乌恰县库孜洪河洪水计算与分析

赵 亮

（五家渠农六师勘测设计研究有限责任公司，新疆 五家渠 831300）

1 流域概况

库孜洪河全长81 km，流域总面积790 km2，是卡浪沟吕克河的主要支流之一。库孜洪河流域地势东南低，西北、西南高，河道以塔尔勒嘎山口为界，划分为山地和冲积平原两大部分，山口以上河段河谷纵坡降大，降水丰沛，为径流形成区；出山口以下河道宽浅，纵坡平缓,为径流散失区，最终汇入卡浪沟吕克河。库孜洪河自西北向东南流经乌恰县，在乌恰县境内是典型的山区河段。

2 气象与水文

库孜洪河流域气候因南北地形差异很大，可分为高山半湿润寒温带和低山丘陵干旱中温带两大气候区，乌恰县城主要体现为大陆性干旱山地气候特征，气候干燥，四季不分明，夏季温凉短促，降水集中，冬季寒冷漫长，降水量为全年最小的季节。多年平均气温为7.5℃，多年平均年蒸发量为1599.7 mm，多年平均年降水量178.6 mm，降水多集中在夏季，通常以8月份降水量最大，最大一日降水量达121.6 mm，最大冻土深为1.5 m。

库孜洪河流域地势东南低，西北、西南高，流域以塔尔勒嘎山口为界，划分为山地和冲积平原两大基本地貌单元，其中山区面积为515 km2,平原区面积为275 km2。库孜洪河山口以上，山势陡峻，植被较少，河谷纵坡降大，降水丰沛，径流主要由地下水和降水补给，为库孜洪河径流形成区。出山口以下为径流散失区，并由北向南倾斜，河道宽浅，纵坡平缓，地表径流被下游农牧区引用，余水最终流入卡浪沟吕克河。流域无实测泥沙资料。

3 基本水文资料

3.1 水文测站与气象站概况

库孜洪河干流设有库孜洪河专用水文站，库孜洪河与乌瑞克河汇合口设有卡浪沟吕克水文站。2003年9月库孜洪河拟建水库坝址处设立库孜洪河专用水文站，测流断面以上河长58 km，集水面积515 km2。卡浪沟吕克水文站设立于1958年12月，为卡浪沟吕克河控制站、国家基本水文站。乌恰县气象站设立于1956年，并观测至今。各测站及库孜洪河流域位置见图1。

图1 乌恰县城及库孜洪河流域位置示意图

3.2 基本资料

收集库孜洪河专用水文站和卡浪沟吕克水文站的实测年径流量和年最大洪峰流量资料，收集乌恰县气象站年最大一日降水量资料，库孜洪河1999年大洪水调查资料。选用站资料项目及观测年限见表1。

表1 站点选用资料一览表

3.3 洪水资料“三性”分析

库孜洪河专用站实测洪水资料年限较短，不具备进行系列代表性分析基本条件，因此通过卡浪沟吕克站洪水资料开展洪水系列分析。

3.3.1 可靠性分析

卡浪沟吕克站为国家基本水文站，水文测验、数据采集和资料整编均执行国家行业规范和标准，经过测站初步整编、勘测局审查与自治区水文水资源局复审三层技术把关，资料可靠，精度较高。

3.3.2 一致性分析

卡浪沟吕克站设立至今不存在测验断面迁移情况，断面以上有少量人类生产活动影响，流域产、汇流条件没有发生较大改变；临时性引水渠首少量的引水所占比重很小，可以不进行水量还原。因此，卡浪沟吕克站洪水资料系列一致性较好。

3.3.3 代表性分析

卡浪沟吕克水文站55年的最大洪峰流量系列中包含有较完整的洪水年际变化过程和大、小洪水年群，大洪水年偏少，其累积平均过程线收敛于1而趋于稳定，均值相对误差在5.0%以内，CV值相对误差在±3.1%以内。由此可知，卡浪沟吕克站1959年～2014年洪水资料系列包含了丰、枯年段，且其涨落过程比较完整，也存在较短的中小洪峰年群段，其累积平均过程线已开始收敛于1，统计参数相对误差较小，因此代表性较好。

3.4 断面选取

根据区域洪水灾害，本次防洪规划采取“上截洪、中固堤、下利泄”的原则。规划控制范围为库孜洪河下游引水工程至309省道公路桥以上。对防洪河段布设2处断面（A1、A2）进行洪水计算；在上游开普太希水利枢纽工程以下至防洪河段以上4 处断面（B1、B2、B3、B4）进行支流洪沟布设防洪计算；另外在各洪沟汇入库孜洪河处设置1处断面进行计算，各断面分布及位置关系见图2。

图2 水库及干流、各支沟各断面位置关系

4 洪水计算与分析

4.1 洪水成因

库孜洪河为卡浪沟吕克河支流，其洪水成因与卡浪沟吕克河相近。造成洪水主要有冰雪消融和暴雨两种原因。历史上，卡浪沟吕克河曾于1967年5月26日发生消融型洪水，1999年7月28日发生暴雨型洪水，1966年8月17日发生混合型洪水，卡浪沟吕克水文站三场典型洪水过程线见图3～图5。其中消融洪水与气温呈正相关，发生时间集中在4月～6月份，洪量大，持续时间较长，涨洪较平缓，峰型多为复式，具有显著日变化，一日一峰，呈锯齿状，此类洪水对下游危害程度一般，且春汛及浅山融雪洪水，对下游缓解旱情，具有重要作用；暴雨洪水同降水密切相关，多发生在6月～9月，尤以7月、8月最多。暴雨洪水冲刷能力强，含沙量较大，易造成下游沿线经济损失。短历时暴雨洪水陡涨陡落、峰高量小；长历时降雨洪水峰高量大；本区域混合型洪水是以暴雨为主要特征的混合型洪水，过程线没有显示出消融洪水的峰形特征，其前期为消融洪水，降雨后，山区气温普遍降低，影响积雪消融，则后期基本为暴雨型洪水。可以看出对库孜洪河洪水威胁较大的主要是暴雨洪水[1]。

图3 1967年5月26日消融型洪水过程线

图4 1999年7月28日暴雨型洪水过程线

图5 1966年8月17日混合型洪水过程线

4.2 洪水传播速度、时间分析

点绘库孜洪河专用站断面实测流量与相应平均流速关系图，见图6，洪水自开普太希水库出库至309省道距离9.2 km，用流量与平均流速相关方程计算得出所需传播时间，其结果见表2。

图6 库孜洪河专用站断面流量与平均流速相关图

表2 库孜洪河不同量级洪峰传播速度、传播历时表

4.3 设计洪水计算

4.3.1 历史洪水调查

卡浪沟吕克河、库孜洪河在历史上发生过多次大洪水，最大的一次洪水发生于1999年，对本次洪水进行了调查，选库孜洪河A1、B1-B4断面进行测量，各断面水力因素及洪水调查成果见表 3[2]。

表3 库孜洪河历史洪水调查成果

4.3.2 支沟计算断面设计洪水

由于库孜洪河无任何洪水资料，分别采用推理公式法、地区洪峰模比系数综合频率曲线法和模数法推算设计洪水并进行分析比较，最终得出较为准确可靠的设计洪水成果。

①推理公式法

根据参证站乌恰县气象1956年～2014年实测一日最大降雨资料得出的降水量频率曲线情况，采用下式计算。

式中：QMP为设计洪峰流量，m3/s；Sp为设计雨力，mm/h；τ为流域汇流历时，h；α为洪峰径流系数；F为流域面积，km2；0.278为单位换算系数。

计算成果见表4。

表4 推理公式法推求山洪沟设计洪峰流量计算成果表

②地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法

采用干流卡浪沟吕克河卡浪沟吕克站及临近测站数据建立洪峰流量模比系数系列，绘制洪峰流量模比系数地区综合频率曲线，按下式推求工程场址断面所需的设计频率的洪峰流量值。

式中：Qp为设计洪峰流量，m3/s；Kp为频率为P的洪峰流量模比系数；Qd为调查历史洪水洪峰流量；Kd为调查洪水洪峰流量模比系数。

经计算，得库孜洪河开普太希水库下游左右岸洪沟设计洪峰流量成果见表5。

表5 地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法洪水计算成果表流量 单位：m3/s

③模数法

模数法是直接移用与本流域具有相同气候因子影响和下垫面相似流域的洪峰、洪量模数推求工程场址设计洪水。本次选用库孜洪河下游卡浪沟吕克站设计洪峰、洪量模数估算入库设计洪水。按下式计算：

式中：QGP为入库设计洪峰流量，m3/s，m3，MCP为参证站设计洪峰流量模数，m3/（s·km2）；fG为入库地面以上集水面积，km2。

设计洪水计算成果见表6。

表6 开普太希水库下游左右岸断面洪水计算成果表

根据上述三种方法计算结果，可以得知，模数法得到的结果偏大过多，不予采纳，推理公式法和地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法得到的结果较为相近，结合当地经验和历史洪水校核，选取地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法成果。

4.3.3 库孜洪河段计算断面设计洪水

开普太希下游除左右岸4条洪沟外，无其他洪水汇入库孜洪河，且防洪河段与开普太希下游左右岸洪沟汇入段距离较短，积水面积变化不大，因此该河段不计算洪水损失率，认为防洪河段洪水即为开普太希水库出库流量与左右岸4条洪沟流量之和。根据开普太希水库调度运行方案，库孜洪河两计算断面设计洪水成果[3]见表7。

表7 库孜洪河防洪河段计算断面设计洪水成果 单位：m3/s

4.3.4 施工期洪水

采用洪峰、洪量模数法计算库孜洪河左岸防洪工程断面施工期设计洪峰流量、设计洪量。根据库孜洪河左岸防洪工程工程场址集水面积536 km2，与卡浪沟吕克站集水面积1954 km2之比再乘以卡浪沟吕克站施工期设计洪峰、设计洪量成果求得库孜洪河工程场址断面施工期设计洪峰流量、设计洪量，计算公式为：

式中：F设为设计流域集水面积，km2；F参为参证站流域集水面积，km2；q设为设计流域洪峰洪量，105m3；q参为参证流域洪峰洪量，105m3。

根据计算，出库孜洪河工程场址断面施工期设计洪峰流量、设计洪量见表8。

表8 施工期设计洪水计算成果表

根据曼宁公式，计算得到各断面不同水位级下的相应流量，各断面的水位—流量关系见图7～图9。

图7 洪沟洪水汇合处断面水位-流量关系曲线图

图8 A1断面水位-流量关系曲线图

图9 A2断面水位-流量关系曲线图

4.3.5 设计洪水位

通过各断面设计洪峰流量，根据曼宁公式，在相应断面水位流量关系曲线上，反推得出设计的50年、30年、20年和10年一遇的洪峰流量对应的设计洪水位，见表9。

表9 乌恰县防洪规划各计算断面设计洪水位成果表

5 结语

本文通过选取库孜洪河专用水文站、卡浪沟吕克水文站和乌恰县气象站作为参证站，采用推理公式法、地区洪峰模比系数综合频率曲线法和模数法对支沟设计洪水进行计算，通过比较，选取地区洪峰模比系数综合频率曲线法的计算成果。根据开普太希水库出口流量累加，得到库孜洪河干流计算断面设计洪水，并根据推算出的水位-流量关系得出设计洪水位。该计算成果可对工程的设计施工进行参考。