克孜河平原区洪水类型分析与设计洪水计算研究

赵亮

(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 流域概况

克孜河发源于吉尔吉斯斯坦境内，全长737 km，流域总面积24 143 km2，其中约600 km河段在中国新疆西南部。克孜河流域地形分三级，分别为西部高原山区、向平原区过渡的浅山丘陵区和出山口以下洪积、冲积平原区。克孜河平原区流域面积17 658.40 km2，河长499 km，河道比降在1‰～10‰之间，进入平原区后，克孜河分为两支：北支为主流，流经喀什进入邦克尔水库；南支为天南维其克河，在伽师县英阿瓦提渠首前汇入主河道。

2 气象

克孜河流域深处内陆，远离海洋，三面环山，冷湿气流难以侵入，平原区主要气候特征为气温日变化大，日照时间长，降雨稀少，蒸发强烈，气候干燥。以伽师县气象站资料为例，多年平均气温11.60℃，降雨水平分布不均，西多东少，多年平均年降雨量为120.20 mm，多年平均蒸发量为3 168 mm，最大冻土深度为70 cm，冻土期为11—3月份。

3 水文

3.1 水文站网及基本资料

克孜河流域与本次水文分析计算有关的水文站有：卡拉贝利、卡浪沟吕克、卡甫卡、贝那木4处水文站，其中卡拉贝利水文站位于克孜河出口处，是克孜河水量控制站，国家一级水文站，测站以上集水面积13 700 km2，控制河长213 km，该站始建于1958年，至2019年已有62年连续实测水文资料；卡浪吕克站为该河的水量控制站，集水面积1 954 km2，现存1958年12月至1968年3月、1969年6月至2019年12月资料；卡甫卡水文站现存资料为1956年4月至1958年4月，后迁至卡拉贝利站合并观测；贝那木站现存资料为1958年3月至1961年12月。以上资料均经新疆水文水资源局审查，已编入国家水文年鉴，因而各站基础资料可靠。

3.2 径流

克孜河径流量由高山带的冰川融雪补给、中低山带的季节性融雪补给以及春夏来自天山和帕米尔高原间的降雨及泉水补给组成。克孜河上游冰川覆盖面积较大，径流的主要补给来自冰川融雪水，对河流具有补偿作用，因此克孜河年际变化较为平稳，变差系数Cv值为0.16，年最大径流量26.90亿m3，最小径流量15.60亿m3，两者比值为1.70。本次采用卡拉贝利水文站1958—2019年年平均流量为69.99 m3/s，年径流量为22.09×108m3。

3.3 洪水

3.3.1 洪水类型及特征

克孜河的洪水主要有四种类型。

3.3.1.1 冰雪融水型洪水

该型洪水最常见，其与升温过程关系密切，多发生于7—9月份，其年最大洪峰、年际过程相对平缓，洪水历时较长，一般10—25 d，涨洪较平缓，峰型多为复式，洪水波沿程衰减率较小，衰减水平较其它三类洪水相比较低。如1979年6月，卡拉贝利站自6月4日开始起涨，29日洪水退去，总历时25 d，从起涨至峰顶530 m3/s，历时9 d，涨洪历时占总历时的30%，洪水历经十余波后逐级退去。

3.3.1.2 暴雨型洪水

当区域持续性降水雨强较大时，流域超渗产流形成暴雨洪水，多发生在7月下旬至8月中上旬，其特点是峰高量小，洪水过程单一，陡涨陡落，历时短。如1987年8月8日，中低山区24 h降水达约10 mm导致克孜河流量由177 m3/s突增至661 m3/s，起涨幅度近3倍，为当年最大洪峰流量，此次洪水历时5 h，其中涨洪历时2.80 h，洪量为0.49×108m3，仅占全年水量的2.00‰。

3.3.1.3 雨雪混合型洪水

多发生在5—8月，高区积温增加，促使冰雪融化水量增大，在中低山区遇降雨所形成的叠加型洪水，其特点是峰值不高，但量大历时长，通常在流量日变化过程线上叠置1～2个尖瘦洪峰。

3.3.1.4 “溃坝型”洪水

因独特地理条件，中低山区发生较大降水时，发生暴雨泥石流阻塞克孜河干流，形成临时水库，在一定的力学条件下溃泄，形成“溃坝型”洪水，其与下游的暴雨洪水叠加，危害极大。由于其成因复杂，因此洪水特征差异较大，通常呈现峰值增加、涨洪历时延长、洪水峰高量大等特点，从卡拉贝利站62 a实测资料看，“溃坝型”洪水与较大消融型洪水几无遭遇机率。

3.4 设计洪峰

共选取三个控制断面，各断面设计洪水成果根据参证站设计洪水成果沿程衰减得到，洪水沿程衰减率按1999年洪水调查分析结果推求，同时考虑卡拉贝利水库等已建水利工程对洪水的调节作用。

3.4.1 天然径流设计洪水

根据克孜河卡拉贝利站、卡浪沟吕克水文站实测结果，得到克孜河卡拉贝利水文站、卡浪沟吕克水文站和卡甫卡断面年最大设计洪峰统计参数成果，以卡甫卡断面为例，其年最大洪峰频率曲线如图1所示。

图1 卡甫卡断面年最大洪峰频率曲线图

3.4.2 工程调节后洪水

卡拉贝利水库是克孜河山区控制性水利枢纽工程，水库为大(2)型，总库容2.62亿m3，水库建成后，结合下游堤防可使下游防洪标准P=10%提高到P=2%，水库安全泄量为500 m3/s。卡拉贝利水库与卡甫卡断面之间有支流卡浪沟吕克河汇入，其洪水峰高但量很小，洪水调节时采用补偿调节方式，即水库遇下游防洪标准洪水即P=2%时，通过水库控泄方式，在考虑区间洪水的叠加影响后，要求在卡甫卡断面洪水不超过安全泄量1 035 m3/s。

汛期洪水组成挑选了1966、1974、1998、1999、2004年5个典型年，按照干流和卡甫卡同频、区间(卡浪沟吕克河)相应，区间和卡甫卡同频、干流相应两种组合，每种组合均计算卡甫卡断面按设计水平年安全泄量1 035 m3/s和现状安全泄量1 035 m3/s两种情况，计算结果如表1所示。

表1 克孜河调洪计算成果表

图3 A、B横断面变化示意图

3.5 设计洪水位

本次对20 km长的河段进行大断面测量，断面间距在1 km左右，实测河道大断面21个，各断面糙率采用0.03～0.04、平均比降采用0.40‰～0.70‰。采用单断面比降法计算各断面单断面水位流量关系，采用水面线法进行设计水位计算，两者互相验证，得到本河段设计洪水位结果。根据本河段防洪标准，P=10%设计洪水位成果如图2所示。

图2 克孜河平原区设计洪水位成果图

3.6 河床演变

3.6.1 局部深槽变化

以工程涉及某局部河段为例，对10 m深槽变化进行分析。从1965到2010年间深槽变化较为明显，1965年深槽位于河段中间，1970—1983年间深槽槽首冲刷槽尾淤积，槽首与上游深槽连为一体，深槽变宽的同时向河道左侧移动；1985—1996年此段发生严重淤积，深槽基本消失；而1996—2005年河道冲刷剧烈，出现较大面积的深槽，同时偏向河道左侧。2010年及此后河道深槽变化不明显。2017年及以后由于卡拉贝利水库修建，水库下游河道冲刷剧烈，各部分深槽延展为一体，宽度增加，在河道横向均匀分布。

3.6.2 横断面变化

以水库坝址下游河道为例，其1959—2010年两处横断面变化图如图3所示。

可知A断面深槽偏向右侧，右侧河道多年来无太大变化，断面左侧变化较为明显，1959—1998年左侧断面持续淤积，1998—2010年左侧断面冲淤交替总体变化不大，个别年份如1998年断面中部发生较明显淤积；B断面深槽位置左右侧交替，断面左侧从1959—1998年淤积严重，右侧在1981年冲刷下切剧烈；CS9断面深槽居中，从1959—1998年断面不断淤积加高，之后到2010年间断面冲淤交替变化，变化幅度不大。2010年及以后，各断面变化较小。

综合判断，1958—2015年克孜河干流断面以淤积为主，但部分年份部分河段冲淤变化较为明显。按沙量平衡法计算，全断面共淤积6.31亿m3，其中主槽淤积2.64亿m3，年平均淤积600万m3，占总淤积量的41.80%，按克孜河平原区全河段水面宽为100 m推算，主槽年平均淤积厚度为0.05 m。

由于卡拉贝利水库于2018年开始蓄水，近两年下泄洪水含沙量大大减少，坝下河道发生长距离的沿程冲刷，一段时间以内，下游河道均以冲刷为主，预计水库运用达30年后，冲刷量达到最大，开始少量回淤。从安全角度出发，在近期治理中，堤顶高程设计应当仍以现状河道的河床高程为准，同时节点与护岸工程应考虑上游来水来沙变化，适当加深基础埋深。

4 结语

文章选取卡拉贝利、卡浪沟吕克等水文站作为参证站，根据实测资料得出克孜河卡拉贝利、卡浪沟吕克和卡甫卡水文站共三个断面年最大洪峰频率曲线，结合卡拉贝利水库调洪成果，采用单断面比降法和水面线法对克孜河中下游平原区河段设计洪水分别进行了计算并相互验证。通过对克孜河平原区洪水进行研究，为克孜河中下游治理提供技术依据的同时，也对保障流域行洪安全提供了参考和验证。从克孜河中下游治理和运行情况来看，该分析和计算成果是合理的。