秦 軍

(新疆巴音郭楞水文勘測局，新疆 庫爾勒 841000)

位于和靜縣城東北部的烏浪巴依溝，其洪水主要來源于和靜縣城北山區(qū)的1～4號(hào)山洪溝。4條山洪溝均發(fā)源于天山南坡，主要由山區(qū)和沖積洪積扇兩個(gè)地貌單元組成，地勢(shì)北高南低。以出山口為界，北為侵蝕、剝蝕低中山區(qū)，南為沖洪積傾斜平原區(qū)。4條溝互相毗鄰，均為季節(jié)性山洪溝。和靜縣屬典型的大陸性氣候，冬冷夏熱，日溫差較大。北部山區(qū)屬高寒半濕潤半干旱氣候，只有冷暖半年之分，雨雪較多，高寒風(fēng)大，終年可見霜雪。年平均降水量為64.2 mm，年平均蒸發(fā)量為1 110.3 mm。

1 水利工程概況

1.1 工程現(xiàn)狀

和靜縣城北山區(qū)1～4山洪溝流域內(nèi)，目前從出山口至烏浪巴依溝之間有3處防洪工程和一條引水渠，在烏浪巴依溝上有2處引水渡槽和4座較大的交通公路橋。其中在4號(hào)山洪溝出山口以下到2號(hào)山洪溝出山口以下處，自東向西修建了一條7.5 km長的攔洪導(dǎo)流壩和排洪溝；在1號(hào)溝出山口東南方向3.5 km處的磚廠四周，修建有攔洪導(dǎo)流壩和排洪溝，在1號(hào)溝出山口以下0.5 km處修建多處挑洪土堤；在烏浪巴依排洪溝口(4條溝洪水匯入口)以下4.0 km處修建有毛拉提干渠引水渡槽，渡槽兩頭修建有10 m長毛石混凝土防護(hù)堤，河底為混凝土防護(hù)層；在毛拉提干渠引水渡槽以下0.8 km處的河段上，在高速公路橋上、下游的兩岸修建有10 m片石防護(hù)堤。

1.2 存在問題

烏浪巴依溝下游為和靜縣城，目前僅有簡易防洪工程。1～4號(hào)山洪溝山口以下，洪水沿沖洪積扇向下沖刷出十幾條沖洪溝，對(duì)和靜縣城區(qū)內(nèi)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)、城市建設(shè)及人民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成極大威脅。特別是河道無永久性防洪措施，民主路公路交通橋、開澤東路交通橋、石林路交通橋、解放二渠渡槽均沒有防洪工程，烏浪巴依溝上的簡易防洪堤、交通公路橋涵和引水渠渡槽等涉水工程防洪等級(jí)均不足10 a一遇。經(jīng)多年洪水沖刷、侵蝕，已難于應(yīng)對(duì)大洪水的威脅。

1.3 擬建防洪工程

為了確?？h城安全，和靜縣計(jì)劃在烏浪巴依溝S305公路交通橋處到解放二渠渡槽擬建防洪工程全長7.5 km，共分3段，分別為：洪水匯合口以下4.8 km的S305公路交通橋處(樁號(hào)K0+000)、S305公路交通橋以下4.85 km的石林路交通橋處(樁號(hào)K4+850)和石林路交通橋以下2.65 km的解放二渠渡槽處(樁號(hào)K4+850)。

2 洪水分析

2.1 洪水成因及其特性

烏浪巴依溝洪水源頭為北山1～4號(hào)溝，山體較不高，沒有永久性冰川和積雪。洪溝山口以下河床為戈壁砂礫組成，植被稀疏。集水面積區(qū)域內(nèi)地下水位多在10～50 m以下，不可能補(bǔ)給各山洪溝。因此，1～4號(hào)溝平時(shí)干枯無水。當(dāng)降雨強(qiáng)度小時(shí)，降水全部滲入地下，只有在降雨強(qiáng)度較大時(shí)，1～4號(hào)山洪溝各支溝溝內(nèi)才會(huì)有洪水匯集，所以各支溝洪水類型均為典型的暴雨型洪水，暴漲暴落，破壞性強(qiáng)。

2.2 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

由于烏浪巴依溝的洪水主要來源于和靜縣城北山區(qū)1～4號(hào)山洪溝。山洪溝出山口下游的洪積扇地帶，缺少歷史最大洪水調(diào)查資料，不足滿足計(jì)算節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算的要求，所以，以附近的爾古提水文站作為參證站進(jìn)行洪水分析計(jì)算。

2.2.1 參證站設(shè)計(jì)洪峰分析計(jì)算

清水河出山口具有1957～2015年59年水文站實(shí)測年最大洪峰流量系列資料，經(jīng)分析，清水河克爾古提水文站洪峰流量系列較長，具有一定的可靠性、一致性、代表性，將之作為設(shè)計(jì)流域洪峰流量系列分析的依據(jù)，可以用之反映設(shè)計(jì)流域洪峰年際變化特性。采用皮爾遜Ⅲ型曲線按照連續(xù)系列進(jìn)行適線，不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量見表1。同理，黃水溝也與北山區(qū)1～4號(hào)山洪溝相鄰較近，黃水溝水文站位于出山口，1957—2015年年最大洪峰流量沒有漏測現(xiàn)象，也沒有歷史洪水特大值處理，洪水系列連續(xù)完整。不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量見表1。

2.2.2 洪峰流量衰減率計(jì)算

根據(jù)洪水調(diào)查，烏浪巴依溝2015年6月23日和2008年7月29日發(fā)生的洪水為最大。從3號(hào)溝出山口流到3號(hào)山洪溝出山口以下5.08 km處時(shí)，平均每公里洪峰流量相對(duì)衰減率分別為4.06%和5.17%；從4號(hào)溝支溝洪水匯入口流到匯入口下游8.83 km處時(shí)平均每公里洪峰流量相對(duì)衰減率分別為4.06%和4.97%。從計(jì)算結(jié)果來看2008年7月29日發(fā)生歷史最大洪峰流量的衰減率，要比2015年6月23日發(fā)生洪水的洪峰流量相對(duì)衰減率大。根據(jù)實(shí)地踏勘調(diào)查，各洪溝洪水出山口后沿洪積扇區(qū)的河道自然下瀉，當(dāng)洪峰流量計(jì)較大時(shí)洪水漫出主河槽，形成更多小沖溝加大水面寬，增多洪水滲漏此；當(dāng)洪峰流量不大時(shí)，洪溝洪水出山口后沿洪積扇區(qū)2至3條較大的主河槽下瀉，不會(huì)形成洪水漫灘，洪峰流量衰減率相對(duì)會(huì)小。經(jīng)綜合評(píng)定，3溝出山口至下游5.08 km河段的洪水損失率為4.6%，4號(hào)溝支溝洪水匯入口到下游8.83 km河段的洪水損失率為4.5%，烏浪巴依溝洪水匯集口下游2.00 km到下游4.84 km的洪水損失率為2.79%。

表1 克爾古提、黃水溝水文站設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

2.2.3 各溝口設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

烏浪巴依溝設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算選取相鄰較近且處于同一氣候區(qū)內(nèi)的清水河克爾古提水文站和位于出山口的黃水溝水文站作為參證站。采用“洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法”，推求調(diào)查斷面設(shè)計(jì)洪峰流量。并以參證站的實(shí)測洪峰流量樣本，按照連續(xù)系列，編制洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線(見圖1)，據(jù)此求得不同頻率下的KP值，根據(jù)調(diào)查的2008年發(fā)生洪水的重現(xiàn)期49年，選用北山區(qū)1-4號(hào)溝和4號(hào)溝支溝出山口調(diào)查的2008年最大洪峰流量分別為117 m3/s、155 m3/s、137 m3/s、163 m3/s和74.7 m3/s ，來推求北山區(qū)1-4號(hào)溝和4號(hào)溝支溝出山口設(shè)計(jì)洪峰流量，見表2。

圖1 洪峰模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線

2.2.4 各洪溝出山口設(shè)計(jì)洪峰流量成果合理性分析

本次采用洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法是無資料地區(qū)在進(jìn)行洪水分析計(jì)算中普遍使用的方法。洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法，選用同一水文分區(qū)內(nèi)兩個(gè)與之相鄰流域的洪峰流量模比系數(shù)，作地區(qū)綜合頻率分析，從而降低計(jì)算成果的抽樣誤差，也可消除因單站特大值影響而帶來的偶然誤差和分區(qū)內(nèi)各河流水文特性的差別。將相鄰流域的洪峰流量參數(shù)綜合在一起作地區(qū)綜合分析，可綜合出地區(qū)參數(shù)的規(guī)律性，以解決無資料流域的設(shè)計(jì)洪水。本次所搜集到的2008年洪水是1-4號(hào)溝和4號(hào)溝支溝流域區(qū)自1960—2015年以來發(fā)生的排位第一的洪水，為了保證設(shè)計(jì)洪峰流量的精度，本次先后采用了，根據(jù)歷史洪水調(diào)查訪問期和洪水記錄來綜合確定了重現(xiàn)期，依據(jù)比較充分，來計(jì)算設(shè)計(jì)洪峰流量科學(xué)可靠。

表2北山區(qū)1-4號(hào)溝和4號(hào)溝支溝出山口的設(shè)計(jì)洪峰流量m3/s

備注：2008年發(fā)生的洪水頻率為2.13%，Kp值為4.51，北山區(qū)1-4號(hào)溝和4號(hào)溝支溝出山口洪峰流量分別為117 m3/s、155 m3/s、137 m3/s、163 m3/s和74.7 m3/s。

2.3 工程段各計(jì)算節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)洪峰流量

2.3.1 烏浪巴依排洪溝洪水匯合口處設(shè)計(jì)洪峰流量

烏浪巴依排洪溝洪水匯合口位于兩處攔洪導(dǎo)流壩和排洪溝末端，本次設(shè)計(jì)洪峰流量按對(duì)防洪工程最不利情況考慮，既在洪水匯合口處發(fā)生遭遇型洪水。也就是2號(hào)溝、3號(hào)溝、4號(hào)溝以及4號(hào)溝支溝出山口的設(shè)計(jì)洪峰流量，在攔洪導(dǎo)流壩和排洪溝中依次遭遇，經(jīng)排洪溝疏導(dǎo)匯集至烏浪巴依排洪溝的洪水匯合口，與1號(hào)溝出山口的設(shè)計(jì)洪峰流量，經(jīng)磚廠攔洪導(dǎo)流壩和排洪溝疏導(dǎo)匯集至烏浪巴依排洪溝洪水匯合口的洪水在烏浪巴依排洪溝洪水匯合口處再次遭遇疊加，推算得烏浪巴依排洪溝洪水匯合口的設(shè)計(jì)洪峰流量，推算結(jié)果見表3。

2.3.2 烏浪巴依排洪溝的洪水匯合口處設(shè)計(jì)洪峰流量

三處計(jì)算節(jié)點(diǎn)位于烏浪巴依溝中下游河段，計(jì)算時(shí)河道洪水洪峰流量相對(duì)衰減率，就采用在烏浪巴依溝中由兩年洪水調(diào)查值分析計(jì)算的平均每公里洪峰流量相對(duì)衰減率均值2.79%。各節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)洪峰流量采用推算公式Q節(jié)P=Q出× (1- S損×L)

式中：Q節(jié)P為各節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)洪峰流量；S損為烏浪巴依排洪溝河段平均每公里洪峰流量相對(duì)衰減率；Q烏口P為烏浪巴依排洪溝洪水匯合口處的設(shè)計(jì)洪峰流量；L為各計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的距離。

利用烏浪巴依排洪溝洪水匯合口處設(shè)計(jì)洪峰流量成果，推算得下游各計(jì)算節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)洪峰流量，見表4。

表3 烏浪巴依排洪溝洪水匯合口處的設(shè)計(jì)洪峰流量 m3/s

表4 3處工程段設(shè)計(jì)洪峰流量 m3/s

2.3.3 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)洪峰流量成果和理性分析

本次工程河段各節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)洪峰流量，通過產(chǎn)洪區(qū)域設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，采用洪水沿程損失率來計(jì)算推求節(jié)點(diǎn)位置處的設(shè)計(jì)洪峰流量，所以北山區(qū)各洪溝出山口下游至節(jié)點(diǎn)位置處不同形式河道的洪水沿程損失率的確定是設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算的重點(diǎn)。

洪水沿程損失率計(jì)算，是通過測量調(diào)查的2015年洪水和2008年歷史最大洪水的調(diào)查值分析計(jì)算，求得各洪溝洪水出山口后沿洪積扇區(qū)的河道自然下瀉情況時(shí)的洪水沿程損失率，和人工加固的排洪溝河道情況時(shí)的洪水沿程損失率。在洪水調(diào)查過程中，由于調(diào)查的2015年洪水和歷史最大洪水是前一年和近幾年剛發(fā)生的洪水，各調(diào)查斷面發(fā)生洪水的痕跡非常清晰，比較準(zhǔn)確。糙率參照“水文測驗(yàn)手冊(cè)”和同類型山溪型河流， 選用各調(diào)查河段斷面河床糙率，各調(diào)查河段布設(shè)2個(gè)調(diào)查斷面，進(jìn)行上下兩處過水?dāng)嗝婧樗{(diào)查值的復(fù)合，取其平均值減少了過水?dāng)嗝婧樗{(diào)查值的誤差，這樣洪痕和選用糙率確定的比較準(zhǔn)確，也就說明各斷面調(diào)查的2015年6月23日最大洪水的洪峰流量比較可靠，因此說明所計(jì)算的洪水損失率也較可靠。采用調(diào)查的歷史最大洪水位，計(jì)算得歷史最大洪水的洪峰流量，所計(jì)算的洪水損失率與用2015年6月23日最大洪水的洪峰流量所得洪水損失率相差不大，說明調(diào)查的歷史最大洪水位，計(jì)算得歷史最大洪水的洪峰流量，與分析計(jì)算的洪水損失率比較可靠，從而確保工程河段各節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)洪峰流量的精度。

3 規(guī)劃河段河床演變

根據(jù)克爾古提水文站1981—2015年實(shí)測懸移質(zhì)泥沙資料分析可知：該地區(qū)河流暴雨洪水期，水量集中、流速大，水流挾沙能力加強(qiáng)，使得河流含沙量劇增。根據(jù)洪水調(diào)查實(shí)地踏勘，北山1～4號(hào)溝和4號(hào)支溝出山口處河床質(zhì)多由砂加卵石組成，且出山口處的沖刷明顯。在出山口以下至攔洪導(dǎo)流壩和排洪溝河段，河床質(zhì)多由戈壁砂石組成，水流較集中，水流挾沙能力較大。

根據(jù)北山1～4號(hào)溝出山口一下不同年代洪水調(diào)查資料和實(shí)地踏勘，以及河段河床歷史演變情況的對(duì)比分析可知：近幾年在人類活動(dòng)的影響下，各洪溝大部分的推移質(zhì)和懸移質(zhì)泥沙主要淤積在出山口以下的洪積扇區(qū)域，因此在攔洪堤壩和導(dǎo)洪溝內(nèi)無明顯泥沙淤積現(xiàn)象，導(dǎo)洪溝部分河段有沖刷下切現(xiàn)象。烏浪巴依溝匯集口以下修建的12.30 km排洪河道內(nèi)，沒有形成明顯的整體下切和淤積河段，只在排洪河道內(nèi)有局部的沖刷或泥沙淤積現(xiàn)象。所以河床變化不大。

4 結(jié)語

烏浪巴依溝洪水暴漲暴落，根據(jù)防洪工程建設(shè)需要，利用臨近的克爾古提水文站和位于出山口的黃水溝水文站作為參證站，采用洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法，對(duì)4個(gè)溝口的洪水和3處工程點(diǎn)不同頻率下的洪峰進(jìn)行了計(jì)算。由于烏浪巴依溝河床變化不大，所以各工程點(diǎn)的最大洪水即為該工程的設(shè)計(jì)洪峰流量，可以于工程建設(shè)設(shè)計(jì)參考值。