呂小愚

(新疆昌吉水文勘測(cè)局，新疆 昌吉 831100)

小龍口河位于新疆維吾爾自治區(qū)昌吉回族自治州吉木薩爾縣境內(nèi)，小龍口水庫(kù)于2016年5月開(kāi)工建設(shè)，是一座農(nóng)業(yè)供水，生態(tài)綠化，東西沙河景觀帶供水等綜合開(kāi)發(fā)任務(wù)的小型水利樞紐工程，工程等級(jí)為4等，主要建筑物級(jí)別4級(jí)，次要建筑物及臨時(shí)建筑物級(jí)別5級(jí)。小龍口水庫(kù)下游即吉木薩爾縣縣城，因此其設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算尤為重要，水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為1 000 a一遇。

小龍口河是一條以泉水補(bǔ)給為主的河流，上游段稱為渭戶溝，發(fā)源于博格達(dá)山海拔4 049.6 m的冰峰，有冰川3條，冰川面積1.01 km2，流經(jīng)高中山帶，進(jìn)入泉子街盆地后，呈多股散流，在小龍口處匯合另一股支流，經(jīng)縣城西側(cè)、西場(chǎng)湖、小場(chǎng)湖、下興湖，終于六十戶一帶。小龍口河出山口后也稱西沙河。

1 水利工程

小龍口河上建有渭戶溝渠首和小龍口河渠首。渭戶溝渠首位于河流出山口附近，始建于1983年，地理坐標(biāo)為：東經(jīng)89°01″，北緯43°46′，海拔高程1 767 m，渠首以上集水面積60 km2，渠首左岸有引水干渠一條，設(shè)計(jì)流量4.0 m3/s，1987年7月發(fā)生洪水，渠首閘門被沖壞，攔水堰和引水干渠被沖毀；小龍口河渠首地理坐標(biāo)為：東經(jīng)89°08′，北緯43°57′，渠首以上河長(zhǎng)35.9 km，總集水面積227 km2。

小龍口水庫(kù)壩址位于小龍口渠首上游1 km，地理坐標(biāo)為東經(jīng)89°08′，北緯43°56′，斷面河底高程898 m，斷面以上河長(zhǎng)34.9 km，斷面以上總集水面積224.3 km2，壩址斷面與小龍口渠首區(qū)間集水面積為2.7 km2。

2 資料情況

本次收集到小龍口渠首1993-2013共21年水管觀測(cè)資料，渠首處沒(méi)有測(cè)驗(yàn)斷面及量水建筑物，下游引水量為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，來(lái)水量根據(jù)引水量及現(xiàn)場(chǎng)水利人員目估得到，觀測(cè)次數(shù)視具體情況而定，日平均流量根據(jù)觀測(cè)次數(shù)平均而得。目估法會(huì)導(dǎo)致估算的河道來(lái)水量偏小，存在較為嚴(yán)重的漏測(cè)、少測(cè)情況，尤其對(duì)于洪水期，渠首處既缺少測(cè)驗(yàn)設(shè)施，也達(dá)不到基本的測(cè)洪能力，所謂洪峰流量也多為目估值或最大時(shí)段平均流量，且時(shí)段長(zhǎng)短不一，無(wú)法還原為瞬時(shí)洪峰流量。

所選參證站均為國(guó)家基本水文站，水文測(cè)驗(yàn)、資料整編嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，歷年資料均按水利部頒布的水文測(cè)驗(yàn)、資料整編規(guī)范進(jìn)行編審，水文資料完整，系列滿足規(guī)范要求，精度可靠，可以滿足本次水文分析計(jì)算對(duì)資料要求。

本次收集到了鄰近的白楊河五圣宮站1980-2013年共34 a、開(kāi)墾河站1957-2013年共57 a、木壘站1963-2013年共51 a實(shí)測(cè)洪水資料。其中五圣宮站距離小龍口水庫(kù)僅25 km。

3 洪水成因

小龍口河洪水主要來(lái)自以下幾方面：(1)來(lái)自該河上游渭戶溝夏季暴雨洪水，(2)上游山間盆地、丘陵及山前沖洪積平原春季季節(jié)性融雪洪水。由于目前對(duì)春季季節(jié)性融雪洪水研究成果較少，且成果受地域限制較多，以及這類洪水影響因素的不確定性較多等，小龍口水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水主要以暴雨洪水為主。

通過(guò)詳實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，小龍口河上游渭戶溝的洪水在小龍口渠首以上6 km處匯入，經(jīng)過(guò)泉子街盆地后能夠到達(dá)小龍口渠首的洪水很小，對(duì)小龍口河影響很小，因此渭戶溝渠首以上的集水面積不加入小龍口河的集水面積中。渭戶溝渠首以下，小龍口渠首以上的區(qū)間面積上，還有三分之一的農(nóng)耕地，種植著小麥、玉米、土豆等農(nóng)作物，因此在估算小龍口渠首洪水時(shí)，考慮到農(nóng)耕地對(duì)洪水有一定的截滲和滯納作用，所以減去了渭戶溝渠首以上集水面積及小龍口渠首以上農(nóng)耕地三分之一的面積，故渠首處集水面積為(227-60)×0.7=117 km2。本次擬建小龍口水庫(kù)壩址至渠首區(qū)間集水面積為2.7 km2，因此小龍口水庫(kù)壩址處集水面積為114.3 km2。

4 計(jì)算方法

為推求小龍口壩址斷面處的設(shè)計(jì)洪水，我們收集到與設(shè)計(jì)流域在同一氣候區(qū)的水文、氣象資料，分別采用四種方法進(jìn)行設(shè)計(jì)流域洪水計(jì)算。一是利用吉木薩爾縣氣象站實(shí)測(cè)年最大一日降水量資料，采用調(diào)蓄經(jīng)驗(yàn)單位線法和推理公式法[1]計(jì)算小龍口壩址斷面設(shè)計(jì)洪水；二是利用臨近的五圣宮水文站實(shí)測(cè)洪水系列資料，采用洪峰洪量模數(shù)法估算水庫(kù)壩址斷面處設(shè)計(jì)洪水；三是利用小龍口河鄰近具有長(zhǎng)系列洪水資料的木壘站、開(kāi)墾河站、阜康白楊河站作為參證站，根據(jù)參證站歷史洪水調(diào)查資料及實(shí)測(cè)年最大洪峰流量資料，采用模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法[2]對(duì)小龍口水庫(kù)壩址斷面洪水進(jìn)行計(jì)算；四是根據(jù)收集到的小龍口渠首逐日平均流量資料，統(tǒng)計(jì)得出最大一日、三日洪量，采用長(zhǎng)短系列比值法推算小龍口水庫(kù)壩址斷面設(shè)計(jì)洪量。成果對(duì)照見(jiàn)表1。

表1 小龍口水庫(kù)壩址斷面設(shè)計(jì)洪水成果對(duì)照表

5 方法比較與成果推薦

調(diào)蓄經(jīng)驗(yàn)單位線法主要依據(jù)吉木薩爾縣氣象站實(shí)測(cè)的年最大一日降水資料，采用《新疆維吾爾自治區(qū)最大可能暴雨圖集》概化的24小時(shí)雨程分配，點(diǎn)面換算系數(shù)及折算系數(shù)均沒(méi)有該流域試驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取，存在一定誤差，從而對(duì)設(shè)計(jì)洪水成果產(chǎn)生一定影響，因此，不推薦該法計(jì)算成果。

推理公式法屬經(jīng)驗(yàn)公式，依據(jù)實(shí)測(cè)吉木薩爾縣氣象站降水資料推算結(jié)果。通過(guò)移用氣象站暴雨資料、確定經(jīng)驗(yàn)公式中的參數(shù)，進(jìn)而推求設(shè)計(jì)流域設(shè)計(jì)洪水成果。推理公式法計(jì)算過(guò)程中考慮了流域河長(zhǎng)、匯流面積、坡降、暴雨衰減等因素，計(jì)算結(jié)果較為符合流域特征。根據(jù)四種洪峰流量計(jì)算方法成果對(duì)比，推理公式法得到的設(shè)計(jì)洪峰流量呈現(xiàn)出一個(gè)前高后低的態(tài)勢(shì)，這與一般設(shè)計(jì)洪峰流量趨勢(shì)性不相符，計(jì)算成果作為參考。

洪峰洪量模數(shù)法是無(wú)資料地區(qū)使用的方法之一。五圣宮站是國(guó)家基本水文站，其資料觀測(cè)和整編均嚴(yán)格按行業(yè)規(guī)范執(zhí)行，實(shí)測(cè)水文資料可靠，精度完全能滿足水文分析計(jì)算要求。小龍口河與奇臺(tái)白楊河均發(fā)源于博格達(dá)峰，同處于一個(gè)氣候區(qū)，但是產(chǎn)流條件有一定差異，奇臺(tái)白楊河洪水類型包括融雪性洪水、暴雨洪水及混合型洪水，小龍口河主要為區(qū)間暴雨洪水，這對(duì)洪峰流量的影響較大。且考慮到小龍口水庫(kù)下游即吉木薩爾縣縣城，對(duì)比不同方法計(jì)算成果，從防洪安全角度考慮，推薦采用模數(shù)法計(jì)算得到的小龍口水庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)段洪量成果。

地區(qū)模比系數(shù)綜合頻率曲線法，復(fù)核了小龍口河歷史洪水情況，對(duì)洪調(diào)資料重新進(jìn)行了分析并在增加資料的基礎(chǔ)上重新確定了重現(xiàn)期，使之更符合流域?qū)嶋H情況，再將同一氣候區(qū)各參證站的洪水資料綜合在一起進(jìn)行分析，降低設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果的抽樣誤差，消除個(gè)別年份個(gè)別站點(diǎn)受特大值影響帶來(lái)的偶然誤差和各站由于水文特性差異造成的差別，綜合出地區(qū)洪水的規(guī)律性，充分利用設(shè)計(jì)流域調(diào)查洪水資料，以解決無(wú)洪水資料流域的設(shè)計(jì)洪水問(wèn)題。歷史洪水對(duì)于計(jì)算設(shè)計(jì)洪水意義重大，在此推薦采用地區(qū)綜合模比系數(shù)法計(jì)算得到的設(shè)計(jì)洪峰流量成果。

長(zhǎng)短系列比值法是根據(jù)小龍口渠首21年實(shí)測(cè)水管資料中最大一日、最大三日平均流量統(tǒng)計(jì)成果，以鄰近的具有長(zhǎng)系列洪量資料的五圣宮水文站為參證站，采用長(zhǎng)短系列比值法得到小龍口渠首長(zhǎng)系列設(shè)計(jì)最大一日、三日洪量均值，再借用五圣宮站對(duì)應(yīng)參數(shù)計(jì)算得出。通過(guò)對(duì)水管資料的分析可以發(fā)現(xiàn)，小龍口渠首21年實(shí)測(cè)資料中有5年最大一日平均流量未超過(guò)0.5 m3/s，這表明洪水期水管資料可靠性較低，目估資料偏小，因此不推薦長(zhǎng)短系列比值法得到的設(shè)計(jì)洪量成果。設(shè)計(jì)洪水推薦成果見(jiàn)表2。

表2 小龍口水庫(kù)壩址斷面設(shè)計(jì)洪水推薦成果表

6 成果合理性分析

將設(shè)計(jì)成果與鄰近流域河流的洪峰模數(shù)進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表3，小龍口河主要以泉水補(bǔ)給為主，主要洪水來(lái)源為渭戶溝渠首至小龍口水庫(kù)區(qū)間暴雨洪水，設(shè)計(jì)洪峰模數(shù)遠(yuǎn)小于開(kāi)墾河站，與五圣宮站(集水面積172 km2)、東大龍口站(集水面積163 km2)設(shè)計(jì)洪峰模數(shù)十分接近，符合小河流暴雨洪水的特點(diǎn)，成果較為合理。

表3 小龍口河與相鄰河河流不同頻率洪峰模數(shù)一覽表

7 結(jié)語(yǔ)

小龍口河下游穿越吉木薩爾縣縣城，確定河流不同設(shè)計(jì)頻率的洪峰流量、洪水總量對(duì)縣城防洪具有較大意義。本次設(shè)計(jì)洪水計(jì)算采用新疆無(wú)資料地區(qū)常用的五種方法，充分考慮流域產(chǎn)流情況，對(duì)應(yīng)對(duì)洪水災(zāi)害、保證縣城人民財(cái)產(chǎn)安全起著十分重要的作用。