(新疆巴音郭楞水文勘測(cè)局，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

1 研究區(qū)概況

位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭愣蒙古自治州若羌縣境內(nèi)的古爾嘎赫德河，發(fā)源于阿爾金山南坡，河床平均坡降約5‰。古爾嘎赫德河流域氣候干燥，且多大風(fēng)，屬典型的干旱大陸性氣候，年平均降水量為24.5 mm，全年夏季降水比較多，最大一個(gè)月降水量出現(xiàn)在7月，占全年降水量的35.9%。為了解決若羌縣水資源緊缺問(wèn)題，擬在古爾嘎赫德河上修建庫(kù)拉木勒克薩依引水工程。庫(kù)拉木勒克薩依引水樞紐以上集水面積2 596 km2，流域平均高程4 325 m，流域內(nèi)引水樞紐以上河長(zhǎng)90 km，河床平均坡降約17.8‰。古爾嘎赫德河流域見(jiàn)圖1。

圖1 古爾嘎赫德河流域圖

2 歷史洪水分析

2.1 洪水成因及其特性

庫(kù)拉木勒克薩依引水樞紐附近常年有水，冬季流量一般在0.10 m3/s左右，庫(kù)拉木勒克薩依引水樞紐主要由底欄柵、沖砂閘、溢流堰、引水廊道、沉砂池組成。庫(kù)拉木勒克薩依引水樞紐處無(wú)洪水監(jiān)測(cè)資料，從相鄰流域情況以及洪水調(diào)查資料分析，庫(kù)拉木勒克薩依河流域洪水來(lái)源主要是河源區(qū)高山冰雪融雪和雨夾雪形成。因此，庫(kù)拉木勒克薩依河的洪水類型分別有：融雪型洪水、雨雪混合型洪水。由于本次水文分析計(jì)算是為庫(kù)拉木勒克薩依河引水工程設(shè)計(jì)服務(wù)，所以本次水文分析計(jì)算節(jié)點(diǎn)為引水樞紐處，也就是河口以上3 km處。

2.2 歷史洪水調(diào)查

2017年3月5日，在庫(kù)拉木勒克薩依河引水樞紐處(擬建引水樞紐處)進(jìn)行了洪水調(diào)查，1999年7月發(fā)生的洪水為該河歷史最大洪水。本次調(diào)查河段均選取橫比降較小的順直段，大斷面測(cè)量取上、下個(gè)斷面，二處過(guò)水?dāng)嗝骈g隔200 m，斷面為寬淺型河床，河寬約160 m，河床中礫石直徑多為2～5 cm左右。調(diào)查河段的洪痕均在左右兩岸取1～2個(gè)，各調(diào)查河段高程均采用西安80平面坐標(biāo)系高程。按《水文調(diào)查規(guī)范》的技術(shù)要求，計(jì)算出上游斷面洪水過(guò)水?dāng)嗝婷娣e121.38 m2，水力半徑R=0.77 m、水面比降I=37.7×10-4，河段比較順直，河床平整，河床組成均為沙礫石，沙礫石直徑約為2～5左右，糙率參照“水文測(cè)驗(yàn)手冊(cè)”選用0.035。下游斷面洪水過(guò)水?dāng)嗝婷娣e137.93 m2，水力半徑R=1.19 m、水面比降I=16.4×10-4，河段比較順直，河床平整，河床組成均為沙礫石，直徑約為5～10左右，糙率參照“水文測(cè)驗(yàn)手冊(cè)”選用0.035，經(jīng)計(jì)算得到調(diào)查斷面1999年的平均洪峰流量為179 m3/s。1999年洪水的考證期N為(2016-1984+1)=33 a，其重現(xiàn)期T為N+1=34 a。

3 各河流洪水衰減及參證站設(shè)計(jì)洪水分析

古爾嘎赫德河流域無(wú)水文測(cè)站，本次分析計(jì)算共選用參證站3個(gè)，分別為尼雅水文站、且末水文站、克里雅水文站。由于所選參證站均處于各自河流出山口以下數(shù)十公里處，為使資料系列一致、可靠，需要將各河流水文站洪水資料推算到出山口處。選用尼雅河實(shí)測(cè)洪峰流量衰減率將克里雅及尼雅水文站洪水資料計(jì)算至出山口處。選用車(chē)爾臣河洪峰流量衰減率將且末水文站洪水資料計(jì)算至出山口處。

3.1 尼雅河洪水衰減及尼雅水文站出山口洪水計(jì)算

和田水文局在尼雅河八一八渠首專用站和尼雅水文站測(cè)驗(yàn)斷面開(kāi)展過(guò)不同量級(jí)大水對(duì)比實(shí)驗(yàn)工作，兩斷面相距34.3 km，依據(jù)同期實(shí)測(cè)大水資料，推算得尼雅河上、下游平均每公里洪水沿程衰減率為0.366%。成果見(jiàn)表1。

表1 尼雅河洪峰流量平均每公里衰減率

將確定的尼雅河出山口處1978—2016年39年的連序年最大洪峰樣本，運(yùn)用矩法對(duì)系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)估算，其均值為177 m3/s，Cv=0.980，Cs/Cv=3.5，選配型頻率曲線。適線時(shí)，側(cè)重考慮上部和中部的點(diǎn)據(jù)，出山口洪水計(jì)算成果見(jiàn)表4。

3.2 車(chē)爾臣河洪水衰減及且末水文站出山口洪水計(jì)算

車(chē)爾臣河只有且末水文站具有長(zhǎng)系列實(shí)測(cè)洪水調(diào)查資料，大石門(mén)水庫(kù)(出山口)只有幾次歷史洪水調(diào)查資料，需將且末水文站的洪水資料與出山口之間的洪水損失率確定下來(lái)，從而建立洪水系列，推算得大石門(mén)水庫(kù)至水文站每公里損失率為0.58%。且末水文站的洪水采用合成洪峰流量，計(jì)算結(jié)果為：大石門(mén)水庫(kù)出山口1999洪峰流量1 079 m3/s，每公里洪水損失率0.59%，2005年洪峰流量829 m3/s，每公里洪水損失率0.58%，平均值取0.58%。且末水文站1999洪峰流量553 m3/s，2005年洪峰流量429 m3/s。將確定的車(chē)爾臣河出山口處1958—2016年59年的連序年最大洪峰樣本，運(yùn)用矩法對(duì)系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)估算，其均值為384 m3/s，Cv=0.640，Cs/Cv=2.5，選配型頻率曲線。適線時(shí)，側(cè)重考慮上部和中部的點(diǎn)據(jù)。出山口洪水計(jì)算成果見(jiàn)表4。

3.3 克里雅河出山口洪水計(jì)算

克里雅河水文站測(cè)驗(yàn)斷面距出山口40 km，洪水衰減率0.336%，將確定的克里雅河出山口處1957—2016年60年的連序年最大洪峰樣本，運(yùn)用矩法對(duì)系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)估算，其均值為367 m3/s，Cv=0.490，Cs/Cv=4，選配型頻率曲線。適線時(shí)，側(cè)重考慮上部和中部的點(diǎn)據(jù)。出山口洪水計(jì)算成果見(jiàn)表4。

4 庫(kù)拉木勒克薩依引水樞紐設(shè)計(jì)洪水

4.1 地區(qū)綜合洪峰流量模比系數(shù)頻率曲線法

選取克里雅河、尼雅河、車(chē)爾臣河為參證站點(diǎn)繪最大洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線。其中：克里雅河有1957—2016年共60年的長(zhǎng)系列連續(xù)樣本，尼雅河有1978—2016年共39年的長(zhǎng)系列連續(xù)樣本，車(chē)爾臣河有1958—2016年共59年的長(zhǎng)系列連續(xù)樣本，連續(xù)系列適線。采用“洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法”，推求庫(kù)拉木勒克薩依引水樞紐調(diào)查斷面設(shè)計(jì)洪峰流量，公式如下：

QP=KP/Kd·Qd

(1)

式中：QP為設(shè)計(jì)洪峰流量(m3/s)；KP為設(shè)計(jì)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)查洪峰流量模比系數(shù)。

適線時(shí)，以中、上部分點(diǎn)據(jù)為主，求得不同頻率下的KP值，根據(jù)1999年洪水重現(xiàn)期對(duì)應(yīng)Kp值及洪水值，來(lái)推求引水樞紐處的設(shè)計(jì)洪峰流量，見(jiàn)圖2，見(jiàn)表2。

4.2 面積比指數(shù)法

選取處于同氣候區(qū)內(nèi)的或產(chǎn)洪方式相近內(nèi)的尼雅河尼雅水文站、克里雅河水文站、車(chē)爾臣河且末水文站作為參證站，根據(jù)公式(2)求得庫(kù)拉木勒克薩依引水樞紐處不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量。庫(kù)拉木勒克薩依引水樞紐處的設(shè)計(jì)洪峰流量成果見(jiàn)表3。

計(jì)算公式： Q設(shè)= Q參×(F設(shè)/F參)n

(2)

式中：Q為設(shè)計(jì)流域和參證站的設(shè)計(jì)洪峰流量(m3/s)； F為設(shè)計(jì)流域和參證站的集水面積(km2)；N為面積比修正因子。

本次采用洪峰模數(shù)法推求設(shè)計(jì)洪峰流量時(shí)，所選參證站和設(shè)計(jì)站存有一定的產(chǎn)洪能力差異，根據(jù)其地形差異、匯流差異、降水特性差異，特別是產(chǎn)洪區(qū)集水面積差異等確定面積比修正因子。車(chē)爾臣河和克里雅河集水面積與庫(kù)拉木勒克薩依引水樞紐處集水面積相差很大，因此，面積比修正因子取值為1/2；尼雅河集水面積與庫(kù)拉木勒克薩依引水樞紐處集水面積比較接近，面積比修正因子取值為1。

表2 庫(kù)拉木勒克薩依引水樞紐設(shè)計(jì)洪峰流量成果表 m3/s

備注：1999年洪水頻率為2.94%，Kp值為3.600,洪峰流量為179 m3/s。

表3 庫(kù)拉木勒克薩依引水樞紐設(shè)計(jì)洪峰流量成果表 m3/s

4.3 成果合理性分析

古爾嘎赫德河洪水資料貧乏，這給設(shè)計(jì)洪水計(jì)算帶來(lái)了一定的困難，本次水文分析計(jì)算采用洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法、面積比指數(shù)法對(duì)引水樞紐處設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行分析計(jì)算，用以對(duì)比驗(yàn)證。面積比指數(shù)法：選取了與古爾嘎赫德河發(fā)源于同一山脈，同處于昆侖山，相距較近、自然地理?xiàng)l件相似且具有長(zhǎng)系列最大洪峰流量資料系列的克里雅、尼雅、且末三個(gè)參證站，由于參證站集水面積與引水樞紐以上集水面積差異較大，且面積比修正因子的確定也具有一定的局限性。因此面積比指數(shù)法推求的設(shè)計(jì)洪峰流量成果可作對(duì)比分析及參考用。

在洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法計(jì)算中，選用與之相鄰流域三個(gè)參證站的洪峰流量模比系數(shù)，作地區(qū)綜合頻率分析，可以有效降低計(jì)算成果的抽樣誤差，也可消除因單站特大值影響而帶來(lái)的偶然誤差和分區(qū)內(nèi)各河流水文特性的差別。同時(shí)，洪峰流量頻率曲線繪制時(shí)從偏安全角度出發(fā)，適當(dāng)兼顧中、上部點(diǎn)據(jù)，對(duì)引水樞紐安全比較有保證。綜上所述，本次水文分析計(jì)算推薦使用綜合洪峰流量模比系數(shù)頻率曲線法推求的成果，見(jiàn)表4。

表4 庫(kù)拉木勒克薩依引水樞紐設(shè)計(jì)洪峰流量成果統(tǒng)計(jì)表 m3/s

5 結(jié)語(yǔ)

目前，若羌縣境內(nèi)開(kāi)發(fā)利用的主要河流有若羌河、瓦石峽河、米蘭河、塔什薩依河。為緩解若羌縣水資源供需矛盾，擬在尚未開(kāi)發(fā)利用的古爾嘎赫德河上修建庫(kù)拉木勒克薩依引水樞紐，以緩解若羌河灌區(qū)干旱缺水狀況。經(jīng)過(guò)兩種方法分析計(jì)算評(píng)定，地區(qū)綜合洪峰流量模比系數(shù)頻率曲線法計(jì)算結(jié)果為推薦采用值，其引水樞紐處10 a一遇洪水為111 m3/s，20 a一遇洪水為149 m3/s，50 a一遇洪水為201 m3/s。