呼图壁县雀儿沟河洪水计算与分析

马振伟

（五家渠农六师勘测设计研究有限责任公司，新疆 五家渠 831300）

1 概况

雀儿沟河，又称图古里克河，位于天山西段新疆呼图壁县境内。雀儿沟河发源于天山北坡特力斯喀达坂，源流接纳支流西沟后，以下河段始称雀儿沟河。雀儿沟河东沟、西沟两条支流在出山口以上被红山水库拦蓄。红山水库以上河长47km，集水面积861km2，多年平均径流量0.3245×108m3[1]。雀儿沟河出红山水库后穿越铁路，在呼-克公路分流，各支流在新湖六场干渠汇入主流后流入鹰湖水库，出鹰湖水库后流入沙漠。

2 气象

根据呼图壁县气象站资料，最低、最高月平均气温分别为-16.7℃、25.6℃，最大月降水量为22.6mm，出现在5 月，全年降水量174.9mm，主要集中在4 月—7 月，全年蒸发量2182.7mm，全年最大平均风速4.0m/s，是典型的沙漠干旱气候。

3 水文

项目区段洪水主要由鹰湖水库下泄洪水构成。鹰湖水库接纳上游雀儿沟河、呼图壁河、梧桐沟入库洪水，来水情况相对复杂。因此本次首先计算各河流天然状态下的设计洪水，以确定鹰湖水库入库洪水，再将鹰湖水库调洪成果推演至本项目区段。

3.1 水文站网

项目区水文资料相对短缺，本次选取邻近石门站1977 年—2010 年、肯斯瓦特站1955 年—2010 年、芨芨坝水管站1970 年—2010 年洪峰流量资料。上述水文参证站自未发生过测验断面的迁移、控制断面以上无大规模区间引分水，人类活动影响相对较小，且已编入国家水文年鉴和国家水文数据库，洪水资料可靠，一致性较好。

3.2 历史洪水调查

雀儿沟河、梧桐沟于2001 年8 月29 日发生暴雨洪水，通过采用水面-比降法计算洪峰流量，合理选定河床糙率，确定雀儿沟河“8.29”洪水洪峰流量为719m3/s，梧桐沟“8.29”洪水洪峰流量为247m3/s，重现期为55 年。2011 年3 月30 日，梧桐沟发生融雪洪水，经洪痕调查，确定梧桐沟“3.30”融雪洪水洪峰流量为94.6m3/s。呼图壁河无历史洪水。

3.3 各入库河流设计洪水计算

（1）呼图壁河。呼图壁河洪水由大海子水库调洪后洪水组成[2]。本次采用两水文站实测数据计算后与水库下泄洪水计算比对。石门站设计洪水，采用石门站1977—2010 年最大洪峰系列和芨芨坝水管站1970 年至今洪峰流量资料，进行频率计算，采用P-Ⅲ型曲线适线[3]。采用矩法估算Cv、Cs 值，并根据适线结果调整，得石门站洪峰频率曲线图如图1 所示，芨芨坝水管站洪峰频率曲线如图2 所示。石门站、芨芨坝水管站和大海子水库设计洪峰成果如表1 所示。

图1 石门水文站洪峰流量频率曲线

表1 呼图壁河设计洪峰成果表

经对比，芨芨坝水管站设计洪水与大海子水库调洪洪水较为接近，可信度高，出于安全角度考虑，本次研究采用大海子水库调洪洪水成果。

图2 芨芨坝水管站洪峰频率曲线图

（2）雀儿沟河。因雀儿沟河缺少实测洪水资料，本次采用两种方法推算并对比雀儿沟河计算洪水。①模比系数综合频率曲线法。选取石门站、石门子站、肯斯瓦特站作为参证站，分别计算各参证站洪峰流量系列的模比系数，对各参证站洪峰流量模比系数进行频率计算，采用P-Ⅲ型曲线适线，得到地区洪峰流量模比系数综合频率曲线如图3 所示，地区洪峰流量模比系数综合频率曲线计算成果如表2 所示。

图3 地区洪峰流量模比系数综合频率曲线图

表2 模比系数综合频率曲线设计洪水成果表

②调蓄经验单位线法。根据石门站一日最大降水资料，经过频率计算，推算出石门站最大一日降水成果如表3 所示。

表3 石门站一日最大降水成果表

根据该区域逐时典型雨量分配过程，叠加计算出地面产流洪水过程，其最大值即设计洪峰流量，成果见表4。

表4 调蓄经验单位线法设计洪峰成果表

经对比，按照偏安全原则，采用地区洪峰流量模比系数综合频率曲线成果。

（3）梧桐沟。同雀儿沟河计算方法，得到梧桐沟设计洪水成果表如表5 所示。

表5 梧桐沟设计洪水成果表

经比较，采用地区洪峰流量模比系数综合频率曲线成果。

3.4 鹰湖水库调洪计算

（1）上游洪水沿程变化。洪水单位长度沿程相对变率计算公式如下：

式中：Q1为上游断面洪峰流量，m3/s；Q2为下游断面洪峰流量，m3/s；Di为上、下游断面洪峰流量差值，m3/s；Ki为年径流量单位长度沿程相对变率，%；Lsx为上、下游断面之间的距离，km。

经计算，雀儿沟河洪水单位长度沿程相对变化率为-1.51%，梧桐沟洪水单位长度沿程相对变化率为-1.37%，呼图壁河洪水沿程变化率为-1.06%。沿程变化后，各河洪水成果如表6 所示。

表6 各河沿程变化洪水成果表

（2）入鹰湖水库洪水成果。鹰湖水库入库洪水主要由呼图壁河、雀儿沟河、梧桐沟洪水构成。其中呼图壁河洪水主要为暴雨与融雪组成的混合型洪水；雀儿沟河、梧桐沟洪水为单一构成的暴雨洪水。洪水类型及成因不同，且主要暴雨区海拔高程也不一样，由于山区降水的垂直地带性和局地性差异，各河同时发生灾害性暴雨洪水的概率极小，且各条河流上游均建有控制型水库，因此可不考虑洪水叠加，取河流设计洪水较大者作为最终成果。考虑雀儿沟河洪水在甘莫公路处分洪5m3/s 至大海子水库泄洪道，故叠加至呼图壁河，将其作为鹰湖水库入库洪水成果。

（3）鹰湖水库下泄洪水。根据鹰湖水库设计指标和调洪运行原则，起调水位为389.3m，校核洪水位为390.61m，设计下泄流量为41.7m3/s，校核下泄流量为104.5m3/s。鹰湖水库库容曲线图如图4 所示，入库、调洪出库演算成果如表7 所示。

图4 鹰湖水库库容曲线图

表7 鹰湖水库入库、调洪出库演算成果表

3.5 工程场址设计洪水

按洪水沿程变化将鹰湖水库出库洪水成果推演至各工程场址节点，计算公式为：

式中：Qi为各计算节点设计洪峰流量，m3/s；Q2为基本计算节点设计洪峰流量，m3/s；Ki 为洪峰流量单位长度沿程相对变率，%；Lsx为各防护计算节点距基本计算节点的距离，km。

其中桩号13+240 以下增加来自渠道的分洪流量5m3/s，成果如图5 所示。

图5 工程场址节点设计洪水

3.6 设计洪水位

对约27km 长的项目区河段进行断面测量，断面间距约3km，实测河道大断面10 个；各断面糙率根据工况不同取0.027～0.058；河段平均比降在0.00025～0.0009。根据伯努利能量方程，计算河段水面线，得到设计洪水位。

确定起始断面的水位-流量关系，根据测量所得断面，以最下游一个断面做为起始断面，根据设计频率对应流量，推算出沿程河段各断面水位。设计洪水水面线成果如图6 所示。

图6 治理河段设计洪水水面线图

得到计算结果后，采用单断面比降法计算各断面水位流量关系，并与能量方程计算得出水面线进行比对，两种计算方式得到结果差异很小，可以采纳上述成果。

3.7 河势分析

雀儿沟河拟治理河段基本为季节性河沟，尚无可成熟的定量分析方法，因此只进行定性分析。河段处河沟下游段，地形相对平缓，起伏不大，整体地势呈东南向西北倾斜，河道两岸土壤盐渍化现象较严重，河床主要由中粗砂、粉土和粉质粘土组成，颗粒自上游至下游逐渐变细。河势极不稳定，易受冲刷，尤其是河沟蜿蜒段侧向侵蚀突出。

4 结束语

文章以石门站、石门子站、肯斯瓦特站作为参证站，采用模比系数综合频率曲线法、调蓄经验单位线法等多种方法对鹰湖水库各入库河流设计洪水进行计算，并对比验证；通过考虑沿程变化和水库运行等各方面因素，得出各频率下鹰湖水库下泄洪水的计算成果；根据能量方程，结合实测断面资料，计算得出了雀儿沟河项目区段设计洪水成果。通过对雀儿沟河洪水进行计算和分析，为河道治理工程提供了设计依据的同时，也为水库运行和下游防洪安全起到了一定的指导作用。结合工程建成后数年间的管理运行，该计算与分析的成果是可靠的。