木垒地区洪水分析与计算

王 伟

(五家渠农六师勘测设计研究有限责任公司，新疆 五家渠 831300）

0 引言

木垒县灌区输水渠道工程数量多、分布广，且大部分渠道建设运行时间长，渠道破损、渗漏严重，过水能力不足，导致水资源严重浪费，灌区用水需求无法得到保障。为彻底解决木垒县灌区输水渠道工程存在的问题，满足灌区正常需水要求，需要对全县输水渠道工程进行更新改造，以提高水资源利用率、提高灌区灌溉保证率。为确保工程的顺利实施，在此基础上，需要对木垒地区洪水进行计算及分析。

1 工程概况

木垒哈萨克自治县位于新疆维吾尔自治区天山东段北麓，与蒙古国接壤，总面积2.21万km2。该县下辖11个乡镇和2个牧场。拟实施的木垒县灌区渠道更新改造工程位于木垒县8个乡镇。

项目区属大陆性干旱荒漠气候，气候四季分明，冬季寒冷，夏季酷热，春秋季气候变化剧烈，降水稀少，蒸发量大，光照充足，热量丰富，昼夜温差大，降水量分布不均匀。境内有木垒县气象站。木垒地区平原区多年平均气温为6.3℃，属多风地区，光能潜力很大，多年平均最大冻土深度为1.5 m。

2 水文

2.1 降水

根据木垒县气象站资料，平原区年降水量334.0 mm。多年平均降水量成果见表1。

表1 木垒县平原区多年平均降水量成果表 单位：mm

2.2 蒸发

以木垒县气象站1996年～2015年20 cm月蒸发系列折算为E601蒸发量（用开垦河站E601型蒸发器与20 cm型蒸发皿的月蒸发折算系数进行折算）代表木垒县平原区水面蒸发量，木垒县平原区多年平均水面蒸发量为1195.2 mm，平原区多年平均水面蒸发量成果见表2。

表2 木垒县平原区多年平均水面蒸发量成果表 单位：mm

2.3 水文站网及资料情况

木垒地区水文资料来源于木垒河水文站。木垒河于1956年10月设立木垒河水文站，于1958年2月撤销，1963年5月设立龙王庙水库进库站，属国家基本水文站，虽几经迁站，但迁移距离不远，资料可合并处理。因此，水库站有35年的实测资料，资料精度较高，可按照连续资料处理，能满足工程设计的要求。

2.4 径流

木垒县境内主要河流自东向西有大石头河、七城子沟、博斯坦河、白杨河、木垒河、东城河、水磨河、英格堡河8条河系，菜籽沟、庙儿沟、平顶山3条泉水沟。其中，流域面积最大、流量最大的河流为木垒河，木垒河50%保证率、75%保证率来水量见表 3、表 4。

表3 木垒河来水量(50%保证率) 单位：万m3

表4 木垒河来水量(75%保证率) 单位：万m3

3 洪水

3.1 有实测洪水系列资料断面的设计洪峰流量计算

木垒河水库站1946年的历史调查洪水为424 m3/s，重现期定为70年，做为不连续系列的特大值处理，加之有35年的洪水实测系列资料。采取《水利水电工程设计洪水计算规范》中的经验频率计算公式，采用P—Ⅲ型曲线适线，采用适线法的最小二乘法准则求得均值和CV值，然后用经验适线法调整参数，以求得最佳拟合。木垒河设计洪峰流量频率计算结果见表5。

表5 木垒河设计洪峰流量频率计算成果表

3.2 无资料断面设计洪峰流量的估算

自木垒河水文站以下40余公里河段，除木垒河水文站有实测资料外，以下计算节点断面均无水文资料。以各设计断面洪水调查结果为依据，推算无资料节点断面的洪峰流量损失率，再以木垒河水文站设计洪峰流量成果，按该损失率推算各计算节点断面的设计值[1]。

根据上述分析，木垒河各河段衰减损失率不同的特点，以木垒河水文站作为起算断面，先计算出各计算断面间区间衰减损失率，然后算出各计算断面累计损失率，再以木垒河水文站不同频率设计频率洪峰流量减去木垒河水文站分别至各计算断面的损失量，从而得到各个计算断面的设计值。计算成果见表6。

表6 各计算断面设计洪峰流量成果表（加特大值）

3.3 洪水特征

木垒地区洪水按时空分布可分为春季洪水和夏季洪水，按不同洪水成因又可分为：暴雨洪水、季节性雪融洪水、季节积雪融水与暴雨混合型洪水三种类型。木垒河的洪水一般发生在春季和夏季，春季洪水一般以积雪消融洪水或积雪消融水与降水混合后形成的混合型洪水为主；夏季洪水主要由暴雨或暴雨与高山冰雪融水叠加后形成的洪水。

3.3.1 暴雨洪水

当发生大范围区域持续性暴雨或局部暴雨时，下垫面因前期降水土壤已达到饱和，或当雨强大到一定程度形成超渗产流时，都会形成暴雨洪水。木垒河流域恰好处在天山东段北坡的一个迎风拗盆地形中，对拦截和抬升西方及西北方向水汽并形成降水极为有利，常常形成较大的暴雨洪水。因此，木垒河成为天山北坡易发暴雨、洪水的河流之一。木垒地区暴雨洪水过程有以下特征：

a.雨洪水大多由局地暴雨形成。

b.暴雨洪水大多出现在汛期5月～7月。

c.突发性强，陡涨陡落，来势凶猛。

d.洪峰流量量级及持续时间由暴雨强度和持续时间决定。

e.由于暴雨对坡地的侵蚀作用，一般暴雨洪水都具有挟沙量大、矿化度高的特点。

3.3.2 季节性冰雪融水洪水

按时间分，一年当中季节性冰雪融水洪水发生在春夏两季。春季一般在四五月份，由中、低山带的积雪随着春季气温的迅速上升积雪大量融化而形成的洪水。其洪水出现时间、量、持续时间均取决于积雪厚度、热量条件、面积、气象等综合因素。夏季冰雪融水洪水与春节类似，只是发生时间是在六、七月份。木垒河源头的数条冰川及永久积雪带，成为木垒河源头的固体水库，由于它循环不断的发育消融，冰雪消融水为木垒河的基本径流提供了物质条件。夏季高山区气温持续回升，冰雪消融补给河流，每次大的升温过程，必伴随着消融洪水的发生，形成冰雪融水洪水。木垒地区冰雪融水洪水过程有以下特征：

a.水大小与前期积雪覆盖面积及冰川储量有很密切的关系；b.洪水与升温过程关系密切，随气温具有明显的日变化过程；c.洪水涨落变化缓慢历时长，洪峰小洪量不小；d.峰顶平缓，洪水过程形态肥胖。

e.春季随着雪线的上升，当中、低山带积雪待尽，雪线上升至相对稳定雪线后，改为夏季高山区冰雪融水洪水，每日到达峰顶的时间逐渐推后。3.3.3 混合型洪水

混合型洪水是季节积雪融水与暴雨洪水叠加或高山冰雪融水与暴雨洪水叠加而形成的洪水。混合型洪水因其组合不同而兼有前两种洪水的特征。

4 水质与泥沙

4.1 水质

木垒县各中小河流的上游都没有工矿企业，因此河流水质不存在工业污染，木垒县的水资源动态监测资料反映，各河流水质无超标项目，均符合国家灌溉水水质标准。按照国家《地表水环境质量标准》对全县3个典型河流的水质分析，木垒河水质为2类水。另外水质分析结果表明水体中有机成分含量较低，有毒、有害物质含量甚微，评价项目均没有超标，水体中全盐量和矿化度较低，天然水质优良，适于生活饮用和农业灌溉用水等。

4.2 泥沙

木垒河水库站多年平均含沙量为2.02 kg/m3，含沙量较大。最大年平均含沙量为7.91 kg/m3，出现在1996年，最小年平均含沙量为0.25 kg/m3，出现在1997年。多年平均悬移质输沙量为9.25万t，最大为1984年53.5万t，最小为1997年0.68万t，最大与最小的比值近80倍，说明年际变化较大。除破城子喷灌引水渠外其他各级引水渠道位于水库下游，水库沉淀了部分泥沙，连接木垒河总干渠，因此，泥沙对水库下游各级渠道淤积和磨损危害不大。

5 结语

本文以木垒县气象站和木垒河水文站实测数据为基础，定性地分析了木垒地区洪水特征，对木垒县用水现状和规划进行了分析，并通过计算木垒河设计洪峰流量，得到合理的洪水成果。通过工程的实施，证实了上述分析的结果是合理的。对木垒地区洪水进行研究，为输水渠道改造工程提供了设计依据的同时，也有利于该地区农田水利设施安全管理运行。