呂小愚

（新疆昌吉水文勘測(cè)局，新疆 昌吉 831100）

1 問(wèn)題的提出

阿克薩依溝位于呼圖壁縣雀爾溝鎮(zhèn)境內(nèi)，地理位置介于東經(jīng)86°05′～87°08′、北緯43°07′～45°20′之間，東與呼圖壁河相鄰，西與軍塘湖河相望，南以天山分水嶺與巴音郭楞蒙古自治州和和靜縣相望，北與塔城地區(qū)和布克賽爾蒙古自治縣、阿勒泰地區(qū)福?？h相接。阿克薩依溝屬無(wú)水文資料地區(qū)，其流域治理工程洪水水文分析計(jì)算必須充分利用相鄰流域水文資料［1]。本次收集了呼圖壁河石門(mén)水文站、三屯河碾盤(pán)莊水文站、頭屯河制材廠水文站洪水資料，資料截止年份為2017年。通過(guò)對(duì)水文資料的分析，所收集的水文資料可以滿足阿克薩依溝河流治理工程洪水水文分析計(jì)算要求。

2 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

2.1 推理公式法

2018年初昌吉水文勘測(cè)局在編制《昌吉市阿濰灘防洪工程洪水水文分析計(jì)算報(bào)告》《昌吉市三屯河大洪溝洪水水文分析計(jì)算報(bào)告》《昌吉市三工灘前山區(qū)防洪工程水文分析計(jì)算報(bào)告》《昌吉市頭屯河引水樞紐至烏伊公路大橋河段防洪工程水文分析報(bào)告》過(guò)程中［2]，對(duì)呼圖壁縣石膏溝、大洪溝、阿濰灘、三工灘洪溝推理公式法中參數(shù)進(jìn)行了率定［1]，阿克薩依溝流域正好于這四處區(qū)域之中，因此推理公式法中的部分參數(shù)可直接借用其率定成果［3]。

2.1.1 計(jì)算公式根據(jù)《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》（SL 44-2006）中推薦的推理公式，由設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水，其計(jì)算式如下：

式中：Qm為洪峰流量，m3/s；H為在全面匯流時(shí)代表相應(yīng)于τ 時(shí)段的最大凈雨，在部分匯流代表單一洪峰的凈雨，mm；τ 為流域匯流歷時(shí)，h；F為流域面積，km2；J為沿流程L的平均比降（以小數(shù)計(jì)）；L為沿主河從出口斷面至分水嶺的最長(zhǎng)距離，km；m為匯流參數(shù)。

2.1.2 公式中各參數(shù)的確定

（1）流域特征參數(shù)F、L、J值的確定

流域特征參數(shù)F、L、J的值在1∶50000 地形圖上量算所得。沿洪溝繪出各山洪溝分水嶺，確定流域面積。根據(jù)地形圖可以測(cè)得流域特征參數(shù)值如下：流域面積F為52.2 km2；沿主河從出口斷面至分水嶺最長(zhǎng)距離L為21 km；沿流程L的平均比降J為32.0‰。

（2）匯流參數(shù)m的確定

無(wú)資料條件下m值，可根據(jù)《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》“小流域下墊面條件分類(lèi)表”中查得m值范圍。再由公式推求出的θ 值，內(nèi)插得到m值。θ=66.1，m=1.72。

（3）暴雨衰減指數(shù)n值的率定

n值是反映地區(qū)暴雨長(zhǎng)短歷時(shí)關(guān)系的敏感性參數(shù)，用作設(shè)計(jì)條件下主雨峰的降雨時(shí)程分配控制，用水文、氣象站的降水資料來(lái)確定，根據(jù)實(shí)測(cè)暴雨資料和場(chǎng)次暴雨資料分析，一般暴雨在24 h 之內(nèi)，因此統(tǒng)計(jì)分析最大日降水作為設(shè)計(jì)降水的樣本來(lái)分析。本次采用《昌吉市阿濰灘防洪工程洪水水文分析計(jì)算報(bào)告》等四個(gè)報(bào)告中率定的本區(qū)域參數(shù)值，n=0.753。

2.1.3 設(shè)計(jì)洪峰流量的計(jì)算

將以上步驟確定的推理公式法中的參數(shù)代入公式（1）和公式（2）中，推算阿克薩依溝匯合口處不同頻率的設(shè)計(jì)洪峰流量值。計(jì)算成果見(jiàn)表1。

表1 阿克薩依溝匯合口斷面設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算匯總成果表

2.2 洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法

選取處于同一氣候區(qū)的呼圖壁河石門(mén)站、三屯河碾盤(pán)莊站和頭屯河制材廠站三處水文站作為參證站，根據(jù)參證站實(shí)測(cè)洪峰和歷史洪水資料，采用洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法，推求阿克薩依溝不同設(shè)計(jì)頻率洪峰流量。

首先分別進(jìn)行各參證站年最大洪峰流量系列頻率計(jì)算。本次流量系列頻率計(jì)算考慮三個(gè)參證站近100年內(nèi)實(shí)測(cè)流量系列頻率數(shù)據(jù)包括發(fā)生特大洪災(zāi)年份的流程頻率。對(duì)各參證站洪峰流量模比系數(shù)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算，并點(diǎn)繪在同一概率格紙上，理論頻率曲線采用P－Ⅲ型曲線，均值、CV和CS值采用適線法確定?？紤]到設(shè)計(jì)流域?yàn)闊o(wú)資料山洪溝，在適線時(shí)，將最大上外包線作為地區(qū)模比系數(shù)綜合頻率曲線結(jié)果，適線情況見(jiàn)圖1。

圖1 地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線圖

根據(jù)參證站綜合頻率曲線，得到不同頻率kp值，見(jiàn)表2。

表2 地區(qū)洪峰模比系數(shù)不同設(shè)計(jì)頻率kp 值查算表

根據(jù)不同設(shè)計(jì)頻率的洪峰流量與其相應(yīng)模比系數(shù)比值相等的原則，阿克薩依溝匯合口斷面1996年7月18 日調(diào)查洪峰流量91.0 m3/s，重現(xiàn)期為39 a，對(duì)應(yīng)頻率為2.56%，對(duì)應(yīng)模比系數(shù)Kd=3.49，按照下列公式計(jì)算得到不同設(shè)計(jì)頻率的洪峰流量。

式中：Qp為設(shè)計(jì)頻率洪峰流量，m3/s；Qd為調(diào)查洪水洪峰流量，m3/s；Kp為設(shè)計(jì)頻率洪峰模比系數(shù)；Kd為調(diào)查洪水洪峰模比系數(shù)。洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率法計(jì)算成果見(jiàn)表3。

表3 阿克薩依溝匯合口斷面地區(qū)綜合頻率法計(jì)算成果表

3 設(shè)計(jì)洪水成果推薦

對(duì)設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算采用了適合無(wú)資料地區(qū)的推理公式法、洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法兩種方法進(jìn)行推求，各計(jì)算方法推算得到的設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果匯總見(jiàn)表4。

表4 阿克薩依溝匯合口斷面設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果匯總表

本次合理性檢查分析從計(jì)算方法和設(shè)計(jì)洪水成果兩個(gè)層次進(jìn)行。

推理公式法在計(jì)算過(guò)程中考慮了河長(zhǎng)、坡降、集水面積等流域特征參數(shù)，暴雨衰減指數(shù)、產(chǎn)、匯流參數(shù)值是根據(jù)區(qū)域規(guī)律率定得到，其主要采用的實(shí)測(cè)降水資料為海拔較高的呼圖壁河石門(mén)水文站長(zhǎng)系列資料，但由于石門(mén)站海拔較高，石門(mén)站以上海拔為1257 m～3700 m，本次計(jì)算斷面以上海拔高程為730 m～1369 m，以高海拔區(qū)域降水量推算低山丘陵區(qū)降水量可能存在一定誤差，因此，此方法計(jì)算結(jié)果僅供參考。

洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法中對(duì)選用鄰近參證站實(shí)測(cè)系列洪水資料和歷史洪水調(diào)查資料進(jìn)行地區(qū)綜合，從而降低由單一參證站洪水資料計(jì)算設(shè)計(jì)洪水成果的抽樣誤差，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，解決實(shí)際工作中無(wú)洪水資料流域設(shè)計(jì)洪水問(wèn)題。且對(duì)設(shè)計(jì)流域歷史洪水進(jìn)行了詳實(shí)的調(diào)查，基本可以確定歷史洪水量級(jí)和重現(xiàn)期，調(diào)查洪水成果較為可靠，因此推薦此方法計(jì)算成果作為本次阿克薩依溝設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果。

4 結(jié)論

由于阿克薩依溝洪水資料短缺，根據(jù)本流域和參證站實(shí)測(cè)及調(diào)查洪水資料，對(duì)各計(jì)算節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)洪水洪峰流量進(jìn)行估算。因此，設(shè)計(jì)洪峰流量成果是否合理，對(duì)工程設(shè)計(jì)關(guān)系重大。通過(guò)以上計(jì)算分析，推薦以石門(mén)站、碾盤(pán)莊站、制材廠站洪水資料頻率計(jì)算為基礎(chǔ)，用同處氣候地形條件基本相似的水文站洪水資料，編制地區(qū)洪峰模比系數(shù)綜合頻率曲線，推求計(jì)算斷面設(shè)計(jì)洪水，縮小了計(jì)算成果因各站水文特性的差別和單站洪水資料推求設(shè)計(jì)洪水時(shí)的任意性，因此認(rèn)為設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果合理。