馬振偉

（五家渠農六師勘測設計研究有限責任公司，新疆 五家渠 831300）

1 概況

雀兒溝河，又稱圖古里克河，位于天山西段新疆呼圖壁縣境內。雀兒溝河發(fā)源于天山北坡特力斯喀達坂，源流接納支流西溝后，以下河段始稱雀兒溝河。雀兒溝河東溝、西溝兩條支流在出山口以上被紅山水庫攔蓄。紅山水庫以上河長47km，集水面積861km2，多年平均徑流量0.3245×108m3[1]。雀兒溝河出紅山水庫后穿越鐵路，在呼-克公路分流，各支流在新湖六場干渠匯入主流后流入鷹湖水庫，出鷹湖水庫后流入沙漠。

2 氣象

根據呼圖壁縣氣象站資料，最低、最高月平均氣溫分別為-16.7℃、25.6℃，最大月降水量為22.6mm，出現在5 月，全年降水量174.9mm，主要集中在4 月—7 月，全年蒸發(fā)量2182.7mm，全年最大平均風速4.0m/s，是典型的沙漠干旱氣候。

3 水文

項目區(qū)段洪水主要由鷹湖水庫下泄洪水構成。鷹湖水庫接納上游雀兒溝河、呼圖壁河、梧桐溝入庫洪水，來水情況相對復雜。因此本次首先計算各河流天然狀態(tài)下的設計洪水，以確定鷹湖水庫入庫洪水，再將鷹湖水庫調洪成果推演至本項目區(qū)段。

3.1 水文站網

項目區(qū)水文資料相對短缺，本次選取鄰近石門站1977 年—2010 年、肯斯瓦特站1955 年—2010 年、芨芨壩水管站1970 年—2010 年洪峰流量資料。上述水文參證站自未發(fā)生過測驗斷面的遷移、控制斷面以上無大規(guī)模區(qū)間引分水，人類活動影響相對較小，且已編入國家水文年鑒和國家水文數據庫，洪水資料可靠，一致性較好。

3.2 歷史洪水調查

雀兒溝河、梧桐溝于2001 年8 月29 日發(fā)生暴雨洪水，通過采用水面-比降法計算洪峰流量，合理選定河床糙率，確定雀兒溝河“8.29”洪水洪峰流量為719m3/s，梧桐溝“8.29”洪水洪峰流量為247m3/s，重現期為55 年。2011 年3 月30 日，梧桐溝發(fā)生融雪洪水，經洪痕調查，確定梧桐溝“3.30”融雪洪水洪峰流量為94.6m3/s。呼圖壁河無歷史洪水。

3.3 各入庫河流設計洪水計算

（1）呼圖壁河。呼圖壁河洪水由大海子水庫調洪后洪水組成[2]。本次采用兩水文站實測數據計算后與水庫下泄洪水計算比對。石門站設計洪水，采用石門站1977—2010 年最大洪峰系列和芨芨壩水管站1970 年至今洪峰流量資料，進行頻率計算，采用P-Ⅲ型曲線適線[3]。采用矩法估算Cv、Cs 值，并根據適線結果調整，得石門站洪峰頻率曲線圖如圖1 所示，芨芨壩水管站洪峰頻率曲線如圖2 所示。石門站、芨芨壩水管站和大海子水庫設計洪峰成果如表1 所示。

圖1 石門水文站洪峰流量頻率曲線

表1 呼圖壁河設計洪峰成果表

經對比，芨芨壩水管站設計洪水與大海子水庫調洪洪水較為接近，可信度高，出于安全角度考慮，本次研究采用大海子水庫調洪洪水成果。

圖2 芨芨壩水管站洪峰頻率曲線圖

（2）雀兒溝河。因雀兒溝河缺少實測洪水資料，本次采用兩種方法推算并對比雀兒溝河計算洪水。①模比系數綜合頻率曲線法。選取石門站、石門子站、肯斯瓦特站作為參證站，分別計算各參證站洪峰流量系列的模比系數，對各參證站洪峰流量模比系數進行頻率計算，采用P-Ⅲ型曲線適線，得到地區(qū)洪峰流量模比系數綜合頻率曲線如圖3 所示，地區(qū)洪峰流量模比系數綜合頻率曲線計算成果如表2 所示。

圖3 地區(qū)洪峰流量模比系數綜合頻率曲線圖

表2 模比系數綜合頻率曲線設計洪水成果表

②調蓄經驗單位線法。根據石門站一日最大降水資料，經過頻率計算，推算出石門站最大一日降水成果如表3 所示。

表3 石門站一日最大降水成果表

根據該區(qū)域逐時典型雨量分配過程，疊加計算出地面產流洪水過程，其最大值即設計洪峰流量，成果見表4。

表4 調蓄經驗單位線法設計洪峰成果表

經對比，按照偏安全原則，采用地區(qū)洪峰流量模比系數綜合頻率曲線成果。

（3）梧桐溝。同雀兒溝河計算方法，得到梧桐溝設計洪水成果表如表5 所示。

表5 梧桐溝設計洪水成果表

經比較，采用地區(qū)洪峰流量模比系數綜合頻率曲線成果。

3.4 鷹湖水庫調洪計算

（1）上游洪水沿程變化。洪水單位長度沿程相對變率計算公式如下：

式中：Q1為上游斷面洪峰流量，m3/s；Q2為下游斷面洪峰流量，m3/s；Di為上、下游斷面洪峰流量差值，m3/s；Ki為年徑流量單位長度沿程相對變率，%；Lsx為上、下游斷面之間的距離，km。

經計算，雀兒溝河洪水單位長度沿程相對變化率為-1.51%，梧桐溝洪水單位長度沿程相對變化率為-1.37%，呼圖壁河洪水沿程變化率為-1.06%。沿程變化后，各河洪水成果如表6 所示。

表6 各河沿程變化洪水成果表

（2）入鷹湖水庫洪水成果。鷹湖水庫入庫洪水主要由呼圖壁河、雀兒溝河、梧桐溝洪水構成。其中呼圖壁河洪水主要為暴雨與融雪組成的混合型洪水；雀兒溝河、梧桐溝洪水為單一構成的暴雨洪水。洪水類型及成因不同，且主要暴雨區(qū)海拔高程也不一樣，由于山區(qū)降水的垂直地帶性和局地性差異，各河同時發(fā)生災害性暴雨洪水的概率極小，且各條河流上游均建有控制型水庫，因此可不考慮洪水疊加，取河流設計洪水較大者作為最終成果?？紤]雀兒溝河洪水在甘莫公路處分洪5m3/s 至大海子水庫泄洪道，故疊加至呼圖壁河，將其作為鷹湖水庫入庫洪水成果。

（3）鷹湖水庫下泄洪水。根據鷹湖水庫設計指標和調洪運行原則，起調水位為389.3m，校核洪水位為390.61m，設計下泄流量為41.7m3/s，校核下泄流量為104.5m3/s。鷹湖水庫庫容曲線圖如圖4 所示，入庫、調洪出庫演算成果如表7 所示。

圖4 鷹湖水庫庫容曲線圖

表7 鷹湖水庫入庫、調洪出庫演算成果表

3.5 工程場址設計洪水

按洪水沿程變化將鷹湖水庫出庫洪水成果推演至各工程場址節(jié)點，計算公式為：

式中：Qi為各計算節(jié)點設計洪峰流量，m3/s；Q2為基本計算節(jié)點設計洪峰流量，m3/s；Ki 為洪峰流量單位長度沿程相對變率，%；Lsx為各防護計算節(jié)點距基本計算節(jié)點的距離，km。

其中樁號13+240 以下增加來自渠道的分洪流量5m3/s，成果如圖5 所示。

圖5 工程場址節(jié)點設計洪水

3.6 設計洪水位

對約27km 長的項目區(qū)河段進行斷面測量，斷面間距約3km，實測河道大斷面10 個；各斷面糙率根據工況不同取0.027～0.058；河段平均比降在0.00025～0.0009。根據伯努利能量方程，計算河段水面線，得到設計洪水位。

確定起始斷面的水位-流量關系，根據測量所得斷面，以最下游一個斷面做為起始斷面，根據設計頻率對應流量，推算出沿程河段各斷面水位。設計洪水水面線成果如圖6 所示。

圖6 治理河段設計洪水水面線圖

得到計算結果后，采用單斷面比降法計算各斷面水位流量關系，并與能量方程計算得出水面線進行比對，兩種計算方式得到結果差異很小，可以采納上述成果。

3.7 河勢分析

雀兒溝河擬治理河段基本為季節(jié)性河溝，尚無可成熟的定量分析方法，因此只進行定性分析。河段處河溝下游段，地形相對平緩，起伏不大，整體地勢呈東南向西北傾斜，河道兩岸土壤鹽漬化現象較嚴重，河床主要由中粗砂、粉土和粉質粘土組成，顆粒自上游至下游逐漸變細。河勢極不穩(wěn)定，易受沖刷，尤其是河溝蜿蜒段側向侵蝕突出。

4 結束語

文章以石門站、石門子站、肯斯瓦特站作為參證站，采用模比系數綜合頻率曲線法、調蓄經驗單位線法等多種方法對鷹湖水庫各入庫河流設計洪水進行計算，并對比驗證；通過考慮沿程變化和水庫運行等各方面因素，得出各頻率下鷹湖水庫下泄洪水的計算成果；根據能量方程，結合實測斷面資料，計算得出了雀兒溝河項目區(qū)段設計洪水成果。通過對雀兒溝河洪水進行計算和分析，為河道治理工程提供了設計依據的同時，也為水庫運行和下游防洪安全起到了一定的指導作用。結合工程建成后數年間的管理運行，該計算與分析的成果是可靠的。