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        喀拉果勒洪溝引水渠首設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法及成果合理性分析

        2018-06-20 05:49:22
        地下水 2018年3期
        關(guān)鍵詞:喀拉洪峰流量水文站

        (新疆阿克蘇水文勘測(cè)局,新疆 阿克蘇 843000)

        1 流域概況

        1.1 地理概況

        分析區(qū)地處拜城縣黑英山鄉(xiāng)。黑英山灌區(qū)屬于克孜爾河流域,本次喀拉果勒灌區(qū)富民興牧水利工程位于庫(kù)車縣阿格鄉(xiāng)和黑英山的分界線喀拉果勒溝西側(cè)黑英山鄉(xiāng)八大隊(duì),距黑英山鄉(xiāng)政(鎮(zhèn))府30 km,引水渠首地理坐標(biāo)東經(jīng)82°57′24.12″,北緯42°20′21.6″??蘸闇狭饔蜃罡叻搴0? 296 m。在3 000 m以上高山區(qū),山體險(xiǎn)峻,地面崎嶇,基巖裸露,溝河縱橫,在海拔3 000 m左右分布有植被,海拔1 500~3 000 m,為中低山帶,地勢(shì)起伏相對(duì)較小,氣候特征為:北部山區(qū)氣候溫涼,熱量不足,空氣濕度相對(duì)較大,降水相對(duì)充沛。

        1.2 河流水系

        喀拉果勒洪溝發(fā)源于中天山南坡,位于阿克蘇地區(qū)拜城與庫(kù)車縣交界處,流向自北向南,喀拉果勒洪溝擬建引水渠首,渠首斷面以上流域面積173.2 km2,調(diào)查斷面以上河長(zhǎng)18.3 km,東經(jīng)82°51′-83°00′,北緯42°20′-42°28′之間,流域平均寬度約9.45 km,是一條狹長(zhǎng)的河道??蘸闇纤恐饕獊碜杂诩竟?jié)性積雪和降水及地下水補(bǔ)給。

        2 水文基礎(chǔ)資料調(diào)查分析

        2.1 水文資料

        喀拉果勒洪溝流域無水文站,為滿足本次分析計(jì)算的要求,我們選取了庫(kù)車河蘭干水文站、黑孜河黑孜水文站作為本次洪水分析的參證站,倆水文站觀測(cè)項(xiàng)目包括水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、氣溫、冰情、水質(zhì)等[1]。

        2.2 野外調(diào)查

        為準(zhǔn)確分析對(duì)擬建引水渠首斷面洪水計(jì)算,阿克功水文勘測(cè)局組織技術(shù)人員,對(duì)喀拉果勒洪溝進(jìn)行了野外調(diào)查,訪問了當(dāng)?shù)乜沾蹇ㄋ鼓镜热淮迕瘢挲g分別為48歲、37歲和22歲。據(jù)他們敘述:對(duì)于20年前發(fā)生的大洪水,洪水發(fā)生時(shí)的詳情和發(fā)生年份記不清了,只是對(duì)近期發(fā)生的大洪水印象較為深刻,近年倆場(chǎng)大洪水發(fā)生年份是: 1999年和2010年的洪水最大,這于臨近水文站蘭干水文站、卡拉蘇水文站有實(shí)測(cè)資料最大洪水年份相吻合。

        3 洪水計(jì)算分析

        3.1 洪水成因類型

        根據(jù)同流域同地帶參證站水文資料分析,計(jì)算區(qū)洪水的成因主要有三種類型:(1)區(qū)域降雨,特別是中低山區(qū)大降雨形成的洪水;(2)隨著氣溫逐漸上升,季節(jié)性積雪、冰川以及永久積雪消融匯入河流形成洪水;(3)暴雨融雪混合型洪水[1]。

        3.2 歷史洪水重現(xiàn)期確定

        根據(jù)被訪問者描述,2010年洪水為他們見過的最大洪水,按15歲有較好的完整記憶本次洪水至少為33 a以來最大洪水。根據(jù)拜城水利局所說,老龍口為1983年修建,本次洪水為龍口修建以來最大洪水,應(yīng)該至少為30年以來最大洪水。因此,將2010年洪水定位30 a一遇洪水是合適的。

        3.3 設(shè)計(jì)洪水推求

        本次洪水計(jì)算采用調(diào)查洪水校正法、推理公式法、洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率法三種方法,推算渠首設(shè)計(jì)洪水。

        3.3.1 調(diào)查洪水校正法

        對(duì)于無資料地區(qū),小流域設(shè)計(jì)洪水,可將調(diào)查洪水直接作為設(shè)計(jì)洪水[2]。根調(diào)查重現(xiàn)期確定。提取參證站蘭干水文站年最大洪峰流量設(shè)計(jì)成果的參數(shù)Kp,將調(diào)查洪水作為設(shè)計(jì)值校正平均值設(shè)計(jì)出喀拉果勒洪溝渠首的各設(shè)計(jì)值。見表1[2]。

        3.3.2 推理公式法

        (1)根據(jù)庫(kù)車縣1957-2017年最大一日降水資料系列,推算不同頻率最大一日降水量,見圖1,見表2。

        表1 渠首設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果表

        圖1 庫(kù)車縣氣象站1951-2017年最大一日降水量頻率曲線圖表2 庫(kù)車縣氣象站最大一日降水量頻率計(jì)算成果表

        統(tǒng)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)頻率/% 降水量/mm均值/mmCvCs/Cv123.351016.80.753.565.955.648.242.232.3

        (2)由天山南坡庫(kù)車縣地區(qū)時(shí)面深綜合曲線圖[3],查出擬建渠首24 h點(diǎn)面折算系數(shù),喀拉果勒洪溝流域面積173.2 km2,點(diǎn)面折算系數(shù)采用0.98,將最大一日暴雨乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)K,求得最大24 h暴雨均值。轉(zhuǎn)換系數(shù)K采用全區(qū)統(tǒng)一值

        1.13。利用庫(kù)車縣最大一日降水均值,查處項(xiàng)目區(qū)中心最大一日降水,推算設(shè)計(jì)降水量。

        (3)根據(jù)雨量分配過程假設(shè)產(chǎn)流歷時(shí)tc,在《新疆維吾爾自治區(qū)中小流域設(shè)計(jì)暴雨洪水圖集》產(chǎn)流綜合圖上查出相應(yīng)產(chǎn)流期平均損失率f后,求得產(chǎn)流期雨量ptc,驗(yàn)證tc是否合適。

        (4)計(jì)算產(chǎn)流期平均凈雨強(qiáng)度I凈。

        I凈=R凈/tc

        (1)

        R凈=ptc-f×tc

        (2)

        (5)用集水面積F和I凈,根據(jù)推理公式假設(shè)m值,推算設(shè)計(jì)洪水查,調(diào)整m值使其設(shè)計(jì)30 a一遇洪水基本與調(diào)查值相符,設(shè)計(jì)成果見表5。

        表3 設(shè)計(jì)流域特征值計(jì)算成果表

        表4 設(shè)計(jì)流域暴雨頻率參數(shù)表

        表5 渠首各頻率洪峰流量計(jì)算成果表

        3.3.3 洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率法

        選取處于同一氣候區(qū)內(nèi)的卡拉蘇水文站、黑孜水文站、蘭干水文站及迪那河水文站作為參證站,根據(jù)參證站實(shí)測(cè)年最大洪峰流量及歷史調(diào)查洪水資料,用地區(qū)模比系數(shù)綜合頻率曲線法,推求設(shè)計(jì)站不同設(shè)計(jì)頻率洪峰流量。具體方法如下:

        (1)分別計(jì)算各參證站洪峰流量系列的模比系數(shù);(2)將各參證站洪峰流量模比系數(shù)經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)繪在同一張概率格紙上,取各種頻率的模比系數(shù)配線,即地區(qū)綜合頻率曲線法。在配線時(shí)取經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)上外包線,得到最大值法配線。此次我們選取偏于安全的最大值法成果,參證站洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線圖見圖2 ,Kp值見表6。(3)在地區(qū)模比系數(shù)綜合頻率曲線上查算調(diào)查的30 a一遇洪峰流量重現(xiàn)期相應(yīng)的模比系數(shù)Ki;(4)根據(jù)不同設(shè)計(jì)頻率下洪峰流量與其相應(yīng)模比系數(shù)的比值相等的原則。用調(diào)

        查洪峰流量模比系數(shù)與設(shè)計(jì)頻率洪峰模比系數(shù)的比值乘以調(diào)查歷史洪水洪峰流量,得到設(shè)計(jì)頻率洪峰流量。

        表6 地區(qū)綜合頻率計(jì)算成果表

        圖2 喀拉果勒洪溝所在區(qū)域地區(qū)綜合頻率曲線

        地區(qū)綜合頻率曲線法公式:QP=(KP/K調(diào))Q調(diào)

        (3)

        式中:KP、K調(diào)為設(shè)計(jì)洪峰流量模比系數(shù)及調(diào)查洪峰流量模比系數(shù);QP、Q調(diào)為設(shè)計(jì)洪峰流量及調(diào)查洪峰流量。

        由此推算的設(shè)計(jì)洪峰流量成果,則為喀拉果勒洪溝擬建渠首不同頻率洪峰流量設(shè)計(jì)成果,計(jì)算成果見表7。

        表7 喀拉果勒洪溝擬建渠首設(shè)計(jì)洪水成果 m3/s

        4 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果合理性分析

        以上對(duì)喀拉果勒洪溝擬建渠首設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算,從以上計(jì)算中可以明顯看出三中方法所推求成果比較接近,充分考慮地區(qū)洪水特性與差異的情況下,選取偏于安全的最大值法的kp成果,由此推算喀拉果勒洪溝擬建渠首設(shè)計(jì)洪水,無論從洪水計(jì)算依據(jù)的資料精度,還是從安全角度考慮,作為設(shè)計(jì)洪峰流量成果推薦地區(qū)綜合頻率曲線法較合適。

        5 結(jié)語(yǔ)

        通過對(duì)喀拉果勒洪溝流域水文基礎(chǔ)資料的調(diào)查分析,針對(duì)擬建引水渠首斷面進(jìn)行洪水計(jì)算,在充分分析、了解和掌握洪水規(guī)律的基礎(chǔ)上,采取多種方法進(jìn)行計(jì)算。并對(duì)設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算成果合理性進(jìn)行分析,最終得到了最切合實(shí)際的計(jì)算成果,擬定了一個(gè)既經(jīng)濟(jì)又安全可靠的工程設(shè)計(jì)方案。最大限度的防止了洪水災(zāi)害的發(fā)生,保證了水資源的充分調(diào)配及建筑物安全。

        [1]郭愛軍,何向東.庫(kù)車河水文分析計(jì)算:15-17.

        [2]小型水力發(fā)電站水文計(jì)算規(guī)范.(SL 77—94).

        [3]新疆水文水資源局.新疆維吾爾自治區(qū)可能最大暴雨圖集.1978.

        [4]長(zhǎng)江流域規(guī)劃辦公室水文處.工程水文計(jì)算及水利計(jì)算.1980.

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