鄯善县柯柯亚红山口光伏产业园防洪工程洪水分析

龚旭锋

（新疆吐鲁番水文勘测局，新疆 吐鲁番 838000）

1 概况

鄯善县柯柯亚红山口光伏产业园位于巴哥买里冲沟下游，流域东、西分别与柯柯亚河和二塘沟河接壤，占地40 km2，太阳能光伏项目规模达到230 MWp。项目区以上河长34.5 km，河道比降68.8‰，集水面积285 km2，属于典型的南温带干旱气候区。为保障光伏产业园安全，防止突发性山前洪水对光伏项目建设生产安全造成影响，规划在园区北侧规划建设防洪设施，这就需要对柯柯亚红山口的柯柯亚红河和二塘沟河进行洪水分析。

2 洪水成因与特性及调查分析

2.1 洪水成因

鄯善县内各河流和山洪沟大部分洪水属突发性暴雨洪水，主要由大尺度天气系统过境造成，加之受南支气流低槽影响，南支气流充沛的水汽和冷空气配合，随冷空气沿西北山区携带大量水汽入境，在火焰山一带造成一定范围的暴雨，随之形成洪水。

2.2 洪水特性

柯柯亚河和二塘沟河洪水成因多为暴雨所致，流域暴雨有以下特点：暴雨主要发生在夏季（6~8月），山区发生暴雨机率比平原区大得多，暴雨的时间和空间分布极不均匀；局地性暴雨历时短（一般暴雨历时不超过6小时），阵性强，笼罩面积小；流域暴雨中心位置在中、高山区。二塘沟专用站大降水尤以7月居多。

2.3 洪水调查

柯柯亚红河仅有1946、1991、2005、2007年洪水调查资料及1980～1997年柯柯亚水文站实测18年完整的实测洪水资料。1946年调查值洪峰为318 m3/s，1991年为203 m3/s，2005年为 257 m3/s，2007 年 334 m3/s。

二塘沟河历史上共组织3次洪水调查，第一次是针对年份其发生时间不清的大洪水、第二次是1939年洪峰为355 m3/s，第三次为1991年洪峰236 m3/s。其它洪水为1984年6月21日二塘沟干渠一闸处调查洪峰180 m3/s。

巴哥买里冲沟兰新铁路流经兰新铁路涵洞后形成了4条分流，本次对其中较大的3条沟进行了洪水调查，经计算，三条沟合成洪峰流量为62.5 m3/s，巴哥买里冲沟兰新铁路2016年发生的洪峰为72.0 m3/s，位于光伏产业园下游400 m兰新第二双线2016年7月24日调查洪峰为39.7 m3/s。

3 参证站洪水计算

柯柯亚红山口光伏产业园防洪工程无专属水文站和水文资料，本次以附近的煤窑沟、二塘沟和柯柯亚水文站作为参证站进行洪水分析计算。

3.1 煤窑沟水文站洪水

煤窑沟水文站设立于1955年11月，由于煤窑沟水文站1969年洪水过程峰高量不大，年最大1日洪量虽然排位第一，但接近2005年1日洪量；而3日洪量比2005年相应值小，41年洪水系列中，2005年年最大3日洪量排位第一。因此，煤窑沟站年最大洪峰按41年不连续系列公式计算，各时段洪量则按1976~2015年连续系列公式计算。计算成果见表1。

3.2 二塘沟专用站洪水

二塘沟专用站1991年11月建于吐鲁番市胜金乡恰勒坎托万买里村，共有22年(1992年~2013年)连续实测资料。根据《鄯善县二塘沟色尔克甫水库工程水文分析计算》报告，采用频率计算、洪峰模数、洪峰流量、时段洪量模比系数地区综合法等方法对比后，推荐采用两场调查洪水计算成果之平均数,作为二塘沟专用水文站设计洪水依据。计算成果见表1。

表1 参证站设计洪峰流量及各时段设计洪量成果表

3.3 柯柯亚水文站洪水

柯柯亚水文站有实测及调查洪水资料21年，选取跃进水库站为参证站做插补展延，将确定柯柯亚水文站洪水分析计算成果。根据“鄯善县城市防洪规划水文分析计算”报告，采用实测系列洪峰、洪量频率计算法计算结果，作为本次柯柯亚站设计洪水依据。计算成果见表1。

4 光伏产业园防洪工程洪水影响分析

从洪水调查和洪水影响分析，光伏产业园位于二塘沟河和柯柯亚河区间非控制区内巴格买里冲沟下游，当巴格买里冲沟发生强暴雨引发洪水时，洪水通过宽约17 km面积175 km2的大戈壁，随着地势的变化逐渐集中到兰新铁路，此处洪水影响范围有3 km左右，后再经过13 km戈壁滩流进柯柯亚红山口光伏产业园项目区、兰新二双线、国道和连木沁镇，因此，需对兰新铁路断面设计洪水进行计算，再计算柯柯亚红山口光伏产业园防洪工程处设计的洪水。

4.1 兰新铁路断面设计洪水计算

采用三种方法对兰新铁路断面洪水进行计算。

4.1.1 洪峰、洪量模数法

以煤窑沟站、二塘沟站和柯柯亚站为参证站，由洪峰模数法计算公式计算设计洪水，由于项目区与参证站面积相差较显著，因此用面积比指数进行修正，计算成果见表2。

4.1.2 推理公式法

根据吐鲁番降水量等值线图，光伏产业园项目区降水量在50 mm~150 mm之间，为了设计安全考虑，用二塘沟站作为参证站进行分析计算。用二塘沟站1992~2012年实测最大1日和24小时点降水量系列进行频率计算，得出多年平均最大1日和最大24小时降雨量、Cv、Cs及各频率设计值。从1∶50000地形图上量算兰新铁路断面以上汇水区几何参数，其面积为175 km2，下垫面类型属于3类，暴雨衰减指数选用0.64，土壤损失系数和土壤损失指数分别选用0.90和0.62。根据《水利水电工程设计洪水计算规范》及《水利水电设计洪水计算手册》等参考技术数据，结合该流域的下垫面条件情况，分别选用不同参数，计算得出各频率设计洪峰流量成果，再用二塘沟站洪峰与洪量关系估算兰新铁路断面1、3日设计洪量，计算成果见表2。

4.1.3 洪峰、洪量模比系数综合频率线法

采用本气候区内具有较长实测洪水系列的各水文站的历史调查洪水和实测洪峰系列样本；其中：阿拉沟站为1957~2014年连续系列，无特大值处理；煤窑沟站为1976~2014年、加1969年（做特大值处理）共39年洪水系列；二塘沟洪水系列有历史洪水、1939年调查洪水1992~2012年，历史洪水和1939年洪水做特大值历史调查洪水647 m3/s；1939年洪水355 m3/s；白杨河（峡口）洪水系列为1979~2013年，1996年（638 m3/s）做特大值处理，重现期为63年；由此绘制洪峰及1、3日洪量模比系数综合频率曲线，其统计参数分别为Cv=1.25、1.2、1.1，Cs/Cv=3.0。同样，用二塘沟站洪峰与1、3日洪量相关关系来估算2016年洪水调查值对应的1、3日洪量后，再用1、3日洪量模比系数地区综合频率曲线图估算1、3日设计洪量成果，计算成果见表2。

4.1.4 设计成果分析论证

经以上几种方法分析论证、相互对照分析认为：几种方法都有理论或者经验基础，由于其他条件限制，其结果各不相同。从工程安全角度考虑，建议采用二塘沟专用作为参证站洪峰、洪量模数法计算成果作为兰新铁路断面设计洪水成果，见表2。

表2 兰新铁路断面设计洪水成果对比表

4.2 光伏产业园防洪工程断面设计洪水计算

根据洪水调查资料，光伏产业园防洪工程设计洪水由兰新铁路断面设计洪水衰减到项目区后，再加区间暴雨洪水而得。根据光伏产业园及临近河流二塘沟、黑沟和喀尔于孜萨衣沟计算出每公里平均衰减率分别为0.91%、3.0%、2.8%和2.8%。二塘沟河是临近河流集水面积相差较大，黑沟和喀尔于孜萨衣沟集水面积相差不大，其上下游河床组成和趋势变化来分析与项目区上下游基本相似，从偏于安全考虑，因此，本次计算取用二塘沟、黑沟、喀尔于孜萨衣沟和项目区每公里平均衰减率均值为2.5%来计算光伏产业园防洪断面设计洪水较为合理的。兰新铁路防洪工程设计洪水用平均衰减率2.5%衰减到项目区，后再加区间暴雨洪水成果作为光伏产业园防洪工程断面设计洪水成果，见表3。

表3 光伏产业园防洪工程设计成果表

4.3 光伏产业园防洪工程设计洪水过程线计算

无资料区域洪水过程线根据周边水文站作为参证站，选择典型洪水过程线的原则，应选资料较为可靠、具有代表性、对防洪工程运行较不利的，峰高量大的洪水作为典型洪水过程。本次选择参证站-二塘沟站1996年7月19日～7月21日一场3日实测洪水过程作为典型洪水过程。采用同频率放大法推求两套水库坝址设计洪水过程线，其项目区设计洪水过程线计算成果见图1。1996年最大洪峰流量为227 m3/s，一日洪量为8.899×106m3，三日洪量为 16.69×106m3。

图1 光伏产业园防洪工程断面设计洪水过程线图

4.4 成果合理性分析

由于项目区无任何水文资料，用几种方法分析论证了项目区设计成果，参证站选择长系列基本站二塘沟、柯柯亚站，考虑设计安全最终推荐采用二塘沟作为参证站洪峰、洪量模数法计算设计成果后，减区间衰减和区间暴雨作为光伏产业园设计成果是合理的，其设计成果与调查断面洪峰流量对比分析，该调查断面8年一遇设计均大于调查洪峰流量，认为成果可靠切合实际，用二塘沟站典型洪水过程线以同频率放大法计算项目区防洪工程断面的设计洪水过程线是合理的。

5 结语

为确保光伏产业园安全，在野外勘测和洪水调查的基础上，采用现场洪水调查、推理公式法、洪峰模数法、洪峰流量模比系数地区综合法计算巴哥买里冲沟设计洪水，再用衰减和暴雨叠加的方法计算伏产业园防洪工程处设计的洪水，经确定，光伏产业园50年一遇防洪标准为301 m3/s，1日洪量为8.899×106m3，3 日洪量为 16.69×106m3。