乌鲁木齐河流域洪水地区组成分析

郭华

（新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000）

乌鲁木齐河流域洪水地区组成分析

郭华

（新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000）

对乌鲁木齐河乌拉泊水库断面以上流域洪水地区组成进行分析计算。统计乌鲁木齐河流域洪水遭遇情况，可知乌拉泊水库坝址断面洪水主要来自上游大西游水库区间，乌拉泊水库与大西沟水库两个断面同时发生洪水的频率最高。分别采用典型年法和同频率发推求出大西沟水库分区、乌拉泊水库分区、大～乌分区的设计洪水过程线，为大西沟水库、乌拉泊水库调洪演算提供基础资料。

乌鲁木齐河；洪水地区组成；典型年法；同频率法；洪水演算

1 研究背景

乌鲁木齐河流域位于天山北坡中段，准噶尔盆地南缘，流域总面积4684km2。乌鲁木齐河自上游至下游依次建有大西沟水库、乌拉泊水库及红雁池水库，大西沟水库位于英雄桥水文站上游5．5km处，坝址距乌鲁木齐市68km，是一个以防洪为主的山区龙头水库，于2013年底开始下闸蓄水。乌拉泊水库为拦河式水库，距上游英雄桥水文站53km，始建于1959年，总库容5784万m3。红雁池水库为注入式水库，位于乌拉泊水库下游右侧，于1953年建成，相应库容5295万m3。

基于乌鲁木齐市防洪要求，亟需对乌鲁木齐河3个水库进行联合调度优化。由于红雁池水库为单一注入式水库，因此3个水库联合调度的技术重点在于乌拉泊水库断面以上洪水地区组成。

2 流域内降雨地区分布规律

通过乌鲁木齐河流域主要站点降水量情况，如表1，可知强降水高值区均在3000m以上山区，从天山云雾站～小渠子气象站～英雄桥水文站～乌拉泊水文站，随着高程逐渐降低，降水量不断减小，其中英雄桥水文站至乌拉泊水文站区间降水量减小趋势较明显。

表1 乌鲁木齐河流域主要站点降水量

3 设计断面选择及分区

乌鲁木齐河流域防洪规划预案中防洪的重点对象是乌鲁木齐市，乌鲁木齐市的防洪状况与乌拉泊水库的安全息息相关，而乌拉泊水库的安全取决于入库洪水，因此选取乌拉泊断面为洪水地区组成分析的设计断面。

根据工程布置及流域下垫面特性，乌拉泊水库断面以上流域洪水地区组成大致可分为3个分区：大西沟水库坝址以上为大西沟水库分区，乌拉泊水库坝址以上为乌拉泊水库分区，两水库坝址间的区间为大～乌区间分区。

4 分区洪水同频性分析

选取大西沟水库分区、乌拉泊水库分区、大～乌区间分区实测1961～2011年共51场实测洪水中排位前15场的洪水，对其年最大1d洪量进行排序，如表2。

以乌拉泊水库分区为参照基准，在排位前5场洪水中，大西沟水库分区与大～乌区间同频出现的洪水共有3场，比例为60%；在排位前10场洪水中，大西沟分区与大～乌区间同频出现的洪水共有5场，比例为50%；在排位前15场洪水中，大西沟分区与大～乌区间同频出现的洪水共有10场，比例为66．7%。

分区洪水同频响应性分析成果表明，乌鲁木齐河大西沟水库分区、乌拉泊水库分区及两水库之间的大～乌区间分区，同时出现大洪水的概率在47%～70%之间，大西沟水库分区、大～乌区间分区单独出现大洪水的概率相对较大，即大西沟水库分区、大～乌区间独立出现大洪水的概率可达30%～53%，换句话说大西沟水库分区、大～乌区间不同时出现大洪水的概率可达30%～53%。

5 分区洪水遭遇规律分析

5.1 乌拉泊水库年最大1d洪量

以乌拉泊水库坝址年最大1d时段洪量的发生日期为基准，以发生日期前后2d为控制进行统计，分析各分区洪水的遭遇情况。实测1961～2011年共51场洪水资料中，大西沟水库分区与乌拉泊水库分区同时发生大洪水有36年，占总年数的70．6%；大～乌区间与乌拉泊水库分区同时发生大洪水有26年，占总年数的51%；大西沟水库分区与大～乌区间同时发生洪水有21年，占总年数的41．2%；大西沟水库区间、大～乌区间分区、乌拉泊水库分区3个分区同时发生大洪水共20年，占总年数的39．2%。

表2 各分区年最大1d洪量频率

5.2 乌拉泊水库年最大3d洪量

以乌拉泊水库坝址年最大3d时段洪量的发生日期为基准，以发生日期前后3d为控制进行统计，分析各分区洪水的遭遇情况。实测1961～2011年共51场洪水资料中，大西沟水库分区与乌拉泊水库分区同时发生大洪水有35年，占总年数的68．6%；大～乌区间与乌拉泊水库分区同时发生大洪水有20年，占总年数的39．2%；大西沟水库分区与大～乌区间同时发生洪水有17年，占总年数的33．3%；大西沟水库、大～乌区间、乌拉泊3个分区同时发生大洪水共15年，占总年数的29．4%。

5.1 乌拉泊水库年最大15d洪量

以乌拉泊水库坝址年最大15d时段洪量的发生日期为基准，以发生日期前后3d为控制进行统计，分析各分区洪水的遭遇情况。实测1961～2011年共51场洪水资料中，大西沟水库分区与乌拉泊水库分区同时发生大洪水有30年，占总年数的58．8%；大～乌区间与乌拉泊水库分区同时发生大洪水有31年，占总年数的60．8%；大西沟水库分区与大～乌区间同时发生洪水有24年，占总年数的47．1%；大西沟水库、大～乌区间、乌拉泊3个分区同时发生大洪水共21年，占总年数的41．2%。乌鲁木齐河各分区洪水发生概率统计如表3。

表3 各分区年最大洪量频率

分析可知，乌拉泊水库坝址断面洪水主要来自上游大西游水库区间，两个断面同时发生洪水的频率最高；当下游乌拉泊坝址发生大洪水时，大西沟水库分区和大～乌区间有遭遇的可能，并大于大西沟水库分区、大～乌区间、乌拉泊水库分区同时发生洪水的概率；而大西沟水库分区与大～乌区间洪水遭遇的概率小于大～乌区间与乌拉泊水库分区遭遇的概率。因此，大西沟水库建成后，对下游乌拉泊水库防洪可以发挥相当大的洪水削减作用，从而提高下游防洪标准。

6 分区设计洪水计算

6.1 大西沟水库分区洪水系列

用英雄桥水文站1961～2011年共51年连续系列，统计出年最大1，3，5，7，15d洪量，考虑1953年特大洪水，用P-Ⅲ型频率曲线，通过目估适线法，可得“大西沟水库”分区的年最大1，3，5，7，15d洪量的设计洪水成果，如表4。

表4 大西沟水库分区全年设计洪水成果 单位：万m3

6.2 乌拉泊水库分区洪水系列

依据乌拉泊水库入库1961～2011年共51年连续系列，统计出年最大1，3，5，7，15d洪量，考虑1953年历史洪水，用P-Ⅲ型曲线，通过目估适线法适线，可得“乌拉泊水库”分区入库的年最大1，3，5，7，15d洪量的设计洪水成果，如表5。

表5 乌拉泊水库分区全年设计洪水成果 单位：万m3

6.3 大～乌区间洪水系列

依据乌拉泊水库入库综合拟合模型，乌拉泊水库入库逐日过程减去同期大西沟水库坝址断面，经河道演进至乌拉泊入库的相应逐日过程，可得大～乌区间1961～2011年共51年逐年洪水过程系列，据此可统计历年大～乌区间年最大1，3，5，7，15d洪量系列。鉴于没有大～乌区间有关1953年的调查洪水成果，通过分区洪水同频性分析，大西沟水库分区、大～乌区间不同时出现大洪水的概率也可达30%～53%的分析，故本次关于大～乌区间分区设计洪水计算，不考虑存在1953年历史洪水的情况，选择1961～2011年共51年的连续系列进行分区设计洪水计算。大～乌区间分区的年最大1，3，5，7，15d洪量的设计洪水成果如表6。

表6 大～乌区间全年设计洪水成果 单位：万m3

7 洪水地区组合方式

本次洪水地区组成以乌拉泊水库断面为防洪控制断面，以大西沟水库断面以上为一个分区，以大西沟水库断面与乌拉泊水库断面之间的区间为一个分区，即大～乌区间，形成一库一区间，进行洪水组合分析。大西沟水库分区入库的典型洪水过程直接采用英雄桥水文站实测洪水。乌拉泊水库入库无实测洪水要素，采用英雄桥水文站实测日平均流量，分别与同期的乌拉泊水库断面日平均流量、区间日平均流量进行缩放，得出乌拉泊水库断面和区间的逐时典型洪水过程。

选取乌鲁木齐河前15场较大洪水作为典型洪水过程进行洪水地区组合，采用两种方式进行，一是典型年法进行组合分析；二是采用同频率法进行组合分析。

7.1 典型年法

洪水过程线放大时典型年法采用乌拉泊水库分区为准绳，先以乌拉泊水库断面的最大1，3，5，7，15d设计洪量，同频率发放大乌拉泊水库断面的洪水过程线，得到设计洪水过程线；再根据大西沟水库分区和大～乌区间分区分别占乌拉泊水库分区最大1，3，5，7，15d入库洪量的百分比确定乌拉泊水库分区的设计洪水过程线组成；最后采用大西沟水库分区到乌拉泊水库分区的洪水衰减关系逆推求出大西沟水库分区的设计洪水过程线。采用典型年法缩放的设计洪水过程线如图1～图3。

图1 1963年分区设计洪水过程（P=0.01%）

图2 1972年分区设计洪水过程（P=0.1%）

图3 1983年分区设计洪水过程（P=1%）

7.2 同频率法

洪水过程线放大时同频率法采用两种同频、相应方式进行设计洪水过程线计算。①乌拉泊水库分区与大西沟水库分区同频，大～乌区间分区相应，先计算出乌拉泊水库分区、大西沟水库分区的最大1，3，5，7，15d设计洪量，并用大西沟水库分区到乌拉泊水库分区的洪水衰减关系求出经过河道沿程损失、引水后大西沟水库分区传播到乌拉泊水库断面的最大1，3，5，7，15d设计洪量，并求出大～乌区间分区相应时的设计最大1，3，5，7，15d设计洪量，最后分别按同频率法放大各分区的典型洪水过程线。②乌拉泊水库分区与大～乌区间分区同频，大西沟水库分区相应，计算方法类似。采用同频率法缩放的设计洪水过程线如图4～图6。

图4 同频分区设计洪水过程（P=0.01%）

图5 同频分区设计洪水过程（P=0.1%）

图6 同频分区设计洪水过程（P=1%）

8 结语

（1）从乌鲁木齐河河源开始，降雨随海拔高程降低而减小，乌鲁木齐河英雄桥站～乌拉泊水文站区段的降雨量减小较为明显。

（2）分区洪水同频响应性分析成果表明，乌鲁木齐河大西沟水库分区、乌拉泊水库分区及两水库之间的大～乌区间分区，同时出现大洪水的概率在47%～70%之间，大西沟水库分区、大～乌区间分区单独出现大洪水的概率相对较大，即大西沟水库分区、大～乌区间独立出现大洪水的概率可达30%～53%。

（3）由分区洪水遭遇规律可知，乌拉泊水库坝址断面洪水主要来自上游大西游水库区间，两个断面同时发生洪水的频率最高；当下游乌拉泊坝址发生大洪水时，大西沟水库分区和大～乌区间有遭遇的可能，并大于大西沟水库分区、大～乌区间、乌拉泊水库分区同时发生洪水的概率；而大西沟水库分区与大～乌区间洪水遭遇的概率小于大～乌区间与乌拉泊水库分区遭遇的概率。因此，大西沟水库建成后，对下游乌拉泊水库防洪可以发挥相当大的洪水削减作用，从而提高下游的防洪标准。

（4）采用典型年法和同频率法对乌鲁木齐河流域实测前15场洪水进行洪水地区组合分析，为大西沟水库、乌拉泊水库联合调度提供合理依据。

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（责任编辑：尹健婷）

Analysis of flood area composition in Urumqi River Basin

GUO Hua
（Xinjiang Water Resources and Hydropower Survey and Design Institute，Urumqi 830000，China）

It was necessary to analyze and calculate the region flood composition as the need of Daxigou reservoir，Wulabo reservoir and Hongyanchi reservoir joint dispatch work．Through the statistics of flood meeting together situation in Urumqi River basin，it was found that the flood above the Wulabo reservoir was mainly from the upstream Daxigou reservoir region，and the frequency of Wulabo reservoir and Daxigou reservoir flood happening at the same time was the highest．Using the typical-year method and the same frequency method respectively to calculate the design flood hydrograph in Daxigou reservoir area，Wulabo reservoir area and Da～Wu partition area，then the flood regulation calculation can be progressed．

Urumqi River；region flood composition；typical-year method；same frequency method；flood routing

TV122

：B

：1672-9900（2017）02-0030-05

2017-03-02

郭 华（1987-），女（汉族），新疆乌鲁木齐人，工程师，主要从事工程水文及水资源规划设计工作，（Tel）15299156906。