

2.4 工程地點(diǎn)年徑流量計(jì)算的方法探討

在天山南北地區(qū)有關(guān)河流的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，可根據(jù)本文總結(jié)的天山南北地區(qū)產(chǎn)流規(guī)律，利用壩址以上集水面積估算壩址徑流量，或利用新疆維吾爾自治區(qū)水利部門(mén)第三次全國(guó)水資源評(píng)價(jià)時(shí)所做的新疆徑流深等值線圖計(jì)算壩址的徑流量，計(jì)算電站的有關(guān)動(dòng)能參數(shù)。

在收集到工程所在河流水文站或鄰近流域水文站的長(zhǎng)系列水文資料后，進(jìn)行資料系列的 “三性”檢查后，計(jì)算水文站多年平均徑流量，與新疆等值線計(jì)算成果進(jìn)行比較，并計(jì)算修正系數(shù)。修正系數(shù)的計(jì)算公式是：

式中：W1—利用水文站實(shí)測(cè)徑流系列計(jì)算的徑流量，萬(wàn)m3；R—水文站以上平均徑流深，mm；F—水文站以上集水面積，km2。

工程地點(diǎn)年徑流的計(jì)算方法是利用等值線計(jì)算壩址以上多年平均徑流深，再利用水文站的多年平均徑流量修正系數(shù)進(jìn)行修正，即可計(jì)算出壩址多年平均徑流量。變差系數(shù)Cv和偏態(tài)系數(shù)Cs的取值可以根據(jù)水文站的的參數(shù)合理取值。

2.5 成果的應(yīng)用

天山南北地區(qū)徑流組成比較復(fù)雜，單個(gè)水文站計(jì)算的年徑流成果往往難以判斷合理性，因此在完成資料的“三性”分析檢查，徑流參數(shù)計(jì)算后，需要根據(jù)地區(qū)的規(guī)律，判斷成果的合理性。判斷的方法是把水文站的計(jì)算成果點(diǎn)繪在新疆南北水文站多年平均徑流量～流域面積關(guān)系圖上，評(píng)價(jià)多年平均徑流量的合理性，然后根據(jù)本文提供的方法計(jì)算有關(guān)工程地點(diǎn)的徑流成果。這對(duì)提高設(shè)計(jì)成果的可靠性是有益的。

3 區(qū)域洪水規(guī)律探討

3.1 洪水特性

天山地區(qū)的洪水有融雪型洪水，暴雨洪水、融冰型洪水、冰川湖潰決洪水、冰凌洪水和混合型洪水。不同類型的洪水發(fā)生的季節(jié)有明顯的不同，融雪型洪水主要發(fā)生在3～5月份，暴雨洪水、融冰型洪水主要發(fā)生在6～8月，冰川湖潰決洪水主要出現(xiàn)在夏末、秋季或初冬，冰凌洪水主要發(fā)生在11月底至翌年2月中旬。

融冰雪型洪水與氣溫關(guān)系密切，洪水過(guò)程有一日一峰的變化規(guī)律；混合型洪水一日一峰，峰高量大，主峰滯后于降雨；暴雨性洪水，峰高量小，陡漲陡落。年最大洪水的峰型多為混合型，河源冰川和永久性積雪消融，降雨也在高峰季節(jié)。

受冰川和永久積雪融化的調(diào)節(jié)作用，洪水最大洪峰的年際變化相對(duì)較小，木札提河破城子水文站洪峰流量變差系數(shù)為0.35，伊犁河卡甫其海水文站洪峰流量變差系數(shù)為0.58，艾比湖山口水文站年徑流變差系數(shù)為0.69。

3.2 基本資料的選用及水文站設(shè)計(jì)洪水

本次收集了天山南北地區(qū)的阿克蘇河、渭干河、伊犁河、艾比湖等河流的13個(gè)水文站的設(shè)計(jì)洪水成果作為代表站探討天山南北地區(qū)洪水規(guī)律，這些站的洪水成果經(jīng)過(guò)上級(jí)有關(guān)部門(mén)的審查，設(shè)計(jì)成果已經(jīng)用于工程設(shè)計(jì)，因此設(shè)計(jì)洪水成果是基本合理的，也是可靠的。

3.3 水文站設(shè)計(jì)洪水與控制面積綜合關(guān)系分析

根據(jù)天山南北地區(qū)水文站設(shè)計(jì)洪峰流量，以百年一遇洪水為例點(diǎn)繪設(shè)計(jì)流量與控制面積的綜合關(guān)系線，見(jiàn)圖2，點(diǎn)據(jù)分布趨勢(shì)有較好的規(guī)律性，新疆河流在山區(qū)是徑流形成區(qū)，洪水隨流域面積的增加而增大，但出山口后平原區(qū)，主要是徑流的散失區(qū)，雖然沿途接納支流的洪水匯入，但洪水模數(shù)在減小，反映在設(shè)計(jì)洪峰流量～集水面積綜合關(guān)系線上，在平原面積比指數(shù)變小。據(jù)此分段定出設(shè)計(jì)流量～控制面積的綜合關(guān)系線，關(guān)系線約在流域面積F＝12 800 km2處轉(zhuǎn)折。

設(shè)計(jì)洪峰流量～集水面積的綜合關(guān)系公式為：

式中：Qmp為頻率p的設(shè)計(jì)流量，m3/s，F(xiàn)為控制的流域面積，km2。

圖2 天山南北地區(qū)設(shè)計(jì)洪峰流量～流域面積關(guān)系圖

3.4 成果的應(yīng)用

天山地區(qū)洪水組成復(fù)雜，按照設(shè)計(jì)洪水規(guī)范的要求，首先對(duì)洪水進(jìn)行成因分析，同成因的洪水組成洪水系列進(jìn)行設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，不同成因洪水的設(shè)計(jì)成果進(jìn)行組合，這樣使得設(shè)計(jì)洪水計(jì)算非常復(fù)雜。新疆有關(guān)工程在計(jì)算水文站設(shè)計(jì)洪水時(shí)采用的資料系列均是混合系列，據(jù)此計(jì)算設(shè)計(jì)洪水。新疆地區(qū)地廣人稀，歷史洪水資料匱乏，因此設(shè)計(jì)洪水成果的可靠性往往難于把握，因此成果的合理性檢查是十分必要的。本文提供的地區(qū)綜合成果可作為天山地區(qū)設(shè)計(jì)洪水成果合理性檢查的參考依據(jù)。

對(duì)于小面積洪水，特別是施工所需要的支溝洪水，一般采用推理公式法、暴雨洪水法等方法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水，因此本文總結(jié)的成果也可作為小面積洪水計(jì)算成果合理性分析判斷的參考依據(jù)。

由圖2可見(jiàn)，在山區(qū)洪峰流量的面積比指數(shù)是0.76，平原區(qū)指數(shù)是0.41，因此根據(jù)水文站設(shè)計(jì)洪水推求工程地點(diǎn)的設(shè)計(jì)洪水時(shí)，可參考本文所分析的成果進(jìn)行計(jì)算。

4 結(jié)語(yǔ)

1）新疆天山南北地區(qū)徑流規(guī)律有明顯的差別，在南天山區(qū)，集水面積較小的河流（F＜1 000 km2）由于源頭位于低山區(qū)，冰川積雪面積較小，徑流模數(shù)較小，而集水面積大河源位于高山區(qū)的流域徑流模數(shù)較大。面積較大河流天山南北徑流模數(shù)差別較小。

2）天山南北地區(qū)洪峰模數(shù)基本相同，山區(qū)徑流產(chǎn)生區(qū)，洪水隨流域面積的增加而增大；平原區(qū)是徑流的散失區(qū)，雖然洪峰流量也隨流域面積的增加而增大，但增大幅度較山區(qū)小。

3）在工程設(shè)計(jì)時(shí)，收集的水文資料往往是有限的，分析計(jì)算的徑流洪水成果的合理性和可靠性難于把握，因此進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)要多種方法、綜合分析、合理選定。本文綜合的有關(guān)成果可作為有關(guān)設(shè)計(jì)成果合理性分析的參考依據(jù)。

4）本文所提供的工程地點(diǎn)徑流洪水分析計(jì)算的有關(guān)方法和參數(shù)是基本可靠的，并應(yīng)用于新疆木札提河水電規(guī)劃。在該地區(qū)其它工程設(shè)計(jì)也可作為分析計(jì)算的依據(jù)。

5）新疆地區(qū)徑流洪水成因復(fù)雜，因此在工程設(shè)計(jì)時(shí)要多收集工程上下游，鄰近流域水文站的水文資料，以及已經(jīng)有關(guān)工程的設(shè)計(jì)資料，進(jìn)行地區(qū)綜合分析，必要時(shí)要在工程地點(diǎn)設(shè)立水文站進(jìn)行水文資料觀測(cè)，對(duì)設(shè)計(jì)成果做進(jìn)一步驗(yàn)證。

［1］中國(guó)水電工程顧問(wèn)集團(tuán)公司北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.新疆木札提河水電規(guī)劃報(bào)告［R］.2008.

［2］周聿超.新疆河流水文水資源［M］.烏魯木齊：新疆科技衛(wèi)生出版社，1999，7.

［3］鄧銘江，王世江，等.新疆水資源及可持續(xù)利用［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2005，8.