新疆金沟河木华里渠首设计洪峰流量计算分析

付叶卿

（新疆石河子水文勘测局，新疆 石河子 832000）

金沟河流域内存在水资源配置不合理、地表水与地下水缺乏统一开发、统一调度等问题，加之农牧业结构不合理、灌溉方式落后、节水意识淡薄，使得当前灌区的生态环境急速恶化，特别是水环境，例如河道开始断流，土壤逐渐沙化，其盐渍化面积也变得愈来愈大等，都对本流域经济和社会的可持续发展造成了严重的影响，远远不能满足新市场的经济发展需要。为了降低以上问题的不良影响，需对流域内的相关水利工程进行改造设计。对此，本文针对金沟河木华里渠首设计洪峰流量进行计算分析。

1 工程区概况

金沟河流域位于新疆沙湾县境内准噶尔盆地南边，维吾尔自治区中西部，东西分别界临宁家河与八音沟河，南北界临天山分水岭与西岸大渠。整个流域全长120 km，河床比降在5‰～33‰之间。据统计，流域内多年平均径流量为3.49 亿m3，变差系数0.13，平均流量为11.0 m3/s，其中最大流量与最小流量分别为35.0 m3/s、1.19 m3/s。金沟河流域局部天气和地形特征使得流域内暴雨灾害频发，逢夏季高温时，可能会出现较大的暴雨融雪混合型洪水。流域自南向北，年降雨量逐渐减少，水面蒸发量逐渐增大。

木华里引水枢纽工程位于喀什地区英吉沙县艾古斯乡境内的库山河出山口处，距英吉沙县城40 km，距喀什市110 km，集水面积2535 km2。工程场址处无水文站点，本次分析计算选用沙曼站的水文资料。

2 工程场址处历史洪水情况及成因

2.1 历史洪水

过实地调查和洪痕查证，调查到5 次历史洪水，根据《喀什地区水文手册》摘录情况见表1。

表1 库山河历史洪水调查表

由表1 可知，1958年4月调查到1942年在沙曼水文站发生746 m3/s 的洪峰流量，同时调查到1882年在沙曼村发生720 m3/s 的洪峰流量，但是缺少历史洪水的调查访问情况，其历史洪水调查考证期不易确定，并且两次历史洪水的调查成果定为参考级。

沙曼水文站自1957年以来，已有51年较长的洪水系列，其中1999年8月2 日发生了689 m3/s 雨、雪混合型洪水，1942年、1882年与1999年的洪水是同一量级的，实测系列长度已经符合规范要求，因此，在应用频率分析法计算设计洪水时，以实测洪水系列进行设计洪水的分析计算。

2.2 洪水成因分析

影响洪水的因素是众多的，且各因素对洪水的影响程度在不同场次洪水中又是错综复杂的，这在内陆干旱地区表现尤为突出［1]。除了流域特征（流域集水面积、流域形状、坡度、河网密度、土壤、植被、地质条件等）和河槽特性（河槽断面状况、坡降、糙率等）外，库山河的洪水成因主要是冰川融水［2]和汛期的暴雨。

据沙曼站1957年～2008年实测洪水资料统计，58年间历年年最大洪峰流量为融雪（水）型洪水的有28 次，占54.9%，其次为混合型洪水，暴雨型洪水排在第三位，1999年发生的洪水为混合型洪水，最大洪峰流量为689 m3/s。

3 工程场址设计洪峰流量推求

针对工程区没有洪水资料的情况，本文以沙曼站为参证站，选用洪峰模数法与地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法对工程场址的设计洪峰流量进行推求。

3.1 参证站设计洪峰流量计算

沙曼水文站自1958年至今已有52年实测洪水资料，并有1999年的特大洪水在实测系列之内，经分析：1999年洪水为1957年有实测资料系列以来的特大洪水，以此作控制，按连续系列进行计算。经P-Ⅲ型曲线适线后选用参数：计算结果见表2 及图1。

表2 沙曼站连续系列洪峰流量频率计算成果表 单位：m3/s

图1 沙曼站实测系列洪峰流量频率曲线

3.2 工程场址处洪峰流量计算

3.2.1 洪峰模数法

洪峰模数法，即在计算中直接采用与研究区域条件类似的流域的参数进行设计洪峰流量的推算［3-5]。

沙曼水文站与工程场址之间的距离为27.5 km，集水面积较工程场址增加了366 km2（用1∶25 万电子地图量算）。丘陵山区、十几条山洪沟，有较好的产洪能力，可以用洪峰模数法来估算。

本次选用沙曼站的设计洪峰流量频率（表2）估算木华里渠首设计洪峰流量：

式中：Qp为工程场址的设计洪峰流量，m3/s；Mcp为参证站（沙曼站）的设计洪峰流量模数，m3/（s·km2）；F为工程场址断面以上集水面积，km2。

设计洪峰流量计算成果见表3。

表3 工程场址设计洪峰流量成果表 单位：m3/s

3.2.2 地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法

采用地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法［3-5]推求工程场址设计洪峰流量中，选用沙曼水文站实测最大洪峰流量系列资料，计算各选用站洪峰流量频率，然后将各种频率的流量换算为模比系数（Qi/），点在同一机率格纸图上，并且重点考虑沙曼站的点据，配一条模比系数综合频率曲线，见图2，在曲线上查出调查洪水模比系数KJ，设计频率模比系数KP，和调查洪峰流量QJ，代入公式：

式中：QP、QJ为设计、调查洪峰流量，750 m3/s；KP、KJ为设计、调查洪峰流量的模比系数。

表4 工程场址地区综合法设计洪峰流量计算成果表

图2 地区洪峰流量模比系数综合频率曲线

3.3 设计洪峰流量成果综合评定

以上两种方法计算工程场址设计洪峰流量成果见表5。

表5 各种方法计算工程场址设计洪峰流量成果表 单位：m3/s

①洪峰模数法：由于参证站与工程场址地处于同一河流的上下游，集水面积相差17%，其下垫面和洪水的形成具有相似性，故直接移用参证站洪峰相同频率的洪峰模数估算的设计洪水，该法计算方便，所以其设计洪水成果存在较好的合理性。

②地区综合频率曲线法：选用3 个上下游和邻近河流水文站作参证站，选用参证站资料系列较长，基本可以综合的反映出该地区洪峰流量情况，采用的工程场址历史洪水调查成果较可靠。

由表5 可知，两种方法设计成果比较接近，所选参政站洪水主要是以暴雨和冰雪消融型洪水形成，而工程场址所在库山河上游洪水类型主要是冰雪消融型洪水或暴雨型洪水，所以两种方法设计成果是比较合理的。本次计算推荐洪峰模数法计算成果，作为本次工程场址设计依据。

4 结语

在本次分析计算中，由于工程场址处无实测水文资料，项目组充分利用了本流域及相邻流域可搜集到的实测水文资料和研究成果（沙曼站资料系列），使用的计算分析方法合理、可靠，并严格执行设计洪水计算的有关技术规范，推算出了工程场址的设计洪水等水文依据。从而保证了计算成果的准确性。但是由于区间洪水无实测资料，故推求的工程场址设计洪峰流量成果存在较大的不确定性。为了工程运行管理的分析研究，建议尽快设立专用水文站，进行资料收集。