和硕县清水河洪水衰减及设计洪水分析

杨 斌

（新疆巴音郭楞水文勘测局，新疆 库尔勒 841000）

清水河发源于新疆天格尔山阿勒古达板，是和硕县产水量最大的以冰雪融水补给为主的山溪性河流，从河源至出山口河长60.2 km，河流出山口以上集水面积达1016 km2。多年平均降水量为87.9mm，6～8月降水量占年降水量的55.1%。清水河河源至博斯腾湖入湖口拟分段建设堤防93.82 km，本次防洪规划设计需对清水河引水枢纽、东西支分水口、314国道西支桥和东支桥、解放二渠北干渠西支泄洪闸和东支泄洪闸、东西支汇合口、博斯腾湖入湖口8个节点进行洪水分析计算。

1 历史洪水分析

1.1 洪水成因

清水河洪水就其成因和发生时间而言，可分为积雪融水型洪水、暴雨型洪水和雨加雪混合型洪水三种类型。其中融雪型洪水一般出现在5～6月，整个洪水过程往往形成连续数日变化过程；暴雨型洪水一般出现在7～8月，有时抑或出现在6月、9月。洪水过程单一，陡涨陡落，突发性强。雨加雪混合型洪水多出现在春夏汛之交及夏汛，一般历时较长，洪量较大，危害性强。

1.2 历史洪水调查

清水河出山口处设有克尔古提水文站，该水文站控制了清水河全部山区的集水面积，拥有1957～2008年共52年实测资料，可作为设计流域洪峰流量系列分析的依据。为了提高洪水分析精度，按《水文调查规范》技术要求，对8个计算节点的历史洪水进行实地勘察调查，各节点的历史洪水调查计算成 果见表1。

表1 历史洪水调查成果一览表

根据公式计算得1996年、2005年、2008年洪水最大，重现期分别为：54年（1.85%）、18年（5.56%）和9年（13.0%）。

2 设计洪水计算

2.1 洪峰流量相对衰减率

清水河只有克尔古提水文站具有长系列实测洪水资料，其他7个节点只有历史洪水调查资料，因年限过短不足以形成洪水系列，需将克尔古提水文站的洪水资料与各计算结点之间的洪峰流量相对衰减率确定下来，从而建立洪水系列。经计算，各节点之间的洪峰流量相对衰减率见表2。

表2 各节点之间的每公里洪峰流量相对衰减率

从表2可以看出，克尔古提水文站～2节点的洪峰流量相对衰减率为0.49%（平均值），这与河道地形有关，此段河道从引水枢纽以下平均坡降为18‰，坡降较大，洪水传播速度快，河道两岸冲刷比较深，河底平整，没有大的卵石，所以洪峰流量相对衰减率较小。由此可见，本次洪峰流量相对衰减率的确定是合理的。

2.2 设计洪水计算

2.2.1 清水河引水枢纽节点设计洪峰流量计算

由于清水河引水枢纽节点位于克尔古提水文站基本断面下游0.06 km处，中间无引洪和洪水汇入现象，可忽略不计，所以清水河引水枢纽节点处设计洪峰流量的计算直接采用克尔古提水文站多年实测年最大洪峰流量，采用P－Ⅲ型曲线适线法，尽量拟合全部实测点，清水河引水枢纽节点年最大洪峰流量不同频率设计成果见表5。

2.2.2 其他节点设计洪峰流量计算

方法一：采用克尔古提水文站至各节点的洪峰流量相对衰减率来计算

a.东西支分水口、东西支汇合口、博斯腾湖入湖口节点设计洪峰流量计算

清水河东西支分水口位于清水河引水枢纽下游11.96km处，清水河东西支汇水口位于清水河引水枢纽下游20.49km处（平均距离），博斯腾湖入湖口位于清水河引水枢纽下游30.36km处，根据表2确定的不同重现期的洪峰流量相对衰减率，分别推算出3个节点的设计洪峰流量，见表3。

表3 东西支分水口、汇合口和博斯腾湖入湖口节点设计洪峰流量成果表 单位：m3/s

b.314国道东支桥、西支桥和解放二渠北干渠东支泄洪闸、西支泄洪闸节点设计洪峰流量计算

根据表1可看出，3个年份发生在314国道东支桥节点的洪峰流量占相应合计洪峰流量的29.4%～53.7%之间，解放二渠北干渠东支泄洪闸节点的洪峰流量占相应合计洪峰流量的30.2%～53.9%之间，说明这三次洪水在东西支的分洪比例在，4.58∶5.42～2.94∶7.06之间。从分水比例上看，没有一定的规律性。经实地调查，东西支分水口为天然分水口，向东西支分洪水只是根据河道得冲於情况来分，而东西支分水口的河床为卵石和沙石组成，冲於变化比较大，也就说明洪水分水比没有一定的规律性。

从解放二渠北干渠收集的东、西支泄洪闸最大泄洪流量来看，2000年之前（1996年泄洪闸下泄流量），西支闸泄洪流量大，占东、西支闸泄洪总量的74.6%，2000年之后，西支闸泄洪逐渐减少，占东、西支闸泄洪总量的0%～58.3%之间，特别是东西支分水口下游0.11km处的和库高速公路桥竣工后，由于和库高速公路桥护堤的修建，洪水较小时基本上都汇入了东支，大大增加了东支泄洪闸的泄洪量。

从以上情况分析，清水河东、西支分洪没有一定的规律，所以，此次分支洪水设计根据表2，按照对防洪工程最不利的方式，即一支洪水全部汇入，而另一支没有洪水汇入的情况下来计算4处节点的设计洪峰流量，见表4。

表4 314国道东、西支桥，解放二渠北干渠东、西支泄洪闸节点设计洪峰流量成果表 单位：m3/s

方法二：采用各节点之间的洪峰流量相对衰减率来计算设计洪水

本次洪水调查到了2~8节点的的1996年、2005年、2008年的洪水，1节点有克尔古提水文站的相应年份的实测洪水，可根据实测和洪水调查资料计算出每个节点之间的洪峰流量相对衰减率（表2），根据表2确定的各节点之间不同重现期的洪峰流量相对衰减率，利用清水河引水枢纽节点设计洪峰流量成果表，采用递推的方法，分别推算出其它节点的设计洪峰流量，见表5。

表5 8个节点设计洪峰流量成果表 单位：m3/s

方法三：利用2-7节点洪水沿程损失率，代替3、4节点，5、6节点之间的洪峰流量相对衰减率来计算设计洪水。

由于3、4节点，5、6节点之间的洪峰流量相对衰减率，是利用3、4节点，5、6节点之间的合计洪峰流量计算的衰减率，存在一定的误差，本方法用2—7节点洪峰流量相对衰减率（表2）来代替3、4节点，5、6节点之间的洪峰流量相对衰减率来计算设计洪水，利用方法一计算出的2节点的设计洪峰流量，根据2节点与4个节点之间的河道距离推算出4个节点的设计洪峰流量，计算原理同方法一，计算结果见表6。

2.2.3 成果合理性分析

表6 4个节点设计洪峰流量成果表 单位：m3/s

本次8个节点的不同频率下的设计洪水计算，衰减率采用相应频率下的洪峰流量相对衰减率，减少了误差，使设计值更加精确。

方法一、二、三设计的设计洪峰流量相差不大，方法一采用的是利用清水河引水枢纽直接到下游各节点的洪峰流量相对衰减率来计算的设计洪峰流量，方法二采用的是各节点之间的洪峰流量相对衰减率，利用清水河引水枢纽设计洪峰流量递推出各节点的设计洪峰流量。方法三采用的是用2～7节点之间的洪峰流量相对衰减率来代替区间节点之间的衰减率，由于洪峰流量相对衰减率在每段河道中的衰减是不同的，是呈曲线变化的，而方法一、三应用的是直线衰减率，方法二应用的是折线衰减率，鉴于目前资料的情况下，选用折线衰减率比直线衰减率要更加精确，所以本次设计洪峰流量采用方法二计算的值。

3 结语

通过三种洪水分析计算方法比较可知，清水河引水枢纽、东西支分水口、314国道西支桥、314国道东支桥、解放二渠北干渠西支泄洪闸、解放二渠北干渠东支泄洪闸、东西支汇合口、博斯腾湖入湖口20年一遇设计洪峰分别为288m3/s、271m3/s、260 m3/s、262 m3/s、248 m3/s、245 m3/s、231 m3/s、196 m3/s，这为将堤防确定20年一遇防洪标准提供参考，有利于减轻清水河洪涝灾害。