茍樹生

(新疆阿克蘇水文勘測局，新疆 阿克蘇 843000)

1 流域概況

柯克牙河流域位于新疆溫宿縣庫瑪拉克河和臺蘭河之間，發(fā)源于天山托木爾峰南麓，出山口后由北向南穿越戈壁礫石帶，在紅旗坡農(nóng)場六隊轉向東南，過紅旗坡農(nóng)場七隊、十隊，到實驗林場匯入卡爾斯亞洪溝，向南跨越多浪渠由喬格塔電站旁匯入阿克蘇河，全長82 km?？驴搜篮邮前⒖颂K地區(qū)紅旗坡農(nóng)場、實驗農(nóng)場的主要供給水源?？驴搜篮恿饔虻貏轂楸备吣系? 西高東低, 全區(qū)分北部山區(qū)和南北洪積平原兩部分。西南天山南脈的托木爾峰等支脈橫貫于流域的北部，山系在古生代強烈褶皺的基礎上受第三紀和第四紀巨大造山運動而逐漸隆起，地形復雜，海拔3 500 m以上為冰川帶，冰川面積為109.15 km2，海拔3 000～3 500 m為高山終年積雪帶，海拔2 500～3 000 m中山區(qū)分布著云杉等樹種, 海拔1 500～2 500 m為中低山荒漠區(qū)，南部洪積平原區(qū)海拔108 2～1 500 m之間。出山口后為沖積、洪積扇區(qū)，植被稀少，多為礫石戈壁和少量宜耕地，溫宿縣迎賓路以南為平原區(qū)，主要為灌區(qū)和宜墾荒地。

柯克牙河是一條山溪性河流，洪水的成因有二：(1)山區(qū)降雨，特別是中低山區(qū)大降雨形成暴雨洪水，(2)隨著氣溫逐漸上升季節(jié)性積雪、永久積雪及冰川融化形成消融洪水。按成因分析柯克牙河洪水可分為三類：第一類是暴雨型洪水；第二類是冰雪消融洪水；第三類是暴雨、冰雪消融混合型洪水。為了提高阿克蘇市東城洪水防御能力，本次洪水水文分析計算主要是柯克牙河及依來克洪溝匯合口以下卡爾斯亞洪溝，工程場址主要河段紅旗坡農(nóng)場至橋格塔電站作為洪水水文分析計算的重點。

2 設計洪峰流量計算方法分析

柯克牙河無長期水文站資料，在1956年9月23日-1958年1月1日，僅有14個月不完整資料。由于該站安設水尺太多，相鄰之間高程不銜接故水位流量關系較差；1957年7月15日后至8月19日為洪水期斷面沖刷嚴重，水位變化無常，在這段時間僅有二個測點，不能控制整個洪水期河道變化情況，因此，從7月15日至8月19日無法定線推流，且洪水資料缺測，故屬短缺資料區(qū)，為準確推求設計洪峰流量，計算選用3種方法進行相互驗證、校核。

2.1 地區(qū)經(jīng)驗公式法

計算公式(俞高明編《橋梁水力水文》整理)如下：

Q=CFn

式中：Q為設計站多年平均洪峰流量(m3)；F為設計站流域面積(km2)；C、n為計算參數(shù)，見表1參數(shù)C n 參考表；

表1 參數(shù)C n 參考表

注：本表根據(jù)俞高明編《橋梁水力水文》整理

由表1可知，天山南坡地區(qū)，確定C值為2.84，n值為0.60。根據(jù)1:10萬比例尺地圖量算柯克牙河出山口以上集水面積497.5k m2，依來克洪溝調(diào)查斷面以上集水面積256.5 km2，紅旗坡農(nóng)場(柯、依)匯合口以上積水面積754 km2。計算得到調(diào)查斷面多年平均洪峰流量。借用柯克牙河相鄰流域臺蘭河臺蘭水文站統(tǒng)計參數(shù)，得到柯克牙出山口、依來克洪溝、紅旗坡農(nóng)場(柯、依)匯合口設計洪峰流量。見表2。

表2 地區(qū)經(jīng)驗公式法設計洪水計算成果表

2.2 洪峰模數(shù)法

選取相鄰流域臺蘭水文站的設計流量，計算不同頻率洪峰流量的洪峰模數(shù)，根據(jù)下式求得柯克牙河出山口、依來克洪溝、紅旗坡農(nóng)場(柯、依)匯合口不同頻率設計洪峰流量。各節(jié)點洪峰模數(shù)法設計洪峰流量成果見表3。

計算公式：

Qm=M×F

式中：Qm為設計站洪峰流量(m3/s)；M為參證站洪峰模數(shù)(m3/s/km2)；F為設計站集水面積(km2)

表3 洪峰模數(shù)法設計洪峰流量成果表

圖1 地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線圖

2.3 地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法

本次計算應用同臺蘭水文站、破城子水文站、卡木魯克水文站、卡拉蘇水文站實測洪峰流量樣本編制的地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線(見圖1)，求得Kp值，參證站洪峰資料選取年份為建站觀測至2016年資料。用地區(qū)模比系數(shù)綜合頻率曲線法，推求設計站設計不同頻率洪峰流量，具體做法如下：

(1)分別計算各參證站洪峰流量系列模比系數(shù)。

(2)將各參證站洪峰流量系列模比系數(shù)經(jīng)驗點繪在同一張概率格紙上。

(3)最大法：按上述1～2步做法，在配線時取經(jīng)驗點據(jù)上外包線，得到最大值法配線，選取最大值成果。

推求調(diào)查斷面設計洪峰流量，公式如下：

QP=KP/Kd·Qd；

式中：QP為設計洪峰流量(m3/s)；KP為設計洪峰流量模比系數(shù)；Qd為調(diào)查歷史洪水洪峰流量(m3/s)；Kd為調(diào)查洪水洪峰流量模比系數(shù)。

用調(diào)查洪峰流量模比系數(shù)與設計頻率洪峰模比系數(shù)的比值乘以調(diào)查洪水洪峰流量，得到設計頻率洪峰洪量。

根據(jù)2017年調(diào)查洪峰流量，實測系列最大洪峰流量重現(xiàn)期為60年一遇,調(diào)查洪峰流量模比系數(shù) Kd為4.93。根據(jù)公式計算,得到柯克牙出山口、依來克洪溝、紅旗坡農(nóng)場(柯、依)匯合口不同設計頻率的洪峰流量。洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線見圖1，洪峰流量模比系數(shù)Kp值，設計洪峰流量計算成果見表4。

2.4 設計成果推薦與合理性檢查

3種方法計算出柯克牙出山口、依來克洪溝、紅旗坡農(nóng)場(柯、依)匯合口設計洪峰流量成果(見表5)。

3 水文資料“三性”分析

3.1 洪水資料可靠性、一致性分析

由于柯克牙河只有1957-1958年14個月完整實測資料,不能夠代表柯克牙河年內(nèi)洪水發(fā)生時間的規(guī)律,現(xiàn)選擇自然地理概況相似，氣候條件相近的鄰近河流臺蘭河臺蘭水文站為參證站，來說明柯克牙河年內(nèi)洪水發(fā)生時間的一般規(guī)律，根據(jù)臺蘭站61年實測資料分析，洪水發(fā)生時間一般在5—8月，春汛一般發(fā)生在3月底至4月中旬，個別年份4月初開始發(fā)生洪水，8月下旬以后洪水基本消退，少數(shù)年份延續(xù)到9月中旬。其中年最大洪峰流量在7月份發(fā)生的頻次最高，達47.5%?，F(xiàn)以臺蘭水文站1956～2016年的洪水資料做代表性、一致性分析。

3.1.1 資料系列可靠性分析

本報告選用的參證站臺蘭水文站的洪峰流量資料樣本，從測驗、資料整編和水文數(shù)據(jù)庫的建立均按行業(yè)規(guī)范和國家標準嚴格執(zhí)行，選用水文站測驗技術和測驗條件具有較高精度和水平，各項資料均經(jīng)新疆維吾爾自治區(qū)水文水資源局審查匯編，數(shù)據(jù)載入國家二級水文數(shù)據(jù)庫，資料精度合理，并有較高的可靠性。

3.1.2 資料系列一致性分析

所選用的臺蘭水文站測驗斷面無引水、分流，人為及天然分洪滯洪措施；資料系列具有一致性。

表4 地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法設計洪峰流量計算成果表 /m3/s

表5 3種方法計算設計洪峰流量成果表 /m3/s

3.2 洪水資料代表性分析

臺蘭水文站1956-2016年，已有61年實測洪峰流量系列,對洪峰流量系列進行代表性分析，方法如下：

3.2.1 長短系列統(tǒng)計參數(shù)分析

臺蘭水文站年最大洪峰流量資料截止年份(2016)向前推，根據(jù)矩法估算的不同長度系列統(tǒng)計參數(shù)分析對照表，從表6中可見，隨著系列的增加，CV值與均值逐漸趨于穩(wěn)定，臺蘭站當系列長度達到46年以上時，系列統(tǒng)計參數(shù)基本趨于穩(wěn)定；表6中臺蘭水文站長短系列統(tǒng)計參數(shù)，臺蘭站洪峰流量資料系列代表性較好。

3.2.2 洪峰流量模比系數(shù)差積曲線分析

從圖2可明顯看出臺蘭河包含的豐枯周期很完整。從1956—1972年屬洪峰流量趨于減小段，1973—1974年屬洪峰流量趨于增大段，1975—1987年屬洪峰流量趨于減小段，1988—1992年屬洪峰流量趨于增大段，1993—1998年屬洪峰流量趨于減小段，1999—2002年屬洪峰流量趨于增大段，2003—2006年屬洪峰流量趨于減小段，2007—2010年屬洪峰流量趨于增大段，2011—2016年屬洪峰流量趨于減小段，但大多數(shù)年份的流量高于其多年平均值， 2003-2006年雖屬洪峰流量趨于減小段、但大多數(shù)年份的年最大洪峰流量也高于其多年平均值。臺蘭水文站61年的最大洪峰流量系列中包含較完整的洪水年際變化過程和大、小洪水年份，系列具有一定的代表性。

表6 臺蘭站洪峰流量長短系列統(tǒng)計參數(shù)計算表

圖2 臺蘭站洪峰流量模比系數(shù)差積曲線

3.2.3 洪峰流量模比系數(shù)累積曲線分析

由臺蘭水文站洪峰流量模比系數(shù)累積平均過程線圖3中反映出，臺蘭站洪峰流量系列在50 a以上時，也就是1966年開始，累積平均過程線逐漸收斂于1而趨于穩(wěn)定。以上臺蘭水文站洪峰流量三性分析計算成果比較，說明臺蘭站洪峰流量系列具有較好的穩(wěn)定性和代表性。因此，工程場址洪峰流量計算分析的主要參證站為臺蘭水文站，依據(jù)臺蘭水文站的實測洪峰資料，對柯克牙河洪峰流量計算分析。

圖3 臺蘭站洪峰流量模比系數(shù)累積平均曲線

4 結語

柯克牙河流域水資源開發(fā)及水利建設有了很大發(fā)展，水資源利用程度得到了較大地提高。與此同時，受歷史條件等多方面因素制約，柯克牙河上游至今尚無山區(qū)調(diào)節(jié)水庫；河堤抗洪能力弱，洪水期頻繁發(fā)生險情，對阿克蘇地區(qū)經(jīng)濟建設、城市及人民生命、財產(chǎn)安全構成極大威脅。柯克牙河的洪水問題至今依然十分突出。本次分析計算中，充分利用了本流域實測水文資料，對本河流搜集到的資料做了全面的分析，選用地區(qū)經(jīng)驗公式法、洪峰模數(shù)法和地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法三種方法進行相互驗證、校核，計算出了柯克牙出山口、依來克洪溝、紅旗坡農(nóng)場(柯、依)匯合口設計洪峰流量成果。同時對流域水文資料的可靠性、一致性和代表性進行論證，明確了計算分析結果合情合理，為遠期該區(qū)域水資源合理開發(fā)利用及人民群眾幸福生活提供了基礎依據(jù)。

[1]嚴宇紅,沈永平,李宇安，等. 新疆天山南麓柯坪河水文特性與洪水分析. 冰川凍土.2007.(5).158-163.

[2]新疆阿克蘇水文勘測局. 新疆阿克蘇市卡爾斯亞洪溝防洪工程洪水水文分析計算報告[R].2017.10.