新疆扎勒木特河流域不同洪水计算方法及成果合理性分析

程 涛

（新疆博尔塔拉水文勘测局，新疆 博乐 833400）

1 概况

扎勒木特河位于札勒木特乡境内、博尔塔拉河上游，是博尔塔拉河北岸的一级小支流。博尔塔拉河位于天山西部北部准噶尔盆地西部，自西向东注入艾比湖，是一条内陆河流。扎勒木特河位于博尔塔拉河上游，是博尔塔拉河北岸的一级小支流，最高海拔1981 m，集水面积76.1 km2，河长18.9 km，平均坡降94.0%，河流流向大致为自北向南流。

2 洪水计算

根据洪水资料条件，扎勒木特河设计洪峰流量采用以下几种方法进行计算：（1）以温泉水文站和阿合奇水文站参证站，结合洪峰流量面积指数法计算设计洪峰流量；（2）选用相邻流域的沙尔托海水文站、精河山口水文站和阿合奇水文站的设计洪水成果进行综合，采用区域洪峰流量模比系数综合频率曲线法计算洪峰流量；（3）推理公式法计算设计洪水；（4）调蓄经经验单位线法计算洪水。并进行综合分析比较，最终选取较为合理的设计成果。

2.1 面积指数法

根据参证站温泉水文站和阿合奇水文站洪水资料，用面积比指数法来推算扎勒木特沟的设计洪水，扎勒木特沟集水面积为76.1 km2，参证站温泉水文站和阿合奇水文站集水面积分别为2206 km2和938 km2，根据计算公式：

式中：Q设、Q参为设计断面和参证站的设计洪峰流量，m3/s；F设、F参为设断面和参证站的集水面积，km2。

由了以上公式即可得到设计断面洪水成果，见表1。

表1 设计洪峰洪量成果表

2.2 区域洪峰流量模比系数综合频率曲线法

该方法用洪水调查法推求小流域设计洪水，为无资料地区洪水计算的常用方法之一。这个方法首先要绘制一条洪峰流量地区综合频率曲线。即将水文分区内（常以频率曲线的接近程度来分区）各水文站各种频率的流量换算为模比系数并点绘在同一张概率格纸上，合理选配P-Ⅲ型频率曲线，绘出一条综合的频率曲线，这条频率曲线就是地区的综合频率曲线。并根据扎勒木特沟渠首历史洪水调查成果，计算其设计洪峰流量。

设历史洪峰流量为Q1，其发生的频率为P1；设计频率为P，设计洪峰流量为Qp。由P1及P在综合频率曲线上查出相应的模比系数为K1及Kp，则设计洪峰流量Qp可按下式计算：

式中：Qp为设计洪峰流量，m3/s；Kp为设计洪峰流量模比系数；K1为调查洪水洪峰流量模比系数；Q1为调查洪水洪峰流量，m3/s。

在此，选取扎勒木特沟周边的乌尔达克赛河阿合奇水文站、大河沿子河沙尔托海水文站、精河山口水文站为参证站，绘制的地区洪峰流量的综合频率曲线见图1。年，利用地区洪峰流量模比系数综合频率曲线，计算设计洪峰流量，其成果见表3。

表2 地区洪峰流量模比系数设计K值计算成果表

图1 地区洪峰流量模比系数综合频率曲线图

图2 地区洪峰流量模比系数综合频率曲线图调查到2006年洪水洪峰流量66.9 m3/s，洪水重现期为33

表3 扎勒木特沟渠首各种频率洪峰流量计算表

3.3 推理公式法

推理公式法是根据暴雨资料计算设计洪水。暴雨资料采用温泉水文站实测数据，根据《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL 44-2006）中推荐的推理公式分析计算设计洪水，基本公式如下：

式中：Qm为洪峰流量（m3/s）；Ψ 为洪峰径流系数；Sp为设计频率的雨力（mm/h）；τ为汇流时间（h）；m为汇流参数；l为沿主河出口断面至分水岭的最长距离（km）；J为沿流程l的平均比降； F为流域面积（km2）；n为暴雨衰减指数。

点绘温泉水文站最大一日降雨量经验频率点据，P-Ⅲ线型矩法目估适线，计算出不同频率最大一日降雨量Hp，见图3及表4。

表4 温泉水文站最大一日、24小时降雨量与温泉水文站最大24小时点降雨量、汇水区面降雨量频率计算成果表

图3 温泉水文站最大一日降雨量频率曲线图

根据计算要求，年最大日雨量需换算成年最大24小时雨量，换算办法是将日雨量乘以大于1.0的系数，即

在实际应用计算中，设计频率的雨力Sp通常采用同频率的年最大24小时降雨量H24计算，公式为：

经计算，扎勒木特渠首以上集水面积76.1 km2，河长10.1 km，主河道平均纵比降0.045，土壤损失参数R、r分别选用0.93和0.63，洪水汇流参数值取0.516。参证扎勒木特流域及河道特征参数，根据设计暴雨资料，采用推理公式推求扎勒木特渠首设计洪峰流量，计算成果见表5。

表5 扎勒木特河设计洪峰流量成果表

2.4 调蓄经经验单位线法

以邻近的温泉水文站为参证站，采用最大一日降水资料进行分析计算。

1）根据温泉水文站最大一日降水资料，经过频率计算(见图4)，分别推算不同频率设计最大一日降水量，成果见表6。

2）由《新疆维吾尔自治区可能最大暴雨图集》天山北坡地区时面深综合曲线图，查出断面以上集水面积24小时点面折算系数，考虑到扎勒木特河高程较参证站温泉气象站高程高、气候和下垫面条件相似，因此，由降水等值线图量算面平均雨量与温泉水文站点雨量进行确定，扎勒木特沟渠首以上流域多年平均降水量为585.2 mm。扎勒木特沟渠首坝址海拔分别为2761 m；温泉水文站多年平均降水量为225.0 mm，温泉水文站海拔为1321 m，用扎勒木特沟渠首海拔与温泉水文站海拔相比，算出扎勒木特沟渠首降水量为470.2 mm，所以点面折算系数上下坝址分别采用1.240。将最大一日暴雨乘以转换系数K，求得最大24小时暴雨均值。转换系数K采用全区统一值1.13。

3）利用《新疆维吾尔自治区可能最大暴雨图集》查得天山北坡地区逐时雨量分配过程。

4）根据雨量分配过程假设产流历时tc，在《新疆维吾尔自治区中小流域设计暴雨洪水图集》产流综合图上查出相应产流期平均损失率f后，求得产流期雨量ptc，验证tc是否合适。

5）计算产流期平均净雨强度I净。

6）用集水面积F和I净在《新疆维吾尔自治区中小流域设计暴雨洪水图集》汇流综合图上查得示储小时数t0。

7）设定参数tm，涨洪时段n，汇流计算时段△t。

8）用下式求调蓄经验单位线公比：b=（t0-0.5×Δt)/(t0+0.5×Δt)

9）用上式求以b为公比的无穷递减等比级数u值，u1=(1-b)，u2=(1-b)b，u3=(1-b)b2。

10）将△t时段的净雨量换算成净雨流量Ii。

11）i乘以u值，并依次叠加，便得出地面径流过程，再合成基流即设计洪水过程线，其最大值即设计洪峰流量。设计成果见表6及图4。

表6 温泉水文站最大一日降水量频率计算成果表

图4 温泉水文站最大一日降水量频率曲线图

表7 扎勒木特沟渠首设计洪峰流量成果表

3 成果合理性分析

（1）洪峰流量模数法选用相邻流域同一气候区的温泉水文站和阿合奇水文站作为参证站，这两条河流产汇流及下垫面条件，尤其是流域集水面积及河槽调蓄能力与托斯呼尔沟相差较大，因此，采用参证站的设计成果推求各计算断面的设计值也可能存在一定差异。

（2）地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法是规范推荐的用于资料短缺且仅有调查洪水资料的河流设计洪水计算的常用方法。该方法将同一气候区各参证站的洪水资料综合在一起进行分析，从而降低设计洪水计算成果的抽样误差，消除个别年份个别站点受特大值影响带来的偶然误差和各站由于水文特性差异造成的差别，综合出地区洪水的规律性，充分利用设计流域调查洪水资料，以解决无洪水资料流域的设计洪水问题。考虑到扎勒木特沟局地洪水发生较频繁，采用地区综合的均值线法的KP值精度较高。

（3）推理公式法计算中涉及较多参数，参数的准确与否，直接影响计算精度。在推理公式法计算的各种参数中，暴雨衰减指数n不确定性大，而且n值变化对设计结果影响也较大。暴雨过程中年最大时段暴雨Xt，P与暴雨历时t的暴雨公式属于经验相关关系，忽略了不少影响因素，因此，公式中参数n值不会是稳定不变的。扎勒木特沟流域内无雨量站，暴雨设计的计算直接引用的是参证站温泉水文站的时段资料，计算该设计流域的n值，因此，设计洪水成果存在一定误差。

（4）调蓄经验单位线法以温泉水文站为参证站，对其实测雨量资料经频率计算，得到各设计断面最大24小时设计雨量，经产汇流计算得到设计洪水成果。在计算过程中，选用的点面折算系数、最大一日降水与最大24小时降水转换系数均借用1984年分析的《新疆维吾尔自治区可能最大暴雨图集》数值，采用的站点降水量多为20世纪60、70年代降水量，暴雨资料较少；由于折算系数、转换系数试验数据较少，针对不同流域，其不确定性因素对计算成果会造成不同程度的误差。计算结果作为参考。

4 结语

根据四种方法分别计算的扎勒木特河出山口断面设计洪水成果，因资料条件和计算方法不同，最终计算的设计洪峰流量成果也有一定的差距，通过对各种计算成果合理性分析，以为采用地区洪峰流量模比系数综合频率曲线值线法计算洪峰流量成果作推荐的洪峰流量成果合理。