——以烏恰縣阿依嘎?tīng)柼睾訛槔?/>
鄒 偉
(五家渠農(nóng)六師勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司,新疆 五家渠 831300)
阿依嘎?tīng)柼睾游挥跒跚】h膘爾托闊依鄉(xiāng)境內(nèi),自右側(cè)匯入克孜河,匯入口以下12 km處有克孜河卡拉貝利水文站。阿依嘎?tīng)柼睾尤L(zhǎng)57 km,流域面積1427 km2,河道平均比降37.6‰,流域形態(tài)呈對(duì)稱型樹(shù)枝狀。多年來(lái)兩岸堤防多為砂袋臨時(shí)堆砌,且河床主要由砂卵礫石組成,河道比降較大,洪水期水土流失情況嚴(yán)重。項(xiàng)目區(qū)呈現(xiàn)典型的高原干旱大陸性氣候特征,多年平均年氣溫10.6 ℃,多年平均降水量125.9 mm,8月份為最大降水月,多年平均蒸發(fā)量為3322.7 mm,春夏季多風(fēng),項(xiàng)目區(qū)封凍期約3個(gè)月,最大凍土深為1.5 m。
本項(xiàng)目區(qū)位于烏恰縣,距克孜河卡拉貝利站較近,流域氣候基本一致。為滿足工程水文分析計(jì)算的需要,選取烏恰縣氣象站、阿依嘎?tīng)柼睾訉S盟恼尽⒖俗魏涌ɡ惱恼?、卡浪溝呂克水文站、布古孜河阿俄水文站和恰克馬克河恰其嘎水文站作為參證站[1],各參證站基本資料有記錄年份見(jiàn)表1。
表1 參證站基本資料
項(xiàng)目流域與卡浪溝呂克河洪水成因相近,本文引用參證流域進(jìn)行說(shuō)明。冰雪消融、暴雨是卡浪溝呂克河洪水的兩個(gè)主要成因,洪水主要分為冰雪消融型、暴雨型及消融與暴雨混合型三種類型洪水。
2.2.1 消融型洪水特性
消融型洪水與氣溫呈正相關(guān),發(fā)生時(shí)間集中在4—6月份,洪量大,持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),漲洪較平緩,峰型多為復(fù)式,具有顯著日變化,一日一峰,呈鋸齒狀。卡浪溝呂克水文站1967年5月26日消融型洪水過(guò)程線見(jiàn)圖1,此類洪水對(duì)下游危害程度一般,且春汛及淺山融雪洪水,對(duì)下游緩解旱情,具有重要作用。
圖1 卡浪溝呂克水文站1967-05-26消融型洪水過(guò)程線
2.2.2 暴雨型洪水特性
暴雨型洪水同降水密切相關(guān),多發(fā)生在6—9月,尤以7、8月最多。暴雨洪水沖刷能力強(qiáng),含沙量較大,易造成下游沿線經(jīng)濟(jì)損失。短歷時(shí)暴雨洪水陡漲陡落、峰高量小;長(zhǎng)歷時(shí)降雨洪水峰高量大。1999年7月長(zhǎng)歷時(shí)暴雨洪水過(guò)程如圖2所示。
圖2 卡浪溝呂克水文站1999-07-28暴雨型洪水過(guò)程線
2.2.3 混合型洪水特性
本河區(qū)混合型洪水應(yīng)歸結(jié)為是以暴雨為主要特征的混合型洪水。1996-08-17洪水過(guò)程如圖3所示,并沒(méi)有顯示出消融洪水的峰形特征。分析可知,暴雨洪水的前期為消融洪水,一旦降雨,山區(qū)氣溫普遍降低,影響積雪消融,則后期基本為暴雨型洪水。
圖3 卡浪溝呂克水文站1996-08-17混合型洪水過(guò)程線
阿依嘎?tīng)柼睾訉S盟恼緦?shí)測(cè)洪水資料年限較短,不具備進(jìn)行系列代表性分析基本條件,本次通過(guò)卡浪溝呂克水文站洪水資料分析阿依嘎?tīng)柼睾恿饔蛩巺^(qū)域洪水的特性。卡浪溝呂克水文站為國(guó)家基本測(cè)站,設(shè)立至今洪水資料系列可靠性、一致性較好。
2.3.1 洪水系列的插補(bǔ)延長(zhǎng)
自1959—2011年共53年間,卡浪溝呂克水文站有49 a完整的實(shí)測(cè)洪水資料,1968-05—1969-04、1973-05—07、10—12月和1975年全年資料缺測(cè)。該站洪水與周邊站相關(guān)關(guān)系不顯著,相關(guān)系數(shù)小于0.7,對(duì)上述4 a洪水資料采用多年均值替代法處理,再參與洪水的分析計(jì)算[2]。
2.3.2 代表性分析
(1)長(zhǎng)短系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)分析??ɡ藴蠀慰怂恼竞榉辶髁抠Y料見(jiàn)表2,采用矩法,估算并對(duì)照表2。可見(jiàn),隨著系列的增加,Cv值與均值逐漸趨于穩(wěn)定,當(dāng)系列長(zhǎng)度達(dá)到40 a以上時(shí),系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)基本趨于穩(wěn)定。
(2)洪峰流量模比系數(shù)累積平均曲線分析。經(jīng)計(jì)算得到卡浪溝呂克水文站洪峰流量模比系數(shù)累積曲線如圖4所示,當(dāng)系列長(zhǎng)度在40 a以上時(shí),洪峰流量模比系數(shù)累積平均值漸趨近于1,表明洪峰流量系列均值穩(wěn)定性增強(qiáng)。
表2 卡浪溝呂克水文站不同長(zhǎng)度系列
圖4 卡浪溝呂克水文站洪峰流量模比系數(shù)累積平均曲線
(3)洪峰流量模比系數(shù)差積曲線分析。卡浪溝呂克水文站洪峰流量模比系數(shù)差積曲線見(jiàn)圖5,可見(jiàn)卡浪溝呂克水文站53 a的最大洪峰流量系列中包含有較完整的洪水年際變化過(guò)程和大、小洪水年群。
圖5 卡浪溝呂克水文站洪峰流量模比系數(shù)差積曲線
綜上,當(dāng)系列長(zhǎng)度在40 a以上時(shí),卡浪溝呂克水文站統(tǒng)計(jì)參數(shù)已趨于穩(wěn)定,年最大洪峰流量系列包含了較完整的洪水年際變化過(guò)程和大、小洪水年群,系列具有一定的代表性。
2.4.1 歷史洪水調(diào)查
采用上下水面線對(duì)洪痕進(jìn)行驗(yàn)證和合理性檢查。歷史洪水調(diào)查斷面成果見(jiàn)圖6、圖7。
圖6 工程場(chǎng)址歷史洪水調(diào)查(1號(hào)斷面)大斷面圖
圖7 工程場(chǎng)址歷史洪水調(diào)查(2號(hào)斷面)大斷面圖
2.4.2 重現(xiàn)期考證
卡浪溝呂克水文站1999年實(shí)測(cè)最大洪水是1948年以來(lái)排位第一的洪水,其洪水考證期為N=2015-1948+1=68 a,根據(jù)區(qū)域性同步規(guī)律,阿依嘎?tīng)柼睾?999年大洪水考證期同樣為68 a。
2.4.3 工程場(chǎng)址斷面調(diào)查洪水計(jì)算
阿依嘎?tīng)柼睾庸こ虉?chǎng)址洪水調(diào)查斷面的洪峰流量均采用曼寧公式進(jìn)行計(jì)算,基本公式如式(1)或式(2)所示。
(1)
或
(2)
式中:Qm為洪峰流量,m3/s;i為河段平均水面比降;km為調(diào)查河段平均輸水率,m3/s;k上、k下為上、下調(diào)查斷面輸水率,m3/s;F為過(guò)水?dāng)嗝婷娣e,m2;R為過(guò)水?dāng)嗝嫠Π霃?,m;k為過(guò)水?dāng)嗝孑斔剩琺3/s;n為過(guò)水?dāng)嗝婧哟膊诼?。推求各斷面河床糙率采用?3)計(jì)算。
(3)
式中:nA、nB、nC為上、中、下斷面河床糙率;RA、RB、RC為各斷面水力半徑,m;FA、FB、FC為為各斷面面積,m2。計(jì)算得到的工程場(chǎng)址調(diào)查洪水洪峰流量成果見(jiàn)表3。
表3 工程場(chǎng)址調(diào)查洪水洪峰流量計(jì)算成果
2.4.4 參證站設(shè)計(jì)洪水計(jì)算
參證站設(shè)計(jì)洪水計(jì)算,采用年最大值選樣,選取年最大洪峰流量依照《水利水電設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》,采用矩法對(duì)系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)進(jìn)行估算,再用適線法選配P—Ⅲ頻率曲線,推求系列的統(tǒng)計(jì)特征值。計(jì)算公式如式(4)所示。
(4)
表4 卡浪溝呂克水文站設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果 m3·s-1
2.4.5 工程場(chǎng)址斷面設(shè)計(jì)洪水計(jì)算
根據(jù)洪水調(diào)查成果和調(diào)查河段自然地理?xiàng)l件,以及暴雨洪水的區(qū)域性特點(diǎn),分別采用地區(qū)綜合頻率曲線法和面積比指數(shù)法推求工程場(chǎng)址計(jì)算斷面設(shè)計(jì)洪水[3]。
(1)地區(qū)綜合頻率曲線法。采用卡拉貝利水文站、卡浪溝呂克水文站、恰其嘎水文站和阿俄水文站歷年實(shí)測(cè)最大洪峰流量資料,計(jì)算各站洪峰流量模比系數(shù),對(duì)經(jīng)驗(yàn)分布點(diǎn)進(jìn)行適線求得該區(qū)域的頻率曲線,理論頻率曲線采用P-Ⅲ型曲線,分別得到不同頻率的設(shè)計(jì)洪峰流量模比系數(shù)。為避免中值法確定綜合頻率曲線導(dǎo)致的均化現(xiàn)象,采用系列點(diǎn)群中心適當(dāng)照顧高水點(diǎn)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)適線法[4],計(jì)算成果見(jiàn)表5。
表5 阿依嘎?tīng)柼睾庸こ虉?chǎng)址處設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果 m3·s-1
(2)面積比指數(shù)法。阿依嘎?tīng)柼睾优c卡浪溝呂克河具有相似的水文氣候特征和下墊面條件,具備使用該法的前提條件,因參證站與工程場(chǎng)址斷面集水面積基本接近,為此,采用面積比擬來(lái)估算阿依嘎?tīng)柼睾庸こ虉?chǎng)址處設(shè)計(jì)洪峰流量和設(shè)計(jì)洪量。計(jì)算斷面的設(shè)計(jì)洪峰流量見(jiàn)表6。
兩種計(jì)算方法的結(jié)果較接近,卡浪溝呂克水文站洪水資料系列長(zhǎng),資料可靠。采用面積比擬估算工程場(chǎng)址設(shè)計(jì)洪水,計(jì)算方法簡(jiǎn)便、成果較合理,且有利于工程安全。因此本次計(jì)算成果取后者。
表6 阿依嘎?tīng)柼睾庸こ虉?chǎng)址處設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果 m3·s-1
通過(guò)選取項(xiàng)目流域內(nèi)烏恰縣氣象站、阿依嘎?tīng)柼睾訉S盟恼尽⒖俗魏涌ɡ惱恼?、卡浪溝呂克水文站、布古孜河阿俄水文站和恰克馬克河恰其嘎水文站作為參證站,采用多種計(jì)算方法,對(duì)阿依嘎?tīng)柼睾雍樗匦?、工程?chǎng)址設(shè)計(jì)洪峰流量進(jìn)行了分析和計(jì)算。通過(guò)對(duì)阿依嘎?tīng)柼睾雍樗M(jìn)行研究,為河道治理工程提供了設(shè)計(jì)依據(jù)的同時(shí),也對(duì)保證流域行洪安全起到了一定作用。