新疆阿图什布古孜河防洪堤工程河段设计洪峰流量计算

张 云

（新疆维吾尔自治区克孜勒苏水文勘测局,新疆 克孜勒苏柯尔克孜 845350）

城市防洪工程经常由于集水面积不大,没有流量观测记录或记录不足,无法计算设计洪水。基于此,根据“多种方法、综合分析、合理选定”的原则,水利工程通常采用综合单位线法、推理公式法、经验公式法、净雨过程等,计算洪峰流量和洪水过程线,其计算结果是河道整治、城市防洪等工程的决策依据,意义重大。本文围绕新疆阿什图布谷孜河防洪堤工程河段设计洪峰流量展开计算分析。

1 工程概况

布古孜河流域位于我国新疆塔里木盆地西部克州阿图什市境内,其北部与吉尔吉斯坦共和国交界,南与克孜河毗邻,东与哈拉峻盆地接壤,西邻恰克马克河。

阿图什市布古孜河防洪河段防洪堤工程位于克孜勒苏柯尔克孜自治州（以下简称克州）阿图什市阿湖乡、哈拉峻乡、吐古买提乡及乌恰县铁列克乡,防洪河段均为布古孜河支流,防洪工程河段左、右岸均为乡村或农田。阿图什市布古孜河防洪河段防洪堤工程分四个部分：乌恰县铁列克乡铁列克村防洪堤工程河段、阿图什市吐古买提乡结然布拉克村防洪堤工程河段、阿图什市阿湖乡防洪堤河段、阿图什市哈拉峻乡阿亚克苏洪村防洪堤河段。

2 防洪堤工程河段设计洪峰流量计算

为推求工程场址处的设计洪水,本次借用同一气候区内的邻近参证站的设计洪峰流量成果和最大一日降水量资料,分别采用地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法和面积比指数法、经验公式法,推算防洪工程河段设计洪峰流量。

①参证站

阿俄水文站测验断面以上河长105 km,集水面积为2112 km2；恰其嘎水文站,测站以上河长125 km,集水面积为378 8km2；卡浪沟吕克水文站,测站以上河长92 km,集水面积1954 km2；卡拉贝利水文站,测站以上河长213 km,集水面积为13700 km2。

②设计洪峰流量计算断面

乌恰县铁列克乡铁列克村防洪堤工程河段位于铁列克村上游跨河大桥至下游4.0 km处,其中,铁列克村防洪堤左岸防洪工程以跨河大桥下游约20 m为起点,防洪工程长度4.0 km,右岸防洪工程以跨河大桥下游约500 m处为起点,防洪工程长度2.5 km,设计洪峰流量计算断面选择在右岸防洪堤起点处,断面以上集水面积545.9 km2。

阿图什市吐古买提乡结然布拉克村防洪堤工程河段位于跨河大桥上游约0.5 km至下游约3.5 km处,设计防洪堤长度3.4 km,由于大桥上、下游修建防洪工程,对天然断面有所破坏,设计洪峰流量计算断面选择在大桥以下500 m处,断面以上集水面积784.7 km2。

阿图什市哈拉峻乡阿亚克苏洪村防洪堤河段位于跨河大桥上游1.0 km至下游公路桥处,设计防洪堤长度10 km（左岸5.0 km,右岸5.0 km,该河段两岸曾修建防洪堤,但目前均已被冲毁）,左岸与右岸起点基本一致,设计洪峰流量计算断面选择在本次防洪工程起点处,断面以上集水面积709.6 km2。

2.1 地区洪峰流量模比系数综合频率线法

选取处于同一气候区内的卡浪沟吕克水文站、恰其嘎水文站、阿俄水文站及卡拉贝利水文站作为本次计算的参证站,并根据上述参证站的实测年最大洪峰流量和历史调查洪水资料,采用地区洪峰流量综合频率曲线法[1]对调查断面的设计洪峰流量进行推求：

式中：Qp为设计洪峰流量,m3/s；Kp为设计洪峰流量的模比系数；Qd为调查历史洪水洪峰流量,铁列克村防洪堤309 m3/s,结然布拉克村防洪堤440 m3/s,阿亚克苏洪防洪堤372 m3/s；Kd为调查洪水洪峰流量的模比系数,重现期38 年相应的Kd=6.13。

根据参政站的历史调查洪水资料以及实测洪峰流量样本,编制项目地区洪峰流量模比系数综合频率曲线,见图1,并据此求得Kp值和布古孜河防洪工程河段处不同设计频率下的设计洪峰流量,见表1。

图1 地区洪峰流量模比系数综合频率曲线图

表1 地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法设计洪峰流量 成果表 单位：m3/s

2.2 面积比指数法

本文根据阿俄站的设计洪峰流量成果,采用面积比指数法[2]对防洪工程河段设计洪水进行估算,其计算公式为：

式中：QGp为工程节点断面处的设计洪峰流量,m3/s；MCp为参证站的设计洪峰流量,m3/s；根据相关计算,参证站设计洪峰流量见表2；fc、fg为参证站、工程节点断面处的集水面积,km2。

根据上式计算出的防洪河段洪水调查断面设计洪峰流量见表2。

表2 防洪工程河段洪水调查断面设计洪峰流量成果表单位：m3/s

2.3 经验公式法

参考希尧等“新疆小河流域洪峰流量均值计算经验模式探讨”一文对新疆天山南北坡、帕米尔高原、昆仑山北坡诸小河流域计算经验式：

式中：Qm为多年平均年最大洪峰流量, m3/s；F为控制断面以上集水面积, km2；C为河流参数,C=L/J；f为流域形状系数,f=F/L2；Pm1为流域多年平均最大一日降水量, mm。

防洪工程河段最大一日降水量,借用邻近流域阿俄水文站最大一日降水量资料,推求防洪堤工程河段处的多年平均年最大洪峰流量见表3中。

表3 防洪堤工程河段处多年平均年最大洪峰流量估算表单位：m3/s

由表3 中防洪堤工程河段多年平均洪峰流量,再借用阿俄水文站设计洪峰流量的CV和CS,查P-Ⅲ型曲线模比系数Kp值,从而推得防洪堤工程河段处不同保证率的设计年最大洪峰流量成果,见表4。

表4 防洪工程河段洪水调查断面设计洪峰流量成果表单位：m3/s

2.4 设计洪峰流量成果

（1）地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法：该方法简便易行、适用于无资料流域的洪峰流量计算,计算成果较可靠。

（2）面积比指数法:该法计算方便,但是工程场址与参证站流域面积相差悬殊,计算成果偏小,其设计洪水成果不利于工程安全。

（3）经验公式法：本次选用同一气候分区的相似流域参证站阿俄站的最大一日暴雨资料进行设计流域的设计洪水计算,资料系列可靠,具有较好的代表性,但该站已撤销近26 年,资料系列对计算成果有一定的影响。

经统筹考虑工程安全及工程成本合理,建议采用地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法计算成果,作为本次布古孜河防洪工程河段的设计依据,阿湖水库泄洪道防洪堤工程洪峰流量,直接采用调洪演算成果,见表5。

表5 布古孜河防洪工程河段洪峰流量表 单位：m3/s

3 结语

布古孜河防洪堤工程河段设计洪峰流量的计算充分利用了布古孜河阿俄水文站的水文、气象观测资料,按照相关规范技术要求,分别采用地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法与面积比指数法、经验公式法三种方法对其设计洪峰流量进行了计算。通过上文中的分析,认为地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法所得的计算成果较为可靠,且综合工程安全及工程成本,推荐本项目采用该方法的计算成果,作为阿图什市布古孜河防洪河段防洪堤工程的设计依据。