叶尔羌河苏盖提托乎防洪工程洪水衰减与设计洪水分析

杨永康

(新疆喀什水文勘测局，新疆 喀什 844000)

1 研究区概况

发源于喀喇昆仑山北坡的喀喇昆仑山口的叶尔羌河，流域总面积8.73 万km2，长1165 km，是塔里木河的三大源流之一。叶尔羌河是典型的冰雪补给河流，山区冰川总条数为2689 条，其径流组成决定了该河水资源年际变化不大，年内分配的不均匀性，洪峰流量大，洪枯流量相差悬殊。叶尔羌河中游河段先后建成大小水库9 座，水电站10 余处。苏盖提托乎防洪工程位于叶尔羌河左岸莎车县亚格艾热克乡境内，防洪标准为20 年一遇，工程等级为4 级，主要保护对象为西岸输水总干渠、总分水闸。防洪工程河段长度为2.6 km，确定本次水文计算节点分别为起点桩号43+950、终点桩号46+550 处。

2 气象水文及洪水成因分析

2.1 气象水文分析

叶尔羌河为典型的干旱大陆性气候，多年平均气温10.3℃，多年年平均降水量为76.1 mm，该河上先后设立过13 处国家基本水文站。本次主要以卡群站、依干其渡口站作为参证站进行水文分析。卡群水文站设立于1953 年6 月，集水面积50248 km2，为叶尔羌河出山口水量控制站，属于国家基本水文站。依干其渡口水文站设立于1967 年5 月，于1968 年6 月停测，1971 年7月恢复观测，该站集水面积50763 km2，属于国家基本水文站。两站洪峰系列长度分别为57 年、39 年，资料准确可靠，系列长度均达到《水利水电工程设计洪水计算规范》要求，且具有一定的代表性，将之作为参证站设计洪水依据，是较可靠的。

2.2 洪水分类与调查洪水分析

叶尔羌河洪水以其极高的起涨速率，异常高的洪峰值而闻名于世，其洪水类型根据成因分为：冰雪消融型洪水、冰川“溃坝型”洪水、暴雨型洪水和混合型洪水。不管是何种洪水，均有很强的灾害性。解放后，各有关部门先后对叶尔羌河中、上游地区历史洪水做过区域性调查，其调查成果见表1。

表1 叶尔羌河历史洪水调查成果表

1880 年洪水峰值为9140 m3/s，是迄今最大的一场洪水，其重现期为132 年。其他三场历史洪水只是常遇洪水，就不加入历史洪水进行水文分析计算。

3 洪峰衰减分析

3.1 卡群水文站以上洪水分析

卡群水文站以上是叶尔羌河的主要产洪区，与上游库鲁克栏干站相距102 km，集水面积相差17320 km2，区间有塔什库尔干河和其他五条小支流汇入，由于一次天气过程引发的融雪洪水或暴雨洪水往往是全流域性的，因此，卡群站洪峰流量由于集水面积的增加大于上游库鲁克栏干站的洪峰流量。而当叶尔羌河发生溃坝性洪水时（主要发生在库鲁克栏干站上游克勒青河），库鲁克栏干站和卡群站之间集水区域并无较大洪水汇入，受沿程洪水波的坦化作用，卡群站洪峰流量小于上游库鲁克栏干站的洪峰流量。阿尔塔什专用站和卡群站2006年6 月至2010 年12 月有同期流量资料，挑选两站同场次洪峰流量（大于1000 m3/s）进行分析，相关关系见表2，相关系数为0.99。

3.2 卡群站至依干其渡口站洪水衰减分析

由出山口的卡群站至依干其渡口站为径流散失区，河流出山口后，河床比降减缓，河床质颗粒变细，河槽调蓄能力增强，洪水沿程坦化。衣干其渡口站与卡群站之间无支流加入，集水面积仅相差1%，其相关关系良好，相关系数为0.958。经计算卡群站至依干其渡口站还原后洪峰流量沿程递减率变化为0.7%～51.6%，见图1，其中卡群站洪峰流量4040 m3/s～6070 m3/s的沿程递减率变化为26.1%～41.5%。挑选沿程递减率最小的26.1%计算单位长度沿程递减率变化为0.348%/km。叶尔羌河各参证站年最大洪峰流量相关分析成果见表2。

表2 叶尔羌河各参证站年最大洪峰流量相关分析成果表

图1 卡群至依干其渡口站同期洪峰衰减率图

4 设计洪水分析

4.1 参证站设计洪水

卡群站1954 年～2010 年、衣干其渡口站1972 年～2010 年实测洪峰选样采用年最大值法，并采用实测连续序列频率分析和加入叶尔羌河1880 年历史洪水以不连续序列频率，分析两种方法进行各参证站设计洪峰流量结果，见表3。经过比较，各参证站实测系列洪峰均远小于1880 年历史洪水峰值，各站不同频率连续系列计算成果较不连续系列偏小1.4%～9.9%，具体见表3。

表3 参证站设计洪峰两种方法计算成果比较表

由表可知，加入历史洪水后采用不连续系列计算成果更为合理，对水利工程设计更为安全，因此，本次各参证站设计洪峰取不连续系列计算成果。

4.2 计算节点断面设计洪水计算

4.2.1 不考虑阿尔塔什水库运用工况下的设计洪水

（1）采用线性插值法推求

工程场址防洪断面无实测水文资料，根据工程河段自卡群站至衣干其渡口洪峰流量逐渐减小的规律，以参证站设计洪峰流量作为控制，采用线性插值法推求设计洪峰流量，计算公式如下:

式中：Qp 为插值断面设计洪峰流量(m3/s)；Qsp 为上游参证站设计洪峰流量(m3/s)；Qxp 为下游参证站设计洪峰流量(m3/s)；L为上游与工程场址断面间距；Lsx 为上游参证站与下游参证站间距。

苏盖提托乎防洪工程距离上游卡群水文站26 km，距离下游依干其渡口水文站49 km。终点距离上游卡群水文站28.6 km，距离下游依干其渡口水文站46.4 km。以推荐的表3 卡群站、衣干其渡口站设计洪峰成果推求计算节点断面不同频率设计洪峰流量，其桩号（43+950）20 年一遇洪水为4974 m3/s，其桩号（46+550）20 年一遇洪水为4899 m3/s。

（2）按洪峰流量沿程变化推求

经计算卡群站至依干其渡口站还原后洪峰流量沿程递减率变化为0.7%～51.6%，其中卡群站洪峰流量4040 m3/s～6070 m3/s的沿程递减率变化为26.1%～41.5%。挑选沿程递减率最小的26.1%计算单位长度沿程递减率变化为0.348%/km。推求出桩号（43+950）20 年一遇洪水为5212 m3/s，其桩号（46+550）20 年一遇洪水为5160 m3/s。

（3）推荐成果

按洪峰流量沿程变化推求时所采用的沿程递减率变化范围较大，存在一定的任意性，精度不高；采用线性插值法推求时采用两站设计值变化范围较小，精度较高，推荐采用线性插值法推求设计洪峰流量成果。

4.2.2 考虑阿尔塔什水库运用工况下的设计洪水

阿尔塔什水库对洪水的调节作用明显，当河道洪水在20年一遇时（洪峰流量5590 m3/s），下泄流量为1750 m3/s，按阿尔塔什专用站和卡群站关系，推求该下泄洪水至卡群站为1800 m3/s。当河道洪水小于50 年一遇时（洪峰流量7390 m3/s），下泄流量为4214 m3/s。再考虑洪水沿程递减变化，则计算节点断面设计洪水小于下泄洪水，并且远远小于上两种方法计算成果，从工程安全考虑，不选用此成果。

4.2.3 计算成果的合理性分析

自2000 年以来，经自治区水文局、水利厅、水利部水规总院审查通过的叶尔羌河设计洪水相关成果报告有《新疆维吾尔自治区叶尔羌河防洪规划报告》（简称防洪规划）、《新疆叶尔羌河防洪一期工程水文分析计算》（简称防洪一期）、《叶尔羌河勿甫渠首除险加固工程水文分析计算》（简称勿甫水文），《叶尔羌河依干其渠首除险加固工程水文分析计算》（简称依干其水文）等，与本次设计洪峰对比结果见表4。

《防洪规划》中各水文站资料系列截止年限为2000 年，《防洪一期》各水文站资料系列截止年限为2005 年，本次资料系列延长到2010 年。以上3 个报告中卡群站和依干其渡口站设计洪水计算方法，均为在实测系列基础上加入1880年叶尔羌河历史洪水、以不连续序列进行计算。《勿甫水文》中各水文站资料系列截止年限为2008 年，《依干其水文》中各水文站资料系列截止年限为2009 年，以上2 个报告对卡群站设计洪水计算方法为在实测系列基础上加入1880 年叶尔羌河历史洪水，以不连续序列进行计算，对依干其渡口站资料没有进行还原计算，对依干其渡口站只按实测连续系列进行计算。

表4 叶河各断面历次设计洪峰成果比较表

从表中可以看出，与卡群站各成果对比，本次成果大于《防洪规划》和《防洪一期》设计成果，而与《勿甫水文》和《依干其水文》设计成果接近。对依干其渡口站各成果对比，本次成果大于《防洪规划》、《勿甫水文》和《依干其水文》设计成果，而小于《防洪一期》设计成果。对防洪断面各成果对比，本次成果大于《防洪规划》、《防洪一期》设计成果。经分析，本次设计成果具有一定的合理性，可以作为工程设计的依据。

5 结语

叶尔羌河洪水类型复杂多样，特大洪水洪峰量级罕见，灾害严重。通过对叶尔羌河洪水种类、河道洪水演进衰减率、上游水库削截和不影响洪水的不同情况下，苏盖提托乎防洪工程20 年一遇设计洪水分析探讨，提出工程20 年一遇设计洪峰为4974 m3/s。并与调查洪水、参证站设计洪水，以及有关防洪规划相同频率的设计洪水对比，以确保工程设计洪水科学、安全。