大西海子水库洪水计算分析

郭 峰

(塔里木河流域管理局，新疆 库尔勒 841000)

1 工程概况

大西海子水库位于新疆巴音郭楞蒙古自治州尉犁县境内的塔里木河下游、塔克拉玛干沙漠腹地，坝址距离库尔勒市210 km距塔里木河终点台特玛湖318 km。大西海子水库最开始设计的总库容为168 000 000 m3，功能多样，包括农业灌溉、防洪、生态供水以及养殖等，可以进行全方位的综合利用。工程在一九五八年开始建设，并于一九七二年建成后投入使用。水库由一库和二库组成，一库位于上游，二库位于下游，两库紧邻，由二库进水闸(即一库泄洪闸)相连，梯次拦截塔里木河水。

工程等级类为2等，主要水利工程建筑物级别为2级。大西海子水库工程对于确保塔里木河下游末端生态供水调度稳定性、恢复塔里木河下游生态环境、遏止下游地区沙漠化持续蔓延都具有十分关键的意义。

2 洪水基本情况

2.1 洪水特征

塔里木河干流本身不产流，干流发生的洪水主要是由源流阿克苏河、和田河、叶尔羌河产生的消融洪水和山区暴雨汇集到塔里木河后形成，其汇集方式不同，产生的洪水量级也不同。造成塔里木河洪水的原因主要分为暴雨型、融雪型和混合型，主要来源于阿克河，爆发时间集中在在七月、八月和九月，具有洪峰流量大，洪峰频数多，延续时间长等特点。

2.2 洪水成因及来源

春季三源流山区积雪融化及夏季暴雨是造成塔里木河干流洪水的主要原因。从洪水成因来看，塔里木盆地夏季常处于高压天气系统控制之下，夏季山区暴雨主要是受西太平洋副热带高压西伸北抬的影响，同时与西伯里亚到巴尔喀什湖一带较强的冷空气南下相遇，从而形成山区暴雨洪水。另一方面，由于流域受高压脊线的控制，使得夏季气温升高，如遇气温升幅大、高温持续时间长的气候条件，就会加快和催化源流积雪与冰川的消融，从而形成各河流的冰雪消融型洪水，这是塔里木河流域最常见的一种洪水类型。当暴雨洪水与冰雪消融型洪水同时发生，即混合型洪水，各河流就可能发生大洪水，从而组成塔里木河干流的大洪水。暴雨洪水特性主要与天气系统的维持、水汽条件及时空分布有关，天山南坡发生暴雨洪水相对较多，昆仑山中低山带亦有出现。混合型洪水虽然水量小，影响时间短，但洪峰高，具有突发性，所以，容易对塔里木河源流造成极大破坏，但对干流影响较小。冰雪融水产生的洪水特性主要决定于产流区冰川、积雪的规模(面积、储量)、热力条件(高空气温的升幅、积温和持续时间)和各源流发生洪水的时空分布情况。塔里木河源流的高山区包括著名的乔戈里峰、托木尔峰和汗腾格里峰等。由于高海拔，这些山峰和周边高山区域内冰川广布，常年积雪，而冰雪对热量的影响十分敏感，所以河流水量与温度的变化息息相关。另一方面，夏季的塔里木盆地天气晴朗，光热充足，常能提供冰雪融水的热量条件，盛夏气温持续升高，将会导致流域发生冰雪消融型洪水，特别是昆仑山北坡的河流，气温是影响洪水的首要因素。

2.3 洪水峰态分布时间

塔里木河的洪水主要发生在夏季，由于气温的回升和夏季天气系统的变化，源流山区局地暴雨时有发生，而各源流的冰雪融水时间常具有同步性，但因河流长短不一，洪水汇入塔里木河干流的时间不尽一致。采用以阿拉尔水文站为代表，分析塔里木河干流洪水的发生频次的统计方法相似性最大。

阿拉尔水文站1957-2016年60 a实测洪峰流量统计资料可以看出，阿拉尔的年最大洪水发生在7-9月，7月发生16次、占27.1%，8月发生39次、占66.1%，9月发生2次、占6.8%。据此推断，年最大洪水多发于八月。

阿拉尔水文站的研究资料显示，该流段的洪水过程线呈单峰型或连续多峰型。单峰型洪水过程线洪峰高、洪水量大，形成原因是遭遇某一条源流或三源流洪水，对塔里木河干流威胁严重；连续多峰型洪水线形状矮胖，洪峰一般不高，但洪量较大，历时较长，是因为发生了三源流交替洪水而形成的，沿程削减不多，对塔里木河干流的破坏性较小。

2.4 主要洪区

塔里木河干流的洪水主要来源于阿克苏河，其次是和田河，最后是叶尔羌河。从阿拉尔水文站洪水遭遇情况来看，三源流洪水传播到干流时，阿拉尔断面一般不相遇，主要原因是各源流流域范围大、河道长度不同，流域的生产、汇集水流的条件也不同，所以，洪水汇入塔里木河干流的时间是不尽一致的，这就解释了阿拉尔断面年内洪峰多次发生的原因。

3 三性分析

3.1 可靠性分析

本次设计洪水计算的主要断面包括塔里木河干流的阿拉尔、英巴扎及恰拉水文站。阿拉尔水文站测验比较正规，属国家基本水文站，经新疆水文水资源局整编审查刊印后，资料精度相对较高，基本满足频率洪水分析的可靠性要求；英巴扎水文站实测资料年限相对较短，但该站为塔里木河流域管理局委托新疆水文局进行测验，均为专业人员实施观测，最终资料经新疆水文水资源局进行整编、审查，其测验精度可满足本次设计洪水计算要求。根据塔里木河干流洪水的成因和特性，虽然上游源流水利水电工程较多，但是考虑到干流距各源流出山口距离较远，并且该地区地广人稀，英巴扎水文站洪水期受河道状况和人类活动影响相对较小，基本满足设计洪水规范对资料系列一致性的要求。

3.2 一致性分析

塔里木河干流本身不产洪，干流洪水全部来自上游源流补给，从这层意义上说，塔里木河干流起点肖峡克至尾闾均呈现单纯的洪水衰减散失状态，多年来，其洪水的一致性远远超出塔里木河干流自身原因，本报告参考《塔里木河干流近期治理输水堤防及河道整治工程可行性研究》、《塔里木河干流工程与非工程措施五年实施方案》，认为塔里木河干流各参证站洪水资料是相对一致的。

3.3 代表性分析

3.3.1 长短系列统计参数

本次计算选取了阿拉尔水文站实测洪量流量进行分析。选取参证站不同长度时段的短系列采用矩法计算洪峰系列统计参数并与1957-2016年六十年长系列作比较，可以看出，洪峰流量二十年以上均值相对偏差小于百分之三，五十年以上均值相对偏差小于百分之二；洪峰流量系列Cv值超过五十年的相对偏差小于百分之五。

3.3.2 模比系数差积曲线分析

阿拉尔水文站年洪峰流量观测中，大体是一个完整的过程，包含了大洪水年群和小洪水年群，说明阿拉尔水文站的年洪峰流量观测数值具有了较好的代表性。

3.3.3 模比系数累积曲线分析

从2016年向前分析，大约在系列长度达到30年以上时，曲线开始在平均值附近波动，说明系列在此长度已具有一定程度的相对代表性。而当系列长度达到四十年以上时，累积曲线已稳定趋近于1，说明当系列长度达到四十年时，系列具有相对较好的代表性。

4 设计洪水合理性分析

本次计算以英巴扎水文站作为塔里木河干流中下游控制断面，英巴扎水文站有1983-1984、1992-2016年26年实测洪水资料，通过与上游阿拉尔水文站进行相关分析，两站相关系数达到0.85以上，以此插补英巴扎水文站1985-1991年7年洪水资料。本次插补延长计算方法符合相关规范要求，插补结果是合理的。本次塔里木河大西海子水库入库设计洪峰流量的推求，充分利用现有实测资料进行分析，并考虑了塔里木河干流治理措施(修建堤防、生态闸(堰))实施后的治理效果，采用洪水衰减方法推求下游大西海子水库入库设计洪水。从洪水衰减率的分析可知，塔里木河英巴扎水文站以下河段河道综合衰减率是根据实测资料进行分析率定，并考虑了治理措施实施完成前后的各种影响因素。一方面，要尽可能的选择与设计洪峰流量接近的实测洪水削峰率作为参照；另一方面，充分利用已有实测资料进行分析，并考虑主槽过流能力的恢复对河段削峰率变化(将使河段削峰率减小)的影响，综合选取相对较小、且基本合理的削峰率进行设计洪水推算。本次洪水分析对恰拉水文站不同频率设计洪水进行了分析计算，恰拉水文站是塔里木河下游控制断面，该站于1956年10月设立，1961年1月1日撤销，1965年改为流量专用站后恢复观测至今，已有56 a实测资料。根据阿拉尔站实测洪水资料，历史最大洪水洪峰流量出现在2017年，实测洪峰流量为198 m3/s，历史洪水重现期为56 a一遇，与本次恰拉水文站设计洪水50 a一遇的206 m3/s较为接近且是偏安全的。综上所述，本次推求大西海子水库入库设计洪水计算方法及成果是基本合理且安全的。

5 结语

塔里木河干流本身不产流，干流发生的洪水主要是由源流阿克苏河、和田河、叶尔羌河产生的消融洪水和山区暴雨汇集到塔里木河后形成，其汇集方式不同，产生的洪水量级也不同。根据气象成因，干流洪水主要分为暴雨型、融雪型和混合型，塔里木河干流的洪水主要由阿克苏河组成。塔里木河的洪水发生在7-9月，其特点是洪峰流量大，历时长，洪量大，且年内有多次洪峰。大西海子水库设计洪峰本次计算以塔里木河干流中游控制站英巴扎水文站为控制断面。