洪昕妍

（博爾塔拉水文勘測(cè)局，新疆 博樂(lè) 833400）

1 概述

溫泉縣位于新疆維吾爾自治區(qū)西北部，博爾塔拉河上游河谷地帶，地勢(shì)為南、西、北三面環(huán)山，山地與丘陵占70.5%。唯一的一條河流是博爾塔拉河，河流流向大致為自北向南流。扎勒木特溝是博爾塔拉河北岸的一級(jí)小支流。流域地處溫泉縣西北部，南至博爾塔拉河中上游段。地表水資源量為9.28 億m3，平原區(qū)地下水補(bǔ)給量為3.4 億m3。扎勒木特溝最高海拔1981 m，在出山口以上集水面積76.1 km2，河長(zhǎng)18.9 km[1]。扎勒木特溝平常無(wú)水，夏季多暴雨洪水。當(dāng)?shù)厝罕姴捎猛笼埧诩巴燎M(jìn)行引水灌溉，灌溉面積約1000 畝。

工程場(chǎng)址附近有溫泉縣氣象站，設(shè)立于1956 年11 月，觀測(cè)項(xiàng)目有降水、蒸發(fā)、風(fēng)速、氣溫、氣壓、濕度等，資料自設(shè)站連續(xù)觀測(cè)至今，已收集了多年的降水、蒸發(fā)、氣溫等各項(xiàng)氣象資料。研究地區(qū)氣候干燥、少雨，根據(jù)溫泉?dú)庀笳举Y料，年平均氣溫3.9℃，極端最高氣溫37.2℃，最低氣溫-39.7℃，多年平均降水量231.9 mm，而多年平均蒸發(fā)量為730.86 mm。

眾所周知，河流洪水（流量）隨季節(jié)、時(shí)間變化而變化不同，形成洪水的原因不同，產(chǎn)生的洪水量級(jí)也不同。計(jì)算分期設(shè)計(jì)洪水在水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用、水利工程施工期防洪設(shè)計(jì)中極其重要。為了工程能順利施工，考慮到工程施工導(dǎo)流的要求，故進(jìn)行分期洪水計(jì)算。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，扎勒木特溝渠首樞紐工程為四等工程，施工期采用明渠導(dǎo)流及土石圍堰渡汛。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201-94），臨時(shí)性建筑物為5 級(jí)工程，施工期設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30 年～20 年一遇。

2 水文資料分析

根據(jù)鄰近博爾塔拉河溫泉水文站、精河山口水文站和大河沿子河沙爾托海水文站、阿合奇水文站等河流水文站系列資料分析，扎勒木特溝每年的3 月～4 月為春旱期，5 月～8 月受氣溫等熱量情勢(shì)影響，山區(qū)積雪融化形成洪水，一般9 月河流即進(jìn)入平枯水期。徑流主要由泉水和降水補(bǔ)給，11 月～翌年3 月河流進(jìn)入冰期，徑流靠山區(qū)泉水補(bǔ)給。歷年來(lái)扎勒木特溝河道來(lái)水受洪水影響均較大。

3 分期設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

3.1 洪水分期的劃分

現(xiàn)行分期設(shè)計(jì)洪水模式是在分析流域洪水季節(jié)性規(guī)律的基礎(chǔ)上，按照設(shè)計(jì)和管理要求，把整個(gè)汛期劃分為若干個(gè)分期，然后在分期的相應(yīng)時(shí)段內(nèi)按照一定的選樣方法選出洪水樣本，再進(jìn)行頻率分析，進(jìn)而推求滿足設(shè)計(jì)頻率的分期設(shè)計(jì)洪水[2]。

分期洪水確定的目的：選擇最優(yōu)施工階段，降低工程造價(jià)，確保工程施工安全順利。分期洪水的起迄時(shí)間，根據(jù)流域洪水的季節(jié)性變化規(guī)律而定。洪水分期的劃分，既要考慮工程運(yùn)用的要求，又要使分期基本符合洪水的季節(jié)性變化及成因特點(diǎn)[3]。分期洪水的選樣，一般是在規(guī)定時(shí)段內(nèi)按年最大值法進(jìn)行選擇[4]。根據(jù)扎勒木特溝洪水成因類型及各類洪水發(fā)生的月份，年最大洪峰出現(xiàn)的季節(jié)及年內(nèi)不同期洪水量級(jí)的變化，并根據(jù)扎勒木特溝渠首工程工作大綱的技術(shù)要求，除每年的5 月～8 月汛期外，選取3 月～4 月、9 月～10 月時(shí)段年最大洪峰流量和時(shí)段洪量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析計(jì)算。

3.2 參證站的選擇

在無(wú)資料與少資料地區(qū)進(jìn)行水文計(jì)算時(shí)，需要選擇資料系列長(zhǎng)、資料較為完整的水文站作為參證站[5]。本地區(qū)現(xiàn)有溫泉水文站、精河山口水文站等5 個(gè)水文站。精河山口水文站、沙爾托海水文站距離扎勒木特溝較遠(yuǎn)，且冰川融水比例較高，不宜作為參證站；博樂(lè)水文站受人為影響很大，不宜作為參證站。故本次計(jì)算選用溫泉水文站和阿合奇水文站作為扎勒木特溝徑流分析計(jì)算的參證站，對(duì)參證站進(jìn)行水文資料的“三性”分析。

（1）可靠性分析

選用的參證站由新疆自治區(qū)水利廳設(shè)立，為國(guó)家基本水文站，其水文測(cè)驗(yàn)規(guī)范，觀測(cè)項(xiàng)目較齊全。所有的水文測(cè)驗(yàn)和觀測(cè)及數(shù)據(jù)整編均符合國(guó)家行業(yè)技術(shù)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)和要求，經(jīng)復(fù)核各參證站水文數(shù)據(jù)無(wú)明顯錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)成果可靠，完全可以滿足水文分析計(jì)算的要求。

（2）一致性分析

溫泉水文站1959 年5 月建站觀測(cè)至今，斷面觀測(cè)徑流量沒有控制安格里克渠流量，對(duì)溫泉水文站月年徑流量系列造成了影響，為此須對(duì)其月、年徑流系列進(jìn)行還原處理，方可進(jìn)行計(jì)算。阿合奇水文站流量資料年限為1961 年5 月～1966 年9 月、1979 年～1993 年，1994 年～2016 年 5 月～9 月。為了達(dá)到規(guī)范要求，需要對(duì)阿合奇水文站資料進(jìn)行復(fù)核和訂正。訂正后得到2009 年～2016 年的徑流量變化與鄰近流域基本一致。

（3）代表性分析

以溫泉水文站為進(jìn)行分析，從圖1 可見：從2016 年倒推至1993 年時(shí)，其模比系數(shù)均值趨于穩(wěn)定，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，變幅逐漸減小，均值趨于穩(wěn)定，可見系列均值有較好的代表性。

圖1 溫泉站年徑流模比系數(shù)累積平均曲線

3.3 分期設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算

3.3.1 參證站分期設(shè)計(jì)洪峰流量

（1）溫泉水文站

在我國(guó)，20 世紀(jì)60 年以來(lái)，通過(guò)對(duì)我國(guó)洪水極值資料的驗(yàn)證，認(rèn)為P-Ⅲ型能較好擬合我國(guó)大多數(shù)河流的洪水系列。此后，我國(guó)洪水頻率分析一直采用P-Ⅲ型曲線[6]。同時(shí)在洪水頻率曲線參數(shù)估計(jì)方法中，我國(guó)規(guī)范統(tǒng)一規(guī)定采用適線法。根據(jù)統(tǒng)計(jì)的溫泉水文站分期洪峰流量系列資料，采用P-Ⅲ型頻率曲線進(jìn)行適線，溫泉水文站3 月～4 月洪峰流量頻率曲線見圖2，溫泉水文站9 月～10 月洪峰流量頻率曲線見圖3，由頻率曲線推算出不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量值見表1。

表1 溫泉水文站各種頻率分期洪水計(jì)算表 單位：m3/s

圖3 溫泉水文站9 月～10 月洪峰流量頻率曲線

圖2 溫泉水文站3 月～4 月洪峰流量頻率曲線

（2）阿合奇水文站

對(duì)現(xiàn)有實(shí)測(cè)資料但資料系列太短，或者即使系列資料較長(zhǎng)但與周邊參證站相關(guān)系數(shù)太低的河流流域，可以根據(jù)周邊水文資料較好而且具有代表性的長(zhǎng)系列參證站，用其同時(shí)期長(zhǎng)短系列的比值修正，推求阿合奇水文站長(zhǎng)系列均值。

統(tǒng)計(jì)阿合奇水文站 1961 年 ～1966 年、1979 年 ～1993 年分期3 月～4 月及9 月～10 月的洪峰流量長(zhǎng)系列資料，統(tǒng)計(jì)其短系列多年年徑流量平均值（3 月～4 月為 4.15 m3/s、9 月～10 月為 9.57 m3/s）；此外，統(tǒng)計(jì)溫泉水文站 1961 年 ～1966 年、1979 年 ～1993 年短系列年徑流量均值（3 月～4 月為 11.9 m3/s、9 月～10 月為 10.9 m3/s），其長(zhǎng)系列 1960 年 ～2016 年 57 a 的 3 月～4 月及 9 月～10 月洪峰流量均值：3 月～4 月為 11.1 m3/s、9月～10 月為11.3 m3/s。采用長(zhǎng)、短系列比值修正（訂正）法推求阿合奇水文站多年平均3 月～4 月及9 月～10 月洪峰流量，其計(jì)算式為：

式中：W設(shè)長(zhǎng)為阿合奇站修正后多年平均3 月～4 月及9 月～10 月洪峰流量；W參長(zhǎng)為參證站溫泉站長(zhǎng)系列3 月～4 月及9 月～10 月洪峰流量；W參短為參證站溫泉站3 月～4 月及9 月～10 月洪峰流量；W設(shè)短為阿合奇站短系列3 月～4 月及9 月～10 月洪峰流量。

由上述公式推算出修正后的阿合奇水文站多年平均3 月～4 月洪峰流量為 3.87 m3/s，9 月～10 月洪峰流量為 9.92 m3/s。

根據(jù)阿合奇水文站3 月～4 月及9 月～10 月多年平均洪峰流量，借用參證站溫泉水文站年徑流系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)變差系數(shù)和偏態(tài)系數(shù)，即：

變差系數(shù)值 CV：3 月～4 月取 0.78、9 月～10 月取 0.45；

偏態(tài)系數(shù)值CS：均取CV值的6 倍。

計(jì)算阿合奇水文站不同保證率下的3 月～4 月及9 月～10 月設(shè)計(jì)洪峰流量，成果見表2。

表2 阿合奇水文站各種頻率分期洪水計(jì)算表 單位：m3/s

3.3.2 扎勒木特溝渠首分期設(shè)計(jì)洪峰流量

扎勒木特溝渠首分期洪水汛期設(shè)計(jì)洪水以5 月～8 月為主，采用年最大洪峰流量對(duì)其進(jìn)行成果計(jì)算。3 月～4 月份、9 月～10 月份設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算采用洪峰流量面積指數(shù)法分別進(jìn)行分析計(jì)算。

以溫泉水文站和阿合奇水文站為參證站，以各參證站分期設(shè)計(jì)洪峰流量數(shù)據(jù)為依據(jù)，根據(jù)洪峰流量面積指數(shù)法，計(jì)算得到扎勒木特溝渠首3 月～4 月、9 月～10 月設(shè)計(jì)洪峰流量。

扎勒木特溝集水面積為76.1 km2，參證站溫泉水文站和阿合奇水文站集水面積分別為2206 km2和938 km2，根據(jù)計(jì)算公式：

式中：Q設(shè)、Q參為設(shè)計(jì)斷面和參證站的設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；F設(shè)、F參為設(shè)計(jì)斷面和參證站的集水面積，km2。

由以上公式即可得到不同頻率下的設(shè)計(jì)洪峰洪量成果，見表3。

表3 扎勒木特溝渠首各種頻率分期洪水計(jì)算表 單位：m3/s

由表4 知，以溫泉水文站為參證站進(jìn)行計(jì)算的不同頻率洪峰流量值，3 月～4 月的計(jì)算值均大于9 月～10 月。而以阿合奇水文站為參證站計(jì)算出的不同頻率洪峰流量值，3月～4 月的計(jì)算值均小于9 月～10 月。這與扎勒木特溝現(xiàn)有水文資料所形成的規(guī)律一致，以阿合奇水文站為參證站計(jì)算所得數(shù)據(jù)更貼合實(shí)際，故本文選擇以阿合奇水文站為參證站進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果。利用洪峰流量面積指數(shù)法計(jì)算的扎勒木特溝渠首水庫(kù)工程3 月～4 月、9 月～10 月設(shè)計(jì)洪峰流量成果見表4。

表4 扎勒木特溝渠首各種頻率分期洪水推薦成果表 單位：m3/s

4 結(jié)論

為滿足設(shè)計(jì)要求，根據(jù)現(xiàn)有扎勒木特溝渠首水庫(kù)工程的相關(guān)洪水資料，分別以溫泉水文站和阿合奇水文站作為參證站，采用洪峰流量面積指數(shù)法計(jì)算不同頻率下的分期洪水洪峰流量值。通過(guò)兩個(gè)參證站的計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析，最終采用以阿合奇水文站為參證站計(jì)算所得的結(jié)果作為扎勒木特溝渠首水庫(kù)工程分期洪水計(jì)算的結(jié)果，滿足設(shè)計(jì)要求。

計(jì)算分期洪水對(duì)水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度、水利工程實(shí)施等項(xiàng)目具有重要意義。本文根據(jù)相關(guān)資料進(jìn)行詳細(xì)且嚴(yán)格的計(jì)算，為工程下一步實(shí)施提供可靠的依據(jù)。