开都河宝浪苏木分水枢纽处洪水分析

2023-10-12汪洋

海河水利 2023年9期

汪洋

（新疆维吾尔自治区巴音郭楞水文勘测局，新疆库尔勒 841000）

开都河宝浪苏木分水枢纽工程位于巴音郭楞蒙古自治州博湖县境内[1]，经过多年运行，病险问题较多，需进行除险加固，这就需对工程处的设计洪水进行分析计算。

1 概况

开都河是以冰雪融水补给为主流向博斯腾湖的一条内陆河，全长560 km[2]，流域多年平均降水量74.6 mm。气温、降雨是开都河洪水形成的主要因素，按照形成原因分融雪型洪水、暴雨型洪水、雨雪混合型洪水和冰凌型洪水[3]。开都河干流上有巴音布鲁克水文站（集水面积6 833 km2）、察汗乌苏电站水库（大山口水文站以上28.7 km、察汗乌苏河入河口以上0.6 km 处[4]）、柳树沟电站（大山口水文站以上11.5 km、柳树沟入河口以下1.5 km 处）、大山口水文站（集水面积18 827 km2）、小山口电站（大山口水文站以下7.8 km）、焉耆水文站（大山口水文站以下105 km、集水面积22 516 km2），支流黄水沟设有黄水沟水文站。宝浪苏木水文站位于宝浪苏木分水闸下游0.3 km 处，支流乌拉斯台河上有乌拉斯台水文站。

2 设计洪水计算方法

开都河察汗乌苏、柳树沟和小山口电站水库为开都河汛期防洪调节的水利工程，大山口水电站负责本厂水工建筑安全度汛，因此宝浪苏木分水枢纽设计工况条件下的设计洪水计算方法如下。

先进行察汗乌苏、柳树沟和小山口电站水库的设计调洪演算；利用大山口水文站至焉耆水文站洪峰衰减率，将小山口电站设计最大洪峰计算至下游25 km 的开都河第一分水枢纽，在减去第一分水枢纽南北两岸干渠的分洪水量后，将设计最大洪峰流量再计算至下游22 km 的黄水沟支流入河口处；考虑黄水沟仅西支水量流入开都河，将黄水沟水文站设计最大洪峰流量利用该水文站下游河道洪峰衰减率，按黄水沟东西支河道的分洪比例计算西支河道入河口的设计最大洪峰流量；根据乌拉斯台水文站的设计最大洪峰流量，分析乌拉斯台河入河口的设计最大洪峰流量；将上述3 处设计最大洪峰流量叠加后，再根据洪峰衰减率，推算出宝浪苏木分水枢纽处洪峰流量。

3 枢纽处设计洪水计算

3.1 大山口水文站设计洪水

根据大山口水文站1955—2021 年的实测年最大洪峰流量系列和最大1、3、7 d 洪量资料，运用矩法对系列统计参数进行估算，选配型频率曲线，利用适线法[5]，计算大山口水文站设计洪水。

3.2 区间设计洪水

察汗乌苏电站和柳树沟电站之间，有察汗乌苏河和柳树沟2 条较大支流汇入；柳树沟电站至大山口水文站之间还有几条较小的山洪沟汇入。在进行察汗乌苏电站洪水调节计算时，需要根据大山口水文站的设计洪水，推求出察汗乌苏电站的设计入库洪水。与察汗乌苏河和柳树沟的设计洪水叠加后，就是柳树沟电站的设计入库洪水。与柳树沟电站到大山口水文站之间几条较小的山洪沟设计洪水叠加后，就是小山口电站的设计入库洪水。

开都河大山口水文站上游有巴音布鲁克水文站，两站之间的中游峡谷河段是开都河的主要产洪区。将大山口水文站以上的开都河流域面积18 827 km2，分割为巴音布鲁克水文站以上的流域面积6 833 km2和巴音布鲁克水文站至大山口水文站之间的流域面积11 994 km2。察汗乌苏电站以上流域分布在分割的2 块区域内，利用察汗乌苏电站以上流域分别占分割区域的面积比值系数和巴音布鲁克水文站、大山口水文站实测洪水资料，计算得察汗乌苏电站洪水占大山口水文站实测洪水的比值。柳树沟电站上游的察汗乌苏河和柳树沟、柳树沟电站下游至大山口水文站的山洪沟分布在巴音布鲁克水文站至大山口水文站之间的流域区，利用察汗乌苏电站至柳树沟电站之间的流域面积和柳树沟电站到大山口水文站之间的流域面积占巴音布鲁克水文站至大山口水文站之间流域面积的比值系数和巴音布鲁克水文站、大山口水文站实测洪水资料，计算得察汗乌苏电站水库大坝至柳树沟电站水库大坝之间的（察汗乌苏河和柳树沟）洪水和柳树沟电站到大山口水文站之间的山洪沟洪水占大山口水文站实测洪水的比值，结果详见表1。

根据大山口水文站设计最大洪峰流量和最大1、3、7 d设计洪量成果，采用区间最大洪峰流量和最大1、3、7 d 洪量占大山口水文站最大洪峰流量和最大1、3、7 d洪量的比值，计算出察汗乌苏电站水库坝址、察汗乌苏电站水库坝址至柳树沟电站水库坝址之间和柳树沟电站水库坝址至大山口水文站之间区域的设计洪水成果，详见表2—3。

表2 大山口水文站、察汗乌苏电站水库坝址设计洪水计算成果

表3 区间设计洪水计算成果

3.3 电站调洪演算

3.3.1 察汗乌苏电站水库

察汗乌苏电站水库从水库汛限水位1 640 m、电站满载发电流量258 m3∕s 的运行情况，开始进行水库设计洪水调洪演算。利用察汗乌苏电站水库设计入库洪水过程线、库容、泄洪曲线等参数，进行水库不同设计频率洪水的调洪演算，设计出库洪峰流量详见表4。

表4 各断面洪峰流量计算成果m3∕s

3.3.2 柳树沟电站水库

根据察汗乌苏电站水库设计出库洪水过程线，按遭遇型叠加洪水的情况考虑，将察汗乌苏电站水库设计出库洪水过程与区间支沟设计洪水过程按时间对应叠加，得到柳树沟电站水库设计入库洪水过程线。柳树沟电站水库从水库汛限水位1 494.5 m、电站满载发电流量243 m3∕s 的运行情况，开始进行水库设计洪水调洪演算。利用柳树沟电站水库的入库洪水过程、库容、泄洪曲线等参数，进行水库不同设计频率洪水的调洪演算，设计出库洪峰流量详见表4。

3.3.3 小山口电站水库

同柳树沟电站水库调洪演算方法，根据柳树沟电站水库设计出库洪水过程线，按遭遇型叠加洪水的情况考虑，将柳树沟电站水库设计出库洪水过程与区间支沟设计洪水过程按时间对应叠加，得到小山口电站水库设计入库洪水过程线。小山口电站水库从水库汛限水位1 314.5 m、电站满载发电流量198 m3∕s 的运行情况，开始进行水库设计洪水调洪演算。利用小山口电站水库的入库洪水过程、库容、泄洪曲线等参数，进行水库不同设计频率洪水的调洪演算，设计出库洪峰流量详见表4。

3.3.4 入河口处开都河断面的设计最大洪峰流量

利用大山口水文站至焉耆水文站洪峰衰减率0.174 6%，将小山口电站水库出库后的设计最大洪峰流量计算至下游17 km 处开都河第一分水枢纽，减去第一分水枢纽的分洪流量（大于800 m3∕s 的设计最大洪峰流量减去防洪预案中规定的60 m3∕s 分洪任务、小于800 m3∕s的设计最大洪峰流量减去该河段6—7 月的多年平均引水流量37.2 m3∕s），再流经22 km 后到达乌拉斯台河和黄水沟西支入河口处。计算结果，详见表4。

3.4 黄水沟西支入河口处的设计最大洪峰流量

黄水沟水文站下游的毛拉提干渠和团结渠引水闸，遇洪水关闸不引水，不承担防洪分洪任务。根据黄水沟水文站的设计最大洪峰流量成果，采用黄水沟水文站下游河段的平均每公里洪峰衰减率和沿程损失计算河段长以及黄水沟西支河道分水比，将黄水沟水文站的设计最大洪峰流量成果计算至入河口处开都河断面，结果详见表5。

表5 开都河在乌拉斯台河和黄水沟西支入河口处设计最大洪峰流量计算成果m3∕s

3.5 乌拉斯台河入河口处的设计最大洪峰流量

本次分析计算时，乌拉斯台水文站以下河道的水量沿程损失忽略不计。因此，乌拉斯台河入河口处的设计最大洪峰流量就是采用乌拉斯台水文站的设计成果，乌拉斯台水文站多年平均最大洪峰流量为41.8 m3∕s。直接利用大山口水文站的洪峰流量统计参数Cv（0.62）和Cs（3.1）以及乌拉斯台河水文站多年平均年最大洪峰流量41.8 m3∕s，求得乌拉斯台河水文站不同频率设计年最大洪峰流量成果，详见表5。

3.6 设计工况下开都河在支流入河口处的设计最大洪峰流量

将设计工况下入河口处开都河干流的不同频率设计最大洪峰流量，与黄水沟西支河道入河口处的不同频率设计最大洪峰流量、乌拉斯台河入河口处不同频率设计最大洪峰流量进行组合叠加，形成4种型式的洪水情况，计算出开都河在乌拉斯台河和黄水沟西支入河口处不同频率设计最大洪峰流量，详见表5。

3.7 设计工况下宝浪苏木分水枢纽处的设计洪峰流量

开都河在乌拉斯台河和黄水沟西支入河口处4种型式的不同频率设计最大洪峰流量，采用大山口水文站至焉耆水文站之间的平均每公里洪峰衰减率0.174 6%，将入河口处设计最大洪峰流量推算至下游48 km 处（至北大渠、五号渠和永宁渠渠首之间的平均距离），再减去北大渠、五号渠和永宁渠的合计分洪流量13 m3∕s，计算得开都河在此处不同频率设计最大洪峰流量。采用大山口水文站至焉耆水文站之间的洪峰衰减率和北大渠、五号渠和永宁渠渠首至下游焉耆水文站之间的平均距离10 km，计算得开都河在焉耆水文站处不同频率的设计最大洪峰流量。根据焉耆水文站不同频率设计最大洪峰流量、焉耆水文站至宝浪苏木分水枢纽之间友谊渠、团结渠、呼尔敦渠和新建渠的合计分洪流量11 m3∕s，采用焉耆水文站至宝浪苏木分水枢纽之间的洪峰衰减率和焉耆水文站至宝浪苏木分水枢纽之间的距离10.28 km，将开都河在焉耆水文站的不同频率设计最大洪峰流量计算至宝浪苏木分水枢纽处。计算过程如下：焉耆水文站下游0.1 km 处的友谊渠是此段河道上分洪流量最大的引水渠（7 m3∕s），其他3个引水渠分洪量较小，为简化计算步骤，先用焉耆水文站不同频率设计最大洪峰流量减去此段河道上分洪流量，再按沿程衰减情况进行推算。具体计算成果，详见表6。