缺乏水文资料的设计入库洪水计算——以新疆吉木乃县塔斯特水库为例

程 凡

(新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

塔斯特水库地处新疆阿勒泰地区吉木乃县境内，行政隶属于吉木乃县托斯特乡，距吉木乃县城东南方36 km，水库位于塔斯特河中游、塔斯特河与色仍喀腊尕河的汇合口处。塔斯特水库是一座拦河式中型水库，坝型为混凝土面板堆石坝，工程等别Ⅲ等，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。水库的主要任务是解决吉木乃县托斯特乡及青年牧场共0.333 3×104hm2农田、草场的灌溉用水、乡村生活用水及少量工业用水，是吉木乃县最大的水利工程之一。

2 参证站设计洪水

塔斯特河流域洪水资料不足，本次与塔斯特河处于同一气候区的哈拉依敏水文站、科克克也木也尔水文站作为参证站进行设计洪水计算。根据国家行业标准《水利水电工程设计洪水计算规范》(SL 44-2006)的要求，参证站哈拉依敏站具有41年(1962-2002年)连续的实测洪水资料，洪水系列较长，符合有关技术规范的要求，无需进行系列插补延长。而科克克也木也尔站只有13年(1981-1993年)连续的实测洪水资料，洪水系列较短，若对系列进行插补延长，不符合有关技术规范的要求，故不进行系列插补延长[1]。分别采用频率分析法和长短系列订正法对以上参证站进行设计洪峰流量及1，3，5日洪量计算。

2.1 哈拉依敏设计洪峰流量及洪量计算

哈拉依敏站的设计洪峰流量、洪量采用频率分析法计算。根据哈拉依敏站的洪水资料，采用年最大值选样，选取年最大洪峰流量及各时段洪量系列，在运用矩法对系列统计参数估算的基础上，用适线法选配P-Ⅲ型频率曲线，推算哈拉依敏站设计洪峰流量及各时段洪量。哈拉依敏站设计洪水计算成果见表1和图1-图3。

表1 哈拉依敏站设计洪峰流量及洪量成果表

图1 哈拉依敏站最大1日洪量频率曲线图

图2 哈拉依敏站最大3日洪量频率曲线图

图3 哈拉依敏站最大5日洪量频率曲线图

2.2 科克克也木也尔站设计洪峰流量及洪量计算

科克克也木也尔站缺乏可靠的历史洪水调查成果，为了充分利用该站已有的水文资料，其设计洪峰流量、洪量采用长短系列订正法计算。

根据科克克也木也尔站和哈拉依敏站的洪水系列资料，分别用哈拉依敏站的洪峰流量及各时段洪量长短系列均值和科克克也木也尔站洪峰流量及各时段洪量短系列均值，采用长短系列订正法求出科克克也木也尔站洪峰流量及各时段洪量长系列均值，然后借用哈拉依敏站的洪峰流量及各时段洪量系列统计参数Cv，Cs值，推算科克克也木也尔站的设计洪峰流量及各时段洪量。科克克也木也尔站设计洪水计算成果见表2。

表2 科克克也木也尔站设计洪峰流量及洪量成果表

3 设计入库洪水

由于塔斯特河流域洪水资料缺乏，设计入库洪水分析计算遵循多种方法、综合分析、合理选用的原则，针对塔斯特流域的洪水成因及其特性，分别采用在无资料或缺乏资料地区小流域设计洪水计算中常用的洪峰洪量模数法、地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法和推理公式法等3种方法进行塔斯特水库设计入库洪峰流量及各时段洪量的分析计算。

3.1 洪峰及洪量模数法

根据哈拉依敏站的设计洪峰流量及各时段洪量，选用参证站设计洪峰流量及各时段洪量模数，采用洪峰、洪量模数法估算出设计入库洪峰流量及各时段洪量。塔斯特水库设计入库洪峰流量及各时段洪量计算成果见表3。

表3 塔斯特水库设计入库洪峰流量及洪量成果表

3.2 地区洪峰及洪量模比系数综合频率曲线法

3.2.1 历史洪水洪量估算

根据1988年塔斯特水库坝址处的实测最大洪峰流量和各时段洪量及1957年的历史洪水调查值等洪水资料，采用地区洪峰、洪量模比系数综合频率曲线法，分别求出1988年实测洪水的最大洪峰流量及各时段洪量的峰量比系数，再用其峰量比系数，估算出历史洪水各时段洪量[2]。塔斯特河1957年的历史洪水各时段洪量估算成果见表4。

表4 塔斯特河实测洪峰及洪量和历史洪水洪峰及洪量成果表

历史洪水各时段洪量计算公式如下：

式中：Wsd，Ws88分别为各时段历史洪水洪量调查估算值和1988年实测洪量，106m3，s=1，3，5日；Qmd，Qm88分别为历史洪水最大洪峰流量调查值和1988年实测最大洪峰流量，m3/s，m=1，3，5日。

3.2.2 设计入库洪峰及洪量推求

选用科克克也木也尔站、哈拉依敏站、卡琅古尔站、克拉他什站、群库勒站、库威站等6处参证站的洪峰流量和各时段洪量系列，分别绘制该地区洪峰流量和各时段洪量模比系数综合频率曲线，采用塔斯特河1957年的历史洪水洪峰流量和各时段洪量调查估算值(重现期为47年)，推算出设计入库洪峰流量及各时段洪量。塔斯特水库设计入库洪峰流量及各时段洪量及其模比系数Kp计算成果见表5。

表5 塔斯特水库设计入库洪峰流量、洪量及其模比系数Kp计算成果表

设计入库洪峰及各时段洪量计算公式如下：

式中：Qmp，Qmd分别为设计入库洪峰流量和历史洪水洪峰流量，m3/s，s=1，3，5日；Wsp，Wsd分别为各时段设计入库洪量和历史洪水洪量，106m3；KfP，Kfd分别为设计入库洪峰流量和历史洪水洪峰流量模比系数；KSP、KSd分别为各时段设计入库洪量和历史洪水洪量模比系数。

3.3 推理公式法

选用吉木乃气象站最大1日降水量42年(1961-2002年)连续降水系列进行频率计算，求出吉木乃气象站设计最大1日降雨量。根据《新疆维吾尔自治区可能最大暴雨图集》，选用该区域最大1日降雨量与最大24 h降雨量折算系数K1=1.13和暴雨点面折算系数K2=1.06，求得该流域设计最大24 h面降雨量[3]。吉木乃气象站设计暴雨计算成果见表6，塔斯特水库设计入库洪峰流量计算成果见表7。

表6 吉木乃气象站设计暴雨成果表

表7 塔斯特水库设计入库洪峰流量成果表

3.4 设计入库洪水计算成果推荐

根据对上述3种方法推算出4种塔斯特水库设计入库洪水计算成果，可以看出：

洪峰、洪量模数法计算成果均偏小，特别是以科克克也木也尔站为参证站的计算结果更为明显。这主要因为参证流域面积与设计流域面积相差较大所致，故不予推荐洪峰、洪量模数法计算成果。

推理公式法的计算成果偏大，因为使用推理公式所需确定的参数较多，且缺少流域实测降水观测资料和该区域相关实验分析数据，参数的选用任意性较大，只能折算移植其他站点的降水资料和借用其它地区的实验分析数据，从而影响计算成果的不确定因素和人为因素较多，任意性较大，故不予推荐推理公式法计算成果。

地区洪峰流量、洪量模比系数综合频率曲线法充分考虑了区域河流洪水要素统计分布特性的地域性规律，并综合历史洪水调查成果，具有一定的合理性。塔斯特河1957年历史洪水调查成果较可靠，对控制50年一遇设计洪水的洪峰流量十分重要。对其计算成果与历史洪水调查成果分析表明，该方法计算成果较合理，所以推荐采用地区洪峰流量、洪量模比系数综合频率曲线法计算成果。

4 设计入库洪水成果的合理性检查和分析

由塔斯特水库入库设计时段平均流量与历时关系曲线综合图(图4)可明显看出，时段设计平均流量随历时增加而逐渐减小，同一时段设计平均流量随频率的增加而渐次降低，各时段设计平均流量曲线互不交叉，位置无突出与偏离，符合正常规律，基本合理。

图4 塔斯特水库设计时段平均流量与历时关系曲线综合图

由塔斯特水库坝址设计时段洪水系列Cv，Cs值与历时关系曲线综合图(图5)可明显看出，洪水系列统计参数Cv，Cs值也同样随历时增加而逐渐减小，符合一般规律，基本合理。

图5 塔斯特水库设计时段洪水系列Cv和Cs值与历时关系曲线综合图

通过以上成果的合理性检查和分析表明，采用地区洪峰、洪量模比系数综合频率曲线法推算的塔斯特水库设计入库洪水成果基本合理。