奎屯市城市防洪规划洪水计算分析

尹伟叶

（新疆维吾尔自治区塔城水文勘测局，新疆 塔城 834700）

1 工程概况

奎屯市位于天山北麓准噶尔盆地西南缘，总面积1109 km2，属奎屯河水系，有4条河流。奎屯河发源于天山支脉依连哈比尔尕山，流经独山子、乌苏、奎屯、精河入艾比湖，全长220 km。上游主要有18条支流汇合而成，年均流量为6.4亿m3，历年平均流量20.1 m3/s。每年6月初至9月底为洪水期，10月至次年3月为枯水期，冬夏河水流量悬殊较大。

防洪重点区域为城区南部发源于独山子丘陵区的洪沟，独山子区的暴雨形成的洪水，沿着洪沟顺流而下，冲坏下游的公路、铁路、民房及农田，洪水灾害非常突出。加之由于奎屯市现有的防洪工程体系不完善、不配套，一旦发生大洪水就对城市构成威胁，后果不堪设想，因此为防治洪水灾害，保证城市安全，必须建立一个适应现代化经济建设的城市防洪体系。

为此新疆奎屯市开始统一规划城市防洪体系，防洪工程规划防洪沟从西往东排序主要有黑油沟、东城沟、东郊沟、开干旗沟、开发区沟。

2 防洪工程现状

奎屯市现有的防洪工程包括两座渡槽新老南干渠；铁路部门修建的数十个过水涵洞；独山子区修建的导流防洪堤，这些工程的集中导流，一定程度上削减了洪水对奎屯市的威胁，但是由于城市防洪缺乏统一规划和养护，产生了一系列洪水隐患[1]。

（1）新南干渠修建于1947年，全长23.5 km，横穿奎屯市区南部山前冲积扇，根据防洪的需要，水利部门在该渠上修有防洪渡槽，导流堤500 m，过水涵洞28处，土堤长700 m，由于防洪标准低，抗洪能力有限。老南干渠位于新南干渠以北，现已停止输水。

（2）铁路部门1987年在铁路沿线修建了大量的过水涵洞，由于其防洪工程是分散的，虽然能有效地保护铁路，但无法保护市区的安全，并且有汇流的作用，集中下泻的洪水对市区威胁很大。

（3）独山子及南面山区是奎屯市暴雨洪水形成区，1982年独山子投资数百万元修建了总长3 km～4 km标准较高的浆砌石导流防洪堤，保护了独山子厂区安全，但把原来从黑油沟排走的洪水一并集中到东郊沟，使本市东部受洪水危害次数和程度大大增强。

3 历史洪水调查分析

本次洪水调查，对各个防洪工程节点断面进行了重点洪水调查测量，并沿乌伊公路由西到东逐条沟都进行了实地踏勘。各调查河段高程均采用统一高程，大断面及洪痕采用四等水准测量。调查河段洪峰流量计算采用比降—面积法，基本公式如下：

式中：S为河段平均水面比降；A为过水断面面积，m2；R为过水断面水力半径，m；K为过水断面输水率，m3/s；n为过水断面河床糙率。

上述公式中水力要素由实地勘测成果确定，糙率的选用主要靠经验、工具书中糙率系数表和实际勘察确定，调查河段历史洪水洪峰流量见表1。

表1 奎屯市防洪工程断面洪水调查计算成果表

3.1 设计洪水

根据奎屯市防洪工程设计的要求，设计洪水采用两种方法计算，即洪峰流量模比系数综合频率曲线法和经验公式法。

（1）地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法（地区综合法）

根据《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL 44-2006）之规定，即“当设计流域的洪水和暴雨资料短缺时，可利用邻近地区分析计算的洪峰统计参数，或相同频率的洪峰模数等进行地区综合，用于设计流域。”

本次采用参证站实测和调查资料样本，编制地区洪峰流量模比系数综合频率曲线。均值变差系数与偏差系数，采用矩法估算，PIII型曲线适线。适线完全采用计算机进行优选，绘制综合频率曲线，见图1，利用此图可求得不同频率的Kp值，从而推求设计断面所需的洪峰流量值，其计算公式如下：

式中：QP为设计频率洪峰流量，m3/s；KP为设计洪峰流量模比系数；Kd为调查历史洪水模比系数；Qd为调查历史洪水洪峰流量值，m3/s。

图1 天山北坡河流洪峰流量模比系数综合频率曲线图

综合频率曲线参数的确定采用曲线外包线的上限值，依据前述历史洪水调查结果，本次计算中历史洪水重现期定50年，洪峰流量模比系数KP值见表2，设计洪水成果见表3。

表2 设计洪峰流量计算参数及KP-P表

表3 奎屯市防洪工程断面设计洪峰流量成果表

（2）经验公式法

采用由希尧等推荐的经验公式[2]，对新疆天山南北坡、帕米尔高原、昆仑山北坡诸小河流域计算经验式（选用其指数方程）：

式中：为多年平均年最大洪峰流量，m3/s；F为控制断面以上集水面积，km2；C为河流参数；L为河长，km；J为河道纵坡，‰；f为流域形状系数，f=F/L2；Pm1为流域多年平均最大一日降水量，mm。

在1∶5万地形图上进行山洪沟的特征值量算，确定主要参数，成果见表4。

表4 奎屯市防洪断面位置及主要参数一览表

由上式及表4中参数计算出各设计断面洪峰流量均值，再应用综合频率曲线洪峰流量模比系数KP值，Pm1采用独山子区气象站多年平均最大一日降水量值，计算得到各计算断面的设计洪峰流量，其成果见表5。

表5 奎屯市防洪工程断面设计洪峰流量成果表

3.2 洪水成果的合理性分析

奎屯市设计洪水的分析计算采用两种方法，进行设计洪水的分析计算。通过实地洪水调查、测量，确定了各个防洪工程节点断面的最大过水能力，并由附近居民对各个洪沟的洪水痕迹进行指认，以实际发生的洪水为基础，再结合洪峰流量模比系数综合频率曲线法、天山北坡经验公式法，计算得到各个防洪工程节点断面的设计洪水。但经验公式法中参数的选用任意性较大，最终成果经对比分析，偏于安全推荐采用了第一种方法，即洪峰流量模比系数综合频率曲线法计算成果。

4 结语

奎屯市防洪规划洪水水文分析计算，受资料条件限制，特别是暴雨洪水，无规律可循，随机性很强，预测难度大，计算结果误差较大，给设计洪水的分析计算带来了一定的难度。使洪水传播、市郊山洪沟洪水以及城区内雨洪的研究成果的精度受到一定的影响，而这些问题又是城市防洪中无法回避的。因此，在城市防洪规划实施中，应加强非工程措施，如加强城市雨洪资料的收集、监测，提高城市防洪预警能力，保证城市经济的健康发展。