恰克马克河防洪工程设计洪水不同计算方法探析

克依木江·吐拉吉

（新疆维吾尔自治区喀什水文勘测局，新疆 喀什 844000）

1 概况

恰克马克河流大体上呈西北—东南流向, 全长165 km。受大陆干旱性气候的影响，该流域气候干燥，降水稀少，植被稀疏，平原区年降水量为80.2 mm～95.1 mm，山区年降水量为138.6 mm～234.1 mm。恰克马克河属降雨、季节性积雪和地下水补给型河流，先后设有巴音谷路提和恰其嘎水文站。巴音谷路提水文站位于恰克马克河出山口以上36 km 处，集水面积3077 km2，于1968 年4 月撤销；恰其嘎水文站设在小阿图什乡喀尔果勒山口，是恰克马克河出山口水量控制站，控制河长125 km，集水面积3788 km2，实测最大洪峰流量为351 m3/s。

2 水利工程现状及重点防洪工程水文计算断面

2.1 水利工程现状

恰克马克河有小型水库两座、引水枢纽一座，其中恰克马克河引水枢纽位于阿图什西北约40 km，在恰其嘎水文站下游约2 km 处。主要承担阿图什市阿扎克乡、上阿图什乡及喀什地区疏附县拜什克然木乡1.12×104hm2耕地的灌溉任务。

2.2 防洪工程河段及洪水水文计算断面

（1）托帕计算断面

托帕防洪河段计算断面位于巴音谷路提乡托帕村，距下游恰其嘎站15 km，断面以上河流长度110 km，集水面积3077 km2。该河段两岸植被稀少，左岸为托帕村，右岸为托帕口岸。

（2）康萨依山洪沟

康萨依山洪沟发源于天山南脉喀拉阿尔恰山南坡海拔3900 m 的布瑞塔什山峰，是恰克马克河的一级支流，在托帕口岸汇入恰克马克河，集水面积139 km2，河流全长18.4 km。该山洪沟洪水成因主要是区域降雨，特别是中低山区大降雨形成暴雨洪水，洪水发生时间较集中，较大的暴雨洪水一般发生在6 月～8 月，洪水具有陡涨陡落，峰值高，洪水过程历时短、流速大等特点。

（3）喀尔果勒计算断面

喀尔果勒防洪河段计算断面位于上阿图什乡喀尔果勒村，距下游恰其嘎站6 km，该断面右岸为上阿图什乡喀尔果勒村。断面以上河流长度119 km，集水面积3668 km2。

（4）恰克马克引水枢纽计算断面

恰克马克河引水枢纽位于阿图什市以西约40 km，在恰其嘎水文站下游约2 km 处。断面以上河流长度127 km，集水面积3844 km2。

（5）恰克马克河南、北支流计算断面

恰克马克河引水枢纽以下河道分为南北两支：南支伯什克然木河沿主河道穿过小阿图什乡流入喀什地区疏附县境内；北支阿扎克河偏转向东流入阿扎克乡境内，汛期洪水引入托卡依水库。在小阿图什乡境内两支流河谷两岸有柳树林和居民点，汛期洪水对两岸危害较大，本次将两处防洪河段计算断面各选在引水枢纽以下2 km 处，其中南支流计算断面集水面积为3848 km2，北支流计算断面集水面积为3851 km2。

各防洪工程河段沿恰克马克河纵向分布情况及防洪工程河段设计洪水计算断面地理位置见图1。

图1 恰克马克河防洪工程河段控制断面及水文测站纵向分布示意图

3 洪水成因与类型

分析恰克马克河上两个站实测最大洪峰流量及相应洪水过程，可以发现该河量级较大的洪峰流量都是暴雨洪水或是以暴雨补给为主的混合型洪水：如1963 年、1965 年、1966 年、1983 年、1989 年、1986 年、1999 年，而洪峰量级较小的洪水多为融雪型或是以融雪补给为主的混合补给型洪水，也就是说大暴雨和强融雪是产生特大洪水的主要原因。从历年气温、降水中分析，该流域每年4 月～9 月均有可能产生暴雨，这段时期气温也较高,因而洪水也集中在4 月～9 月，其中年最大洪峰流量在5 月份发生的频次最高，达26.1%。其次是4 月频次为21.7，8 月频次为21.7。

按洪水成因，恰克马克河可分为三种不同类型的洪水，即暴雨型洪水，融雪型洪水、雨、雪混合型洪水。

4 防洪工程不同段设计洪水计算

4.1 康萨依沟设计洪峰流量估算

现以恰其嘎站、阿俄站、卡浪沟吕克站为参证，分别采用地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法和洪峰模数法推求康萨依沟计算断面设计洪峰流量，以进行相互验证和校核。

4.1.1 地区洪峰流量综合频率曲线法

由于工程河段资料缺乏，本文根据调查河段自然地理条件，以往在这一地区开展的洪水调查及其成果，以及暴雨洪水的区域性特点，对康萨依沟设计洪峰流量做一分析。

受资料条件之限，采用成都科技大学等三院校合编的《工程水文及水利计算》一书提出的“地区洪峰流量综合频率曲线法”推求调查山洪沟设计洪峰流量方法，公式如下：

式中：Qp为设计洪峰流量，m3/s；Kp为设计洪峰流量模比系数；Qd为调查历史洪水洪峰流量，167 m3/s；Kd为调查洪水洪峰流量模比系数，6.52。

本文采用恰其嘎站、阿俄站、卡浪沟吕克站历史调查洪水和实测洪峰流量样本编制地区洪峰流量模比系数综合频率曲线，据此求得值及康萨依沟设计洪峰流量，见表1。

表1 康萨依沟设计洪峰流量计算成果表 单位:m3/s

4.1.2 洪峰模数法

康萨依沟属恰克马克河一级支流，且与卡浪沟吕克河紧邻的小河流域，洪水形成具有相似性，本次直接移用恰克马克河、卡浪沟吕克河设计洪峰流量成果估算康萨依沟设计洪峰流量。

设计洪峰流量按下式计算：

式中：QGp为工程场址的设计洪峰流量，m3/s；MCp为参证站设计洪峰流量模数，m3/(s·km2)；fG为工程场址集水面积，139 km2。

恰其嘎站、卡浪沟吕克站设计洪峰流量模数见表2，按以上两式计算的康萨依沟计算断面设计洪峰流量见表3。

表2 恰其嘎站、卡浪沟吕克站设计洪峰流量模数表单位：m3/(s·km2)

表3 康萨依沟设计洪峰流量成果表 单位：m3/s

4.1.3 计算结果分析

上述两种计算方法中，采用洪峰流量模数法直接移用与本流域具有相同气候因子影响及下垫面相似的恰克马克河恰其嘎站、卡浪沟吕克站洪峰流量模数推求康萨依沟的设计洪峰流量，由于其设计站与参证站集水面积相差较大，设计洪峰流量偏小；采用地区洪峰流量综合频率曲线法，所依据调查洪水发生年代较近，洪峰流量调查计算值较可靠，基于上述分析，本报告认为采用地区洪峰流量综合频率曲线法推求康萨依沟的设计洪峰流量相对合理，故本次建议选用地区洪峰流量综合频率曲线法计算成果。

4.2 托帕计算断面设计洪峰流量的估算

托帕计算断面介于恰其嘎站与巴音谷路提站之间，该断面处无实测水文资料，设计洪峰流量的计算采用以上下游水文站设计值为控制，用线性内插的办法推求。计算公式如下：

式中：Qt为托帕计算断面设计洪峰流量，m3/s；Qq为恰其嘎站设计洪峰流量，m3/s；Qb为巴音谷路提站设计洪峰流量，m3/s；l1为恰其嘎站至托帕防洪河段间距，15 km；l2为巴音谷路提站至恰其嘎站间距，40 km。

相关参数取值及托帕计算断面设计洪峰流量计算成果见表4。

表4 托帕计算断面设计洪峰流量计算成果表 单位：m3/s

4.3 喀尔果勒及恰克马克渠首计算断面设计洪峰流量估算

喀尔果勒计算断面位于恰其嘎站以上6 km，区间面积占恰其嘎站集水面积的2.6%；恰克马克河渠首位于恰其嘎站以下2 km 处，区间面积占恰其嘎站集水面积的1.5%，并且区间基本上没有水量汇入和分出，所以两断面设计洪峰流量直接采用恰其嘎站设计洪峰流量成果,见表5。

表5 喀尔果勒计算断面及恰克马克河渠首设计洪峰流量单位：m3/s

4.4 恰克马克河南、北支流计算断面设计洪峰流量估算

恰克马克南、北支流计算断面设计洪峰流量估算,根据克州、喀什地区及喀什噶尔流域管理处的协议，采用两种方法对设计洪峰流量进行估算。

方法一：由于南北两支流洪水受恰克马克河引水枢纽工程的调节和控制，因此，根据恰克马克河引水枢纽设计报告，当引水枢纽重建工程实施后，遭遇较大洪水时，以拜什克然木河做为主要泄洪通道，而向阿扎克河泄水量不宜过大，以保证阿扎克下游的防洪安全，当Q＞200 m3/s 时，下泄洪水由阿扎克河承担30%，拜什克然木河承担70%的泄洪比例进行估算，其南、北两支流计算断面设计洪峰流量估算值见表6。

方法二：从1944 年和1966 年历史调查洪水来看，这两场洪水泄洪比例较为接近，其泄洪比例阿扎克河为35%，拜什克然木河为65%。由于恰克马克河洪水运动规律较复杂，河床抗侵蚀能力弱，且冲淤变化较大，因此考虑特殊情况，按天然分洪比例估算，其南、北两支流计算断面设计洪峰流量估算值见表6。

表6 恰克马克南、北支流计算断面设计洪峰流量 单位：m3/s

由于恰克马克河为游荡性河流，河床不稳定，因此认为第二种计算结果比较接近实际。

5 结语

恰克马克河洪水组成原因复杂，由于缺乏水文实测资料，使得防洪工程建设中的洪峰流量计算困难。因为防洪工程设计洪水计算线长、点多、各断面资料情况差异大，且均在同一条河流上，因此计算成果不仅应在点上合理，而且还应上下游成果相互协调，文章通过分析计算和相关对比，提出采用地区洪峰流量综合频率曲线法推求康萨依沟的设计洪峰流量，用线性内插办法推求托帕设计洪峰流量，按天然分洪比例估算恰克马克河南、北支流设计洪峰流量，为同一条河流不同防洪工程段的设计洪水计算提供参考。