基于多河流交汇的吐鲁番旅游项目设计洪水计算

程 鹏

(吐鲁番水文勘测局,新疆 吐鲁番 838000)

吐鲁番市旅游项目观光停车基地西侧至东侧上游分布有4条洪沟介于塔尔朗河与煤窑沟河之间,为了确保基地安全,需对其设计洪水进行分析。

1 概 况

吐鲁番市旅游项目观光停车基地上游分布有桃儿沟、喀尔于孜萨依沟、达板能萨依及区间洪沟(区间1),其面积分别为85.3km2、52.9km2、20.1km2和68.0km2,沟长分别为16.5km、12.3km、9.0km和18.6km,4条洪沟的总面积为226km2。洪水在下游汇集后进入项目区。其洪沟流域水系分布详见图1。

图1 项目区上游洪沟、洪水调查断面分布图

2 洪水衰减与计算思路

2.1 沿程变率分析

4条洪沟洪水主要形成于上游中、高山区,出山口以上是洪水逐渐增大过程,属于洪水叠加区,出山口以下洪水均为递减过程[1]。根据项目区上下游洪水成因和沿程变化,按最不利因素考虑,从4条洪沟出山口到项目区之间共布设了7个断面和3个暴雨区间,见图1。①桃儿沟出山口洪水A断面;②桃儿沟出山口洪水到B断面区间,命名为区间2,洪水流入到B断面及项目区(AA断面);③喀尔于孜萨依沟、达板能萨依及区间洪沟命名为区间1;④喀尔于孜萨依沟、达板能萨依及区间1洪沟洪水汇合到C断面;⑤C断面到葡萄沟区间,命名为区间3,洪水流入到D、E断面及项目区(AB断面);⑥葡萄沟至沟口区间,命名为葡萄沟,洪水流入到E断面及项目区(AB断面)。

2.2 洪水计算思路

根据旅游停车基地东西两侧的洪水沿程衰变实际情况,本次设计洪水计算思路为:

1)项目区西侧AA断面洪水计算:计算出桃儿沟B断面的设计洪水;计算出B断面设计洪水衰减到AA断面的设计洪水;

2)项目区东侧AB断面洪水计算:计算出C断面衰减到E断面的设计洪水;计算出区间3洪水衰减到E断面的设计洪水;计算出葡萄沟区间的设计洪水;计算出E断面的设计洪水;计算出E断面设计洪水衰减到AB断面的设计洪水。

3 参证站站洪水计算

煤窑沟河与三条洪沟相邻,同处于天山南坡,出山口平行相距5～6km,下垫面要素相似,同受大尺度天气影响,出山口以上径流形成条件大致相同。因此选煤窑沟水文站作为为参证站。煤窑沟站连续洪峰流量系列有46a(1976—2021年),其中把1969年洪峰流量作为特大值处理,用不连序47a系列(重现期为67a),进行设计洪峰的分析计算。煤窑沟水文站设计洪峰流量成果(1976—2021年)见表1。其中Cv为1.2,Cs/Cv为3,均值为93.8m3/s。

表1 3条洪沟设计洪峰流量成果对比表

4 项目区设计洪水计算

4.1 东侧上游洪沟洪水计算

项目区东侧上游的喀尔于孜萨依沟、达板能萨依、区间1洪沟,属无水文资料区,本次采用洪峰模数法、推理公式法及地区洪峰流量模比系数综合频率线法分别计算3条洪沟设计洪水。计算结果见表1。

由于煤窑沟与3条洪沟集水面积相差较大,所以洪峰模数法计算成果仅供参考。推理公式法虽然是在天山南坡地区中小流域较长系列的实测洪峰流量基础上经过分析、综合而成的,但计算中的暴雨衰减、土壤损失等选用参数,主要参考教材中提供的试验数据,造成计算结果较综合频率曲线法小。基于设计安全,本次推荐采用综合频率曲线法的计算成果。

4.2 西侧上游桃儿沟洪水计算

根据高昌区水利局评审通过的《新疆吐鲁番市高昌区桃儿沟河上游段防洪工程暴雨洪水分析计算》报告的设计洪水成果,作为桃儿沟下游(即本次设计B断面)的设计成果,见表3。

4.3 洪水衰减率

4.3.1 东侧上游3条洪水衰减率计算

停车基地东侧上游3条洪沟位于煤窑沟和塔尔朗流域区间的非控制区内,出山口以上总面积为141km2,吐鲁番水文勘测局于2012年9月与10月分别对出山口与下游葡萄沟苏巴什大桥进行了洪水调查,作为洪水衰减段。洪峰流量沿程绝对衰减损失量计算公式如下:

Di=Qms-Qmx

(1)

式中:Di为洪峰流量沿程绝对衰减损失量,m3/s;Qms为上游调查断面洪峰流量[2],207m3/s;Qmx为下游调查断面洪峰流量,71m3/s。

洪峰流量沿程每公里相对衰减损失率计算公式如下:

Ki=(Qms-Qmx)/(Qms·LSx)

(2)

式中:Ki为洪峰流量沿程每公里相对衰减损失率;Qms为上游调查断面洪峰流量,207m3/s;Qmx为下游调查断面洪峰流量,60.2m3/s;LSx为上、下游调查断面之间的距离,25km。

由公式(1)计算出各调查断面沿程绝对衰减损失量为136m3/s,由公式(2)计算出沿程每公里相对衰减损失率为2.8%。

4.3.2 周边河流洪水衰减率

由于项目区缺乏资料,一种方法计算洪水衰减过于简单,且依据也不充分。本次采用2008年8月吐鲁番水文局完成的《新疆吐鲁番市煤窑沟水库工程水文分析计算》报告中的衰减率1.8%成果和柯柯亚河2007年7月11日做的洪水衰减率实验成果资料2.3%,进行不同量级洪水衰减率综合分析。

4.3.3 衰减率确定

项目区停车基地上游3条洪沟洪水平均衰减率的最终确定值,取项目区车辆基地上游3条洪沟衰减率2.8%、煤窑沟衰减率1.8%和柯柯亚衰减率2.3%的平均值,衰减率为2.4%。

4.4 各区间暴雨洪水计算

由于区间3和葡萄沟无任何洪水资料,因此本次采用推理公式法计算区间暴雨,其采用参数见表2,计算成果见表4。

表2 各区间各暴雨洪水参数统计表

4.5 停车基地设计洪水计算

4.5.1 西侧AA断面设计洪水计算

AA断面距离桃儿沟B断面5.1km,根据区间洪水损失率2.8%,利用上游B断面设计洪峰流量和公式(2)计算项目区停车基地的设计洪峰流量,计算结果见表3。

表3 项目区停车基地AA断面设计洪峰流量成果表

4.5.2 东侧AB断面设计洪水计算

1) 项目区河段洪水情势分析。

经调查:C区间下游末端有两处滞洪池,一处在兰新二线铁路附近,储水能力约为50万m3,另一处在G30连霍高速附近,储水能力约为70万m3,考虑到淤积,本次计算两个滞洪池储水能力取值100万m3。

根据煤窑沟流域第一人民渠设计资料:“第一人民渠36.376km,水源主要来自煤窑沟水库。水库至苏巴什段长30.788km,设计流量12m3/s;景区段长4.388km,设计流量50m3/s;葡萄沟水库入库段长1.2km,设计流量38m3/s。”

综上,本次项目区东侧AB断面设计洪水分两种情况进行分析计算:①按天然情况计算,既不考虑两个滞洪池储水影响,也不考虑葡萄沟水库的引水能力,计算项目区东侧AB断面设计洪水;②上游3条洪沟及区间3的洪水经过两个滞洪池,经调节后剩余洪水进入下游葡萄沟,剩余洪水与葡萄沟区间洪水汇合后进入项目区(考虑葡萄沟水库引水情况)。

2) 天然条件下AB断面设计洪水计算。

根据洪水衰减损失率计算成果,区间每公里洪水损失率为2.8%,利用上游各区间设计洪峰流量和公式(2)计算项目区停车基地的设计洪峰流量,计算结果见表4。

表4 项目区AB断面设计洪峰流量成果表

C断面设计洪水构成为:喀尔于孜萨依沟的设计洪水+区间1的设计洪水+达板能萨依的设计洪水。

E断面设计洪水构成为:C断面衰减到E断面的设计洪水+区间3衰减到E断面的设计洪水+葡萄沟区间的设计洪水。

项目区AB断面设计洪水构成为:E断面衰减到AB断面的设计洪水。

3) 工况下AB断面设计洪水计算

工况下AB断面洪水计算思路:C断面设计洪水构成为:喀尔于孜萨依沟的设计洪水+区间1的设计洪水+达板能萨依的设计洪水。

D断面天然条件下洪水构成:C断面衰减到D断面的设计洪水+区间3设计洪水。

D断面工况条件下洪水构成:D断面设计洪水进入两处滞洪池,当洪量超过100万m3后,剩余洪水开始进入葡萄沟。

E断面设计洪水构成为:D断面工况下设计洪水+葡萄沟区间的设计洪水。

项目区AB断面设计洪水构成分为两种情况:①不考虑葡萄沟水库引水,项目区AB断面设计洪水为E断面衰减到AB断面的设计洪水;②考虑葡萄沟水库引水,项目区AB断面设计洪水为:E断面设计洪水一部分进入葡萄沟水库,剩余洪水再衰减到AB断面的设计洪水。

通过以上两种情况的分析计算,综合考虑因水库蓄水、水库安全运行等最不利因素,在特殊情况下洪水未进入水库,直接流入项目区停车基地(即第②种情况),成果见表5。

表5 项目区车辆基地AB设计洪峰流量成果表

5 结 语

项目区停车基地位于桃儿沟下游与葡萄沟下游之间,本次计算主要有参证站煤窑沟水文站、项目区西侧桃儿沟及东侧上游3条洪沟设计洪水计算,桃儿沟设计洪水采用《新疆吐鲁番市高昌区桃儿沟河上游段防洪工程暴雨洪水分析计算》报告计算成果,3条洪沟洪水采用洪峰流量地区综合法计算结果,最后采用衰减法计算项目区停车基地洪水成果,经过分析计算,停车基地AA段、AB段百年一遇设计洪峰流量分别为54.5m3/s,74.4m3/s,为项目防洪保安建设提供了科学依据。