孔雀河第三分水枢纽洪水水文分析

□ 克斯尔（新疆巴音郭楞水文水资源勘测局）

1 概况

孔雀河位于巴州库尔勒市、尉犁县、若羌县境内，发源于博斯腾湖。孔雀河从出湖口至第三分水枢纽主要共有6处水利工程。一是扬水站:位于孔雀河出湖口处，1983年正式运行，由东、西两个泵站组成，是孔雀河的主要河源之一。二是达吾提闸:位于扬水站下游38.05km，他什店（五）水文站上游7.16km处，主要作用是向孔雀河输水。三是铁门关水库:位于他什店（五）水文站下游9.51km处，其水库坝址与他什店水文站断面在同一位置，是一座日调节水库。四是第一分水枢纽:位于铁门关水库坝址（他什店水文站断面）下游11.33km处，于1968年1月建成，工程规模属中（3）型，主要由拦河泄洪闸、左右岸引水渠进水闸等组成。五是第二分水枢纽:位于第一分水枢纽下游5.28km处，于1998年10月1日建成，工程规模属中（3）型，主要由橡胶坝、泄洪检修冲砂闸、左右岸进水闸等组成。六是第三分水枢纽:位于第二分水枢纽下游32.11km处，于1990年6月建成，工程规模属小（1）型，主要由拦河橡胶坝、检修冲砂闸、左右岸进水闸等组成。

2 基本资料情况

孔雀河第三分水枢纽地区属资料比较少的区域，由于上游有哈满沟的暴雨洪水汇入，本次分析计算共选用周边水文、气象、水管站参证站10个，其中6个为水文站，3个为水管站，1个为气象站，选用参证站中石灰窑、他什店（五）、大山口、黄水沟、克尔古提、迪那河水文站均为巴音郭楞水文水资源勘测局管辖。选用参证站中巴音郭楞气象站为国家基本气象站点。孔雀河上游水管站为塔里木河流域巴音郭楞管理局所管辖的水管站。迪那河水管站为轮台县水利局管辖的水管站。

3 哈满沟洪水设计计算

3.1 参证站设计洪峰流量计算

由于哈满沟无实测水文监测资料，计算设计洪峰流量需选取参证站，本次设计洪峰流量的计算选取处于同气候区内的迪那河、黄水沟、克尔古提水文站作为参证站。

迪那河、黄水沟、克尔古提水文站出山口具有1957-2012年56年水文站实测和水管站实测的年最大洪峰流量系列资料，采用皮尔逊Ⅲ型曲线按照连续系列进行适线，不同频率设计洪峰流量见表1。

表1 迪那河、黄水沟、克尔古提水文站设计洪峰流量成果表

3.2 哈满沟入河口设计洪峰流量

3.2.1 洪峰流量模比系数地区综合频率曲线法

受资料条件之限，采用成都科技大等三院校合编的《工程水文及水利计算》一书提出的“洪峰流量模比系数地区综合频率曲线法”，推求调查断面设计洪峰流量

公式如下:

式中:QP—哈满沟入河口设计洪峰流量（m3/s）；KP—设计洪峰流量模比系数；Qd—哈满沟调查历史洪水洪峰流量（m3/s）；Kd—调查洪峰流量模比系数。

分别选用大山口、黄水沟、克尔古提、迪那河水文站作为模比系数地区综合频率曲线法的参证站。采用以上参证站的实测洪峰流量样本，按照连续系列，编制洪峰流量模比系数地区综合频率曲线，据此求得不同频率下的KP值。入河口1981年的洪水直接借用沟口的洪水调查值219m3/s。根据1981年发生洪水的重现期66年（1.52%），来推求哈满沟入河口设计洪峰流量，见表2。

表2 哈满沟入河口设计洪峰流量频率计算成果表

3.2.2 洪峰模数法

选用处于同一气候区内的或产洪方式相近的迪那河、黄水沟、克尔古提水文站作为参证站，利用式（2），计算出哈满沟入河口的设计洪峰流量。见表3。

表3 洪峰模数法推求的哈满沟入河口设计洪峰流量一览表单位:m3/s

计算公式:

式中:Q—设计流域和参证站的设计洪峰流量（m3/s）；F—设计流域和参证站的集水面积（km2）；n—面积比修正因子。本次采用洪峰模数法推求设计洪峰流量时，所选参证站和设计站存有一定的产洪能力差异，根据其地形差异、汇流差异、降水特性差异特别是产洪区集水差异等，迪那河、克尔古提水文站面积比修正因子取值为2/3，黄水沟与哈满沟流域集水面积差异很大，面积比修正因子取值为1/2。

3.2.3 由设计暴雨推理公式法

哈满沟入河口无降水观测资料，不能满足设计暴雨推求设计洪水的要求。因此，本次选择离哈满沟入河口最近（相距6km），有长系列降水量资料的他什店（五）水文站为设计暴雨推求设计洪峰流量的参证站。

根据降水量资料分析，他什店（五）水文站一次降水一般多在4-8h，很少有超过24h的，哈满沟入河口集水面积较小，为全面汇流，应用《水利水电工程设计洪水计算规范》推理公式中短历时（t<=24h）设计暴雨来推求哈满沟入河口设计洪峰流量。

3.3 成果合理性分析

哈满沟洪水资料贫乏，给设计洪水计算带来了一定的困难，本次采用3种方法对哈满沟入河口设计洪水进行分析计算，用以进行对比分析和相互验证。

推荐使用地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法计算的设计洪峰流量成果。由于黄水沟和克尔古提水文站集水面积与哈满沟入河口以上集水面积差异较大所致，洪峰模数法推求的设计洪峰流量成果可作对比分析及参考用。设计暴雨推理公式法推求设计洪峰流量，由于公式中涉及到多个未确定的参数，所选用参数没有经实测资料验证，任意性较大，用此法推求成果仅供参考。具体见表4。

表4 哈满沟入河口不同频率设计洪峰流量表流量单位:m3/s

4 洪峰流量相对衰减率的确定

巴州水文水资源勘测局技术人员分别于2010年1月11日、12日和2013年7月5日，在孔雀河他什店（五）水文站和第一、二、三分水枢纽进行了流量测验。他什店（五）水文站流量测验在水文站的基本测流断面进行，利用双锁缆车测流。第一、二、三分水枢纽的流量测验，分别在分水枢纽下游的桥上测流。根据测流数据，进行河道洪水衰减率推算。由于此时水量较大，孔雀河的引水渠道没有引水，流量无明显日变化，因此此流量计算的洪水沿程衰减率可代表各段的洪水沿程衰减率。计算公式见公式（3）。

P衰减率—上游至下游洪峰流量沿程衰减率；Q上游—上游实测流量值；Q下游—下游实测流量值；L—各测流断面之间的距离。

5 石灰窑水文站设计洪水

5.1 实测资料法

将石灰窑水文站29年（1954-1982年）连序洪峰流量，运用矩法对系列统计参数估算，选配型频率曲线。适线时，侧重考虑上部和中部的点据。石灰窑水文站年最大洪峰流量设计成果见表5。

表5 石灰窑水文站设计洪峰流量统计参数及成果表流量单位:m3/s

5.2 哈满沟设计值叠加他什店（五）水文站最大洪峰流量

5.2.1 叠加他什店（五）水文站实测最大洪峰流量

经过对他什店（五）水文站1982-2012年的实测洪水资料进行查阅、复核，确定该站从建站至今的最大洪峰流量为158m3/s，发生在2002年博斯腾湖经孔雀河向塔里木河第四次应急输水期间。

哈满沟位于他什店（五）水文站下游5.22km处，根据确定的他什店（五）水文站至第一分水枢纽的洪峰相对衰减率（0.548%）将他什店（五）水文站最大洪峰流量衰减至哈满沟入孔雀河处，计算得衰减后的值为153m3/s。再叠加采用的哈满沟入河口处设计洪水。

5.2.2 石灰窑水文站设计洪水

石灰窑水文站位于哈满沟入孔雀河口处下游11.62km处，根据确定的洪峰流量相对衰减率，采用推算公式（4），将设计洪峰流量推算到石灰窑水文站处。

Q石—石灰窑水文站断面不同频率设计洪峰流量；Q他、哈—哈满沟叠加他什店（五）不同频率设计洪峰流量；S损—他什店（五）至石灰窑水文站之间的洪峰流量相对衰减率；L—石灰窑水文站至他什店（五）水文站之间距离。

5.3 同频率设计洪水叠加法—叠加石灰窑水文站1954-1982年6-8月最大基流频率成果

5.3.1 石灰窑水文站1954-1982年最大基流频率计算

将石灰窑水文站29年（1954-1982年）6-8月最大的基流样本，运用矩法对系列统计参数估算，选配型频率曲线。适线时，侧重考虑上部和中部的点据。石灰窑水文站年最大基流设计成果（略）。

5.3.2 石灰窑水文站设计洪水

哈满沟入孔雀河河口位于石灰窑水文站上游11.62km处，根据确定的洪峰流量相对衰减率，采用推算公式（4），将哈满沟设计洪峰流量推算到石灰窑水文站处。根据推算到石灰窑水文站的哈满沟设计洪水和石灰窑水文站6-8月最大基流的设计频率成果，按照同频率叠加，得到石灰窑水文站包含哈满沟洪水汇入的设计洪峰流量。

6 第三分水枢纽设计洪水计算

6.1 近似天然条件下工程场址设计洪水计算

天然状况下工程场址设计洪水，从最不利情况出发，即不考虑十八团大渠和库塔干渠的分洪任务，孔雀河洪水全部经过第一分水枢纽流向第二分水枢纽。

第一分水枢纽位于石灰窑水文站下游4.00km处，根据确定的他什店（五）水文站至第一分水枢纽之间的洪峰流量相对衰减率，采用推算公式（5），将石灰窑水文站的设计洪峰流量推算到第一分水枢纽。然后根据确定的第一分水枢纽至第二分水枢纽之间的洪峰流量相对衰减率，根据公式（5），将第一分水枢纽的设计洪峰流量推算至第二分水枢纽。再根据确定的第二分水枢纽至第三分水枢纽之间的洪峰流量相对衰减率，根据公式（5），将第二分水枢纽的设计洪峰流量推算至第三分水枢纽，推算结果见表6。

表6 天然条件下各断面不同频率设计洪峰流量表流量单位:m3/s

Q上i—上游断面不同频率设计洪峰流量；Q下i—下游断面不同频率设计洪峰流量；S损i—各断面之间平均每公里洪水衰减率；Li—各断面之间河道距离；

6.2 工况条件下工程场址设计洪水计算

工况状况下，考虑第一分水枢纽处的十八团大渠和库塔干渠分洪任务，其分洪指标按塔里木河流域巴音郭楞管理局制定的《孔雀河防洪预案》中指出，当第一分水枢纽达到120m3/s时，十八团大渠承担23m3/s的分洪任务，库塔干渠承担27m3/s的分洪任务，当第一分水枢纽达不到120m3/s时，不引洪。下游的第二、第三分水枢纽处的引水渠道位于库尔勒市市区，属人口密集地，不承担分洪任务。

根据确定的石灰窑至第一分水枢纽之间的洪峰流量相对衰减率，采用推算公式（5），将石灰窑水文站的设计洪峰流量推算到第一分水枢纽。然后将设计频率洪水值>120m3/s的减去十八团和库塔干渠的分洪量，得到工况下第一分水枢纽的设计洪水。第一分水枢纽以下的引水口再无分洪任务，根据确定的第一分水枢纽至第二分水枢纽之间的洪峰流量相对衰减率，根据公式（5），将第一分水枢纽工况下的设计洪峰流量推算至第二分水枢纽，得到工况下第二分水枢纽的设计洪水。

根据确定的第二分水枢纽至第三分水枢纽之间的洪峰流量相对衰减率，根据公式（5），将第二分水枢纽的设计洪峰流量推算至第三分水枢纽工况下的设计洪峰流量，推算结果见表7。

表7 设计工况下各断面不同频率设计洪峰流量表流量单位:m3/s