铁勒克厄肯河暴雨洪水类型特征及调查成果合理性探析

王振梁

(新疆阿克苏水文勘测局，新疆 阿克苏 843000)

1 铁勒克厄肯河流域水文站网布设及监测项目

铁勒克厄肯河上没有任何水文监测资料，铁勒克厄肯河作为卡普斯浪河卡木鲁克水文站上游支流，为了满足本次分析计算所需，现选择自然地理概况相似，气候条件相近河流卡普斯浪河卡木鲁克水文站为参证站，其资料系列截止2018年。

卡木鲁克水文站设立于1956年10月，该站位于新疆维吾尔自治区拜城县团结乡卡木鲁克村，是卡普斯浪河水量、水质控制站，地理位置：东经81°34′，北纬41°51′，测站以上集水面积1 834 km2，控制河段以上河长65 km，水文站以下27 km，河流与木扎提河汇合，河流全长92 km。该站主要观测项目有：水位、流量、泥沙、降水、蒸发、气温、水温、水质等,测验项目均按照相关技术规范执行。水文资料完整，系列长，资料具有一定的代表性，并且水文资料严格执行《水文测验试行规范》及部颁《水文年鉴编印规范》(SL-460-2009)，技术方法正确，基础资料可靠(见表1)。

表1 卡木鲁克站资料概况一览表

2 铁勒克厄肯河暴雨洪水类型及时空分布特征

铁勒克厄肯河是卡普斯浪河的支流，是一条季节性河流，整个流域位于拜城盆地老虎台洼地北部，地势北高南低, 西高东低，洪水调查断面位于拜城县铁热克镇铁热克村，断面左岸是铅丝石笼人工护岸。右岸是岩石山脉，河床由砂砾石组成的。

流域内岩砾裸露，无植被。铁勒克厄肯河每年7月初至8月中旬逢大暴雨时，必成暴雨洪水，洪水汇集后汇入卡普斯浪河。铁勒克厄肯河是一条山溪性河流，该河主要以暴雨洪水、地下水为补给源,季节积雪在夏季6-8月中消融补给河流。洪水类型为暴雨型、融雪型、融雪和暴雨混合型。

2.1 暴雨洪水类型特征

2.1.1 暴雨洪水

铁勒克厄肯河作为卡普斯浪河的支流，位于天山山区暴雨带的中心位置，新疆的暴雨路径角度进行分析，不管暴雨从天山弧形路径或者天山东移路径来看，都必然要经过这个流域，而卡木斯浪河则位于这个移动路径的迎风面，正因为如此，所有流域经常有大暴雨发生，进而引起洪水。该流域的暴雨洪水具有突发性较强、陡涨陡落和峰高量小的特点，暴雨洪水历时较短，没有明显日变化。暴雨洪水历时最长可达约72 h左右，最短大约持续约10 h左右，一般大多数情况下持续时间在24 h左右，洪水过程的变化特点则呈近似尖瘦的等腰三角形形态，且不同时刻的洪水洪量差异悬殊。卡木鲁克站典型暴雨洪水过程见图1。

图1 卡木鲁克站1982年暴雨洪水过程线

2.1.2 冰雪消融洪水

由于卡普斯浪河位于天山南坡，径流形成区的平均海拔高程较低，大规模冰川、积雪发育条件不充分，所以消融洪水的规模不是很大，峰值最大不会超过350 m3/s。主要为季节性冰雪消融洪水，洪水变化过程呈现出明显的日变化特点，与温度上升变化规律比较一致。冰雪消融洪水具有起涨平缓、峰值不高和洪量较大的特点。洪水变化过程属于复峰型，峰值区持续时间较长、呈现出“一日一峰一谷”的明显特征。图2所示即为较典型的消融洪水过程。

图2 卡木鲁克站1961年消融洪水过程线

2.1.3 混合型洪水

暴雨洪水和冰雪消融洪水两类洪水过程叠加形成称之为混合洪水。根据叠加的方式不同，又分为两种情况：(1)暴雨洪水与冰雪消融洪水涨峰过程叠加；(2)暴雨洪水与冰雪消融洪水落水过程叠加。混合型洪水一般大多发生在有冰川和永久性积雪来源的河流上，铁勒克厄肯河流域一般大多发生在每年的6-8月。其洪水特征呈现出明显的日变化特点，洪水发生前，会有数日高温天气，导致出现冰雪消融洪水，如果再加之后期突遇降水天气，两者叠加最终形成较大洪峰。混合型洪水具有起涨速度快、洪峰高、流速急、洪量大的基本特点，一般持续时间长，会附带产生很多漂浮物，图3所示即为较典型的混合型洪水。

图3 卡木鲁克站1999年混合型洪水过程线

2.2 洪水时空分布

卡木斯浪河流域的洪水比较集中，主要岀现在5-9月份，从1957-2018年洪水资料看，年最大洪峰流量90%以上出现在6-8月，7月份出现的频次最多，可占到50%,其次是8月份，占到27.42%。卡木鲁克水文站年最大洪水各月出现频次见表2。

表2 年最大洪水各月出现频次

从洪水发生区域分析，洪水主要发生在中低山区。高山区地形陡峻，因地势高，发生融雪洪水。中低山区是暴雨多发区，该区山体破碎，地表覆盖有大量松 散沉积物，植被稀少，一遇暴雨，便有洪水发生，还可能发生暴雨泥石流。

3 洪水调查及计算方法

3.1 历史洪水调查过程分析

3.1.1 调查组织及实施情况

2019年12月7日，阿克苏水文局分别组织技术人员对铁勒克厄肯河历史洪水进行调查。本次洪水调查分别对铁热克镇铁热克村村民做了洪水调查情况访问。洪水调查访问及河段情况见图4。

(a)断面左岸 (b)断面右岸

3.1.2 调查访问情况

调查采用现场描述及查看洪水情况进行访问了解，知情人对这次洪水的情况描述见表3。

表3 2019年洪水调查访问

3.1.3 洪水调查位置及断面概况

铁勒克厄肯河调查点位于拜城县铁热克镇铁热克村,地理位置位于东经81°31′22.59″，北纬41°59′26.98″。洪水调查小组在铁热克镇铁热克村铁勒克厄肯河段选取较顺直的断面进行洪水调查，调查组全程跟随熟悉情况的当地村民，仔细辨认了当地的洪水痕迹，对历史洪水发生时调查点的雨情、水情进行访问和详细调查，并对三处调查断面进行了测量。最终选择在横比降较小、河道顺直的河段，大断面测量取上、中、下三个断面。采用假定基面，采用四等水准测量进行了准确测量。洪水调查断面大断面图见图5～图7。

图5 铁勒克厄肯河上断面图

图6 铁勒克厄肯河中断面图

图7 铁勒克厄肯河下断面图

3.1.4 造率的选用

糙率n是反映河道边界和水流对阻力影响的综合参数，影响n值的因素很多，确定n值主要依靠经验的积累和实验。实际工程计算中，正确选择n值对进行可靠的设计计算十分重要。

近年来水文分析计算中糙率系数多采用三断面约束条件下的糙率试算来确定糙率n值，本次洪水计算采用三断面约束条件下的糙率试算来确定糙率n值。

在调查河段利用曼宁公式分别计算三个断面的洪峰流量，糙率通过洪水调查时假定流量推算及根据调查河段河床情况估算，曼宁公式如下：

(1)

式中：Q为洪峰流量(m3/s)；n为糙率；R为水力半径(m)；S为水面比降(10-4)；A为过水断面面积(m2)。

根据调查河段河床情况，河段顺直，河床主要由卵石组成，河槽两岸植被情况较好，大部分水力要素由实地勘测成果确定，为了减少糙率(n)选择的任意性，利用上、中、下三断面水文要素推求各断面河床糙率的关系式。为满足关系式的要求，在野外调查时尽可能在调查河段上选择3处以上的横断面进行大断面测量，以此来增加糙率选择的约束条件。

各调查河段自上游向下游布设A、B、C三个调查断面，推求各断面河床糙率的关系式如下：

(2)

(3)

式中：nA、nB、nC分别为A、B、C断面河床糙率；iAB、iBC、iAC分别为各断面间水面比降；RA、RB、RC分别为各断面水力半径(m)；FA、FB、FC分别为各断面面积(m2)。

对任意给定断面糙率nA，可由式(2)、(3)确定B、C断面河床糙率。通过试算使任意两断面为控制计算的河段洪峰流量近似相等，即QAB≈QBC≈QAC，相应的一组糙率值经分析基本合理，即为所求，该组糙率值所确定的洪峰流量。

3.2 本次洪水调查计算方法

调查河段洪峰流量采用三断面约束法计算，此法要求调查断面顺直，河段内各断面的组成基本一致，河段内有多处洪痕点，且分布均匀。计算公式(4)～(6)如下：最终计算成果详见表4和表5所示。

表4 铁勒克厄肯河洪水调查计算成果表

(4)

(5)

(6)

式中：QA、QB、QC分别为洪痕上、中、下断面历史洪水洪峰流量；AA、AB、AC分别为洪痕上、中、下断面有效过水断面面积；RA、RB、RC分别为洪痕上、中、下断水力半径；nA、nB、nC分别为洪痕上、中、下断河床糙率；IA、IB、IC分别为洪痕上、中、下断水面比降；

4 洪水调查成果合理性分析

(1)通过对河流沿线历史洪水发生情况进行访问调查，选择在铁勒克厄肯河调查河段的上下游分别布设了上、中、下调查断面。

(2)为保证洪水调查成果的真实性、合理性和准确性，在调查断面的上下游布设了3～4个洪痕位置，以利于对调查河段的洪水水面比降进行计算确定。同时，也对调查河段上下断面河道中的水面比降进行了实地测量，最后对计算值和测量值进行比对验证，可以发现其基本一致。

(3)在采用曼宁公式法进行洪水流量的计算过程中，糙率的选用对计算成果影响很大。糙率属于一个综合指数，受河床质的组成、岸坡、断面形状、水流形态等诸多因素的影响。在计算时，要综合利用上、下两断面各个水文要素，对各个断面的糙率进行试算推求，同时要严格糙率选用的约束条件，保证糙率的选用成果达到合理的水平。

(4)通过对洪水调查成果的合理性进行评价分析可知，断面选择合理，调查数据采用水文四等测量，测量成果较可靠，选用的糙率、水面比降等基础参数基本合理，将此次洪水调查资料确定为较可靠。

5 结语

综上所述，洪水类型为暴雨型、融雪型、融雪和暴雨混合型。由于铁勒克厄肯河无实测水文资料,在进行分析过程中，选择自然地理概况相似，气候条件相近的卡普斯浪河上的卡木鲁克水文站为参证站来进行洪水特征分析和调查比较合理，也符合相关规范要求，洪水调查资料及成果比较可靠，基本掌握了铁勒克厄肯河洪水发生的一般规律。