乌鲁木齐市达坂城区黑沟河小流域治理工程设计洪水计算

2010-03-22高俊双

黑龙江水利科技 2010年3期

高俊双，杨晗

(1.广州市水利科学研究所，广州100055;2.嫩江尼尔基水利水电有限责任公司，黑龙江嫩江161005)

1 前言

黑沟河地处新疆乌鲁木齐市达坂城地区柴窝堡－达坂城盆地中，北倚东天山北麓博格达峰，南面为天山中段山脉天格尔山，东面为喀拉塔格山，流域三面环山，西面开阔呈半封闭状态。

黑沟河发源于东天山博格达峰南坡，由北向南流。上游出山口以上有4条支流分布于左右岸，黑沟河为主河道，流域形状呈扇形，河源与博格达峰南坡冰川群相连。各支流汇合后沿长7 km左右的山谷至出山口;出山口后呈散射状进入达坂城谷地农业区。黑沟河渠首(水文巡测站断面)以上河长24 km，集水面积172 km2，河道平均坡降98‰;黑沟渠首以下至与阿克苏河交汇处河长34.28 km，河道比降为1.7% ～3.6%。

黑沟河坡陡流急。由于受盆地内水文地质条件影响，山区地表水在运移过程中渗漏较大，地表水、地下水经多次转化，在达坂城区东南以泉水形式复出，汇入白杨河。

2 洪水类型及洪水特性

黑沟河流域的洪水成因主要是冰川融水和汛期的暴雨。洪水类型有融雪(冰)型洪水、暴雨洪水及暴雨与融雪混合型洪水。

2.1 融雪(冰)型洪水

“三河”流域发源于博格达峰南坡高山带，这里降水量较丰沛，现代冰川发育，黑沟河冰川覆盖率为11.5%，因而每当夏季气温连续上升，便出现融冰型洪水。这类洪水的主要特征是日变化明显，对于某个固定断面，峰谷出现时间较有规律;此类洪水与气温变化、冰川面积、积雪变化情况等有密切的关联性，一般融雪(冰)型洪水规模小。

2.2 暴雨型洪水

博格达山位于西风带，主要影响其降水的是西北气流，据中科院考察:由于涡动气流的影响，博格达峰南坡降水不少于北坡，且集中于夏季，因而夏季常出现暴雨洪水。暴雨型洪水的主要特征是峰高量小历时短，涨率大，峰显时间不固定，洪水常挟带大量悬移质和漂浮物。

2.3 暴雨与融雪(冰)混合型洪水

暴雨与融雪(冰)混合型洪水多发生在夏季6、7、8这3个月，因为高温天气与降水都集中于夏季。该类洪水的特征是在有规律的冰川融水基础上叠加一个尖瘦的暴雨洪峰，峰高量大，历时较长，涨势迅猛，突发性强，常构成洪水灾害。

黑沟河洪峰出现于7月底至8月初，而11月底至次年4月的流量较小。

3 设计洪水计算

黑沟河渠首洪峰流量资料系列较短，建立黑沟河渠首与英雄桥水文站洪峰流量相关关系，其相关系数0.871。利用英雄桥水文站洪峰流量插补黑沟河渠首洪峰流量，延长年数未超过实测年数的50%，延长后黑沟河渠首洪峰流量系列1977～2008年共计32 a。建立的相关关系物理成因概念清晰、实测点据较多，相关程度较高，插补值在系列中没有突出偏大、偏小现象。

1977～2008年连续32 a洪峰流量系列，加入历史调查洪水作为特大值，进行频率计算，计算结果见表1，流量相关图见图1。

表1 渠首站洪峰流量频率计算成果表m3/s

图1 英雄桥站与黑沟洪峰流量相关图

4 计算节点设计洪水推求

在河流节点起始位置和计算节点末端布设相应的调查断面，以计算节点起始位置和计算节点末端的洪水流量为控制，进行同场次洪水的衰减率计算，求得单位河长衰减率。

由于黑沟河没有进行过洪水衰减的实验工作，上下游洪峰流量衰减分析采用乌鲁木齐河的实测资料进行分析。根据历年观测分析及实地考察，乌鲁木齐洪水主要形成于高山地区。从大西沟河源起，沿途各支流洪水不断汇入，出山口后进入散失区即沿途下渗衰减。自英雄桥站至乌拉泊站48 km河道，洪水沿程大量下渗损失，建立乌鲁木齐河英雄桥站与乌拉泊站相应洪水系列，见表2。