乌拉斯台河协比乃尔布呼渠首洪水分析

丁强强

（新疆巴音郭楞水文勘测局，新疆 巴州 841000）

新疆和静县乌拉斯台河协比乃尔布呼渠是黄水沟上的一处引水工程，病险问题严重，除险加固需对工程进行处的洪水进行设计分析，以便确定防洪标准。

1 概况

黄水沟流域面上的降水，经过10 余条一级支流，10 余条二级支流及若干条三级支流的汇集调蓄，自北向南汇集于山口黄水沟水文站，集水面积4311 km2。水文站下游1.22 km 处左岸为黄水沟毛拉提干渠引水闸、右岸为团结渠引水闸；此处再往下10.6 km 是黄水沟防洪闸，将黄水沟河道分为东、西两条支流。东支最后注入博斯腾湖大湖；西支在黄水沟防洪闸下游0.6 km 处分为两支，西支的两条支流流经7.18 km 到达和静县至先行乡的公路，穿过公路后流经2.75 km 又汇合为一支，汇合后的水流再流经2.05 km 后，汇入乌拉斯台河老河道（受工程控制的灌溉和输水河道），在乌拉斯台河老河道和黄水沟西支汇合口下游0.38 km 处为乌拉斯台河协比乃尔布呼渠进水闸，水流被引入灌区[1]，最后流入开都河，是开都河下游最大的一条支流。河道水系及工程分布情况见图1。

2 历史洪水及洪水特性

根据河道水流汇合和引调情况，协比乃尔布呼渠进水闸洪水分析主要是进行黄水沟防洪闸下游西至河道上的洪水分析。

图1 河道水系及工程分布情况示意图

2.1 历史洪水

黄水沟水文站1956 年～2011 年超过防洪警戒流量120 m3/s以上的年最大洪峰流量发生过31 次，多年平均年最大洪峰流量为167 m3/s。1996 年7 月19 日发生的602 m3/s 的洪峰为有实测资料的最大值，2000 年 7 月 18 日和 1994 年 7 月 15 日发生的517 m3/s 和437 m3/s 的洪峰流量分别排在历史洪水的第二和第三位。年最大洪峰多出现6 月～8 月，7 月、8 月最多，从历年月径流资料来看，水量主要集中于汛期，占全年的57.6%。影响年最大洪峰主要气象因素是降水和温度。由于1953 年发生的调查洪水值没有排在前三位之中，期间1954 年、1955 年没有洪水资料，为工程安全考虑和资料的连续性，没有将此次洪水纳入到洪水系列中。

2.2 洪水特性

黄水沟洪水大致可分为三种基本类型：

（1）融雪型洪水：受单一气温因素的影响，有明显的变化，一日一峰，洪峰不高，量不大。如1980 年5 月9 日～15 日就是典型的融雪型洪水，持续时间6 天，最大洪峰流量79.9 m3/s，见图2。

图2 黄水沟站洪水1980 年融雪型洪水过程线

（2）暴雨型洪水：此类洪水多出现在7 月～8 月，受地方性局部天气和地形条件的影响形成，其笼罩面积内降雨强度大，集流时间短，局部流域形成超渗产流，这类洪水水势汹猛，突涨突落，洪峰高但洪量不大。如1976 年8 月6 日，最大洪峰流量109 m3/s，持续时间仅3 h，这类洪水对引水枢纽工程的威胁和破坏性最强，见图3。

图3 黄水沟站洪水1976 年暴雨型洪水过程线

（3）暴雨融雪混合型洪水：如1996 年7 月19 日发生的602 m3/s 的洪峰，此次洪峰持续时间为5 天，此类洪水对引水枢纽和水库威胁最大，见图4。

图4 黄水沟站洪水1996 年暴雨融雪混合型洪水过程线

3 设计洪水分析

3.1 设计洪峰流量计算

因乌拉斯台河老河道的来水量是由协米尔渠龙口引水闸控制的，同时在发生洪水时协米尔渠龙口引水闸不引水。因此，协比乃尔布呼渠进水闸处的洪水仅是黄水沟西支河道下泄的洪水水量，协比乃尔布呼渠进水闸处设计洪峰流量计算，是将黄水沟防洪闸枢纽处西支河道天然和工况下的设计洪峰流量推演至协比乃尔布呼渠进水闸处，最后求得协比乃尔布呼渠进水闸处设计洪峰流量。洪水期，西支河道天然洪峰和工况下的洪峰是一致的。

结合黄水沟西支下游河道最大洪峰流量和衰减结果，采用《新疆山前区公路桥涵与路基设计流量分析计算研究》项目中2007 年～2010 年4 年洪水试验资料分析计算成果，即黄水沟防洪闸枢纽处西支河道断面至黄水沟西支在先行公路桥断面之间河段的平均每公里最大洪峰流量衰减率（P）5.28%，作为黄水沟西支下游河道的最大洪峰流量衰减率，相关数值见表1。

根据实地踏勘，黄水沟西支的两条支沟在防洪闸下游0.6 km 处，河道急剧增宽，在扇形河床中冲刷出大大小小的水流冲沟，在和静县至先行乡公路处的河道上游人工修建了导洪堤，将大大小小的水流冲沟收缩到两处公路桥处，就是由于在7.18 km 的河床中水流分散，造成黄水沟西支下游河道的最大洪峰流量衰减率较大。西支的两条支沟在穿过公路后流经2.75 km 又汇合为一支，汇合后的河道水流集中，河床多为“U”型深切河道，河道宽度在30 m～50 m 之间，并且汇合后的河道位于焉耆盆地北部边缘的山前沼泽水草地中，地下水位埋深较浅，考虑河道蒸发水量和浅层地下水流出的相互影响，西支的两条支沟汇合后的河道沿程渗漏极小。因此，本次最大洪峰流量衰减就计算到西支的两条支沟汇合口处，黄水沟西支下游河道最大洪峰流量衰减的计算河道长度为9.93 km。

协比乃尔布呼渠进水闸处的设计洪峰流量计算公式：

式中：Q协比乃尔布呼为协比乃尔布呼渠进水闸设计洪峰流量；Q防洪闸西为黄水沟防洪闸枢纽处西支河道设计洪峰流量；P西支河道为黄水沟防洪闸西支下游河道的最大洪峰流量平均每公里损失率。L 为黄水沟防洪闸西支下游河段水量沿程损失计算河段长度。

由于河道天然状况和工况下黄水沟防洪闸枢纽处西支河道不同频率的设计年最大洪峰流量一样，采用黄水沟防洪闸西支下游河道的最大洪峰流量平均每公里损失率（P）5.28%，和黄水沟防洪闸西支下游河段最大洪峰流量沿程损失计算河段长度9.93 km，按式（1）计算得到天然状况下和工况下协比乃尔布呼渠进水闸设计洪峰流量也是一致的，式中相关参数及计算结果见表1。

表1 天然状况下协比乃尔布呼渠进水闸设计最大洪峰流量统计表

3.2 施工期设计洪水

根据施工要求，和静县乌拉斯台河协比乃尔布呼渠进水闸除险加固工程由工程准备期、主体工程施工期和工程完建期三个阶段组成。主体工程施工期为8 个月，分为三个阶段，第一阶段为 2015 年 9 月～2015 年 11 月，第二阶段为 2016 年 3 月～2016 年 5 月，第三阶段为 2016 年 9 月～2016 年 10 月。

和前面一样，分期设计洪水仅需计算黄水沟西支的下泄洪水。在计算防洪闸处的设计洪水时，不考虑毛拉提干渠和团结渠引水闸对最大洪峰流量的影响，采用分析选定的区间河道洪水衰减率（P=5.28%）和计算河段长度9.93 km，用式（1）计算天然状况下协比乃尔布呼渠进水闸9 月～11 月和3 月～5 月的设计洪峰流量，计算结果见表2。

表2 协比乃尔布呼渠进水闸分期设计洪峰流量统计表

4 成果合理性分析

本次黄水沟防洪闸处设计洪水分析计算时，依据了黄水沟水文站1956 年～2011 年56 a 的年最大洪峰流量、时段洪量资料和相应统计参数，应用试验研究项目实测的洪水过程资料推算的最大洪峰流量、时段洪量沿程损失率，计算得到黄水沟防洪闸处的多年平均年年最大洪峰流量和时段洪量。

最大洪峰流量沿程变化：

（1）黄水沟水文站，具有1956 年～2011 年 56 a 完整的实测水文资料，观测和资料整编符合部颁《水文测验规范》《水文年鉴编印规范》的技术要求，资料具有较好的质量可靠性。

（2）最大洪峰流量沿程变化分析采用2007 年～2010 年试验研究项目实测的4 次洪水完整过程，根据河道上下游断面间水量平衡原理，分析计算出黄水沟水文站至下游防洪闸、黄水沟西支河道到和静县至先行乡公路桥处的最大洪峰流量沿程衰减率。从各次洪水最大洪峰流量沿程变化的情况来看，各次洪水的大小与沿程衰减率具有一定的线性关系，因此最大洪峰流量沿程衰减率计算和取值有一定的合理性。

（3）黄水沟防洪闸东、西支河道分水，根据黄水沟防洪闸处目前的河道断面情况、防洪闸主要设计参数（防洪闸闸室总宽、闸底高程、东支溢洪堰长、高度和堰顶高程），按照工程设计时西支防洪闸和东支溢洪堰的过水能力，计算西支防洪闸和东支溢洪堰前水深与过水流量关系，进行天然状况下防洪闸处的东、西支河道分水计算。根据黄水沟防洪闸初步设计方案和管理运行要求，当防洪闸来水流量小于200 m3/s 时，西支防洪闸和东支溢洪堰按设计6∶4 比例分水；当防洪闸枢纽处来水流量大于200 m3/s 时，为保障黄水沟东支河道沿线居民区和农业灌溉区的防洪安全，西支防洪闸将不再调控东支溢洪堰的泄洪量，西支防洪闸和东支溢洪堰按河道自然情况分水。

由于资料处理方法得当，最大洪峰流量、时段洪量沿程变化分析方法合理，计算思路清晰，因此推求计算成果合理。

5 结语

协比乃尔布呼渠进水闸处河水从黄水沟到分支，再到与乌拉斯台河老河道的汇合，沿程洪水影响因素较多。本文在分析协比乃尔布呼渠进水闸处河水演进情况，以及黄水沟历史洪水和洪水特性的基础上，按照水量平衡原理，对工程处的设计洪水与施工期的洪水进行推求，提出乃尔布呼渠进水闸枢纽50 a 一遇设计洪峰流量为163 m3/s，施工期9 月～11 月50 a一遇洪水37.7 m3/s，3 月～5 月50 年一遇洪水42.7 m3/s，可供工程设计施工进行参考借鉴。