新疆叶尔羌河米斯克尼水电站坝址设计洪水计算方法探讨

李 悦 范正行 叶绪纲(中国电建集团 贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081)

新疆叶尔羌河米斯克尼水电站坝址设计洪水计算方法探讨

李 悦 范正行 叶绪纲(中国电建集团 贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081)

叶尔羌河冰川突发洪水以其极高的涨落速率、异常的洪峰而闻名于世，洪水问题一直吸引着众多中外学者的关注。米斯克尼水电站水库是叶尔羌河干流规划的龙头水库，对下游防洪起着至关重要的作用，其设计洪水成果直接影响电站的安全与规模。根据流域水文站实测洪水资料，结合冰溃洪水特点，对洪水传播特性进行了分析研究，并对坝址洪水的计算方法展开了探讨。

冰川溃坝洪水;计算方法;叶尔羌河;米斯克尼水电站;新疆

1 工程概况

米斯克尼水电站位于叶尔羌河中游峡谷区，电站水库是叶尔羌河规划河段的龙头水库;流域面积为24 769km2，水库正常蓄水位为2 870m，相应库容为19.19亿m3，调节库容13.87亿m3，是Ⅰ等大(一)型工程。根据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》的规定,设计洪水标准为0.1%,校核洪水标准为0.01%。该工程具有年调节能力，对下游防洪起着至关重要的作用。

叶尔羌河干流上游有库鲁克栏杆水文站(32 880km2)和卡群水文站(50 248km2)。米斯克尼水电站坝址位于库鲁克栏杆水文站上游约165km处，库鲁克栏杆水文站则位于卡群水文站上游约102km，以上两站为该工程的设计依据站。

2 洪水特性

叶尔羌河发源于喀喇昆仑山北脉喀喇昆仑冰川，是以冰川补给为主的河流，洪水类型主要有冰川积雪消融型、暴雨型、冰川溃决突发型以及上述各类型的混合型。

根据卡群水文站1954～2011年实测资料分析，每年叶尔羌河的洪水是以冰雪消融为主，并混合有其他类型的洪水，大洪水主要是冰溃洪水与其他类型的混合型洪水。其中,冰川溃决突发型洪水主要来自上游克勒青河谷的冰川(克亚吉尔和特拉姆坎力)阻塞河谷而形成的冰湖，具有发生突然、峰值极高、陡涨陡落及峰值沿程衰减等特性。

3 历史洪水

据历史文献记载,叶尔羌河流域多次发生大洪水。1961年10月、1962年7月、1971年8～9月，原新疆喀什地区水文分站曾对叶尔羌河干流进行过历史洪水及洪水调查。

调查结果表明，卡群水文站历史洪水中，最大值是1880年9月的9 140m3/s，其余场次的洪水均小于1961年9月实测的最大洪峰6 270m3/s。库鲁克栏杆水文站最大历史洪峰流量是1890年6月的6 280m3/s，小于库鲁克栏杆水文站1961年9月实测的最大洪峰6 670m3/s。本次考虑选用卡群水文站1880年9月的9 140m3/s历史洪水参与设计洪水的计算，重现期按130a计算。对库鲁克栏杆水文站1880年历史洪水洪峰流量,采用两站实测的同场冰溃洪水洪峰流量相关关系来计算。通过计算,得到的1880年的洪峰流量为9 780m3/s。

4 水文站设计洪峰流量计算

5 坝址设计洪峰流量计算

叶尔羌河流域冰川溃决主要发生在叶尔羌河上游，设计断面的稀遇洪水规模主要取决于冰川溃决型洪水规模，冰溃洪水洪峰沿程衰减、洪量沿程增加。

5.1 单位河长衰减率法

冰溃洪水具有由上至下、洪峰沿程衰减的特性。根据库鲁克栏杆和卡群2座水文站河道距离(102km)及实测冰溃洪水过程，计算出的库～卡水文站间冰溃洪峰单位河长衰减率在0.035%～0.08%之间(见表2)，点据基本呈带状分布。

由表2可知,1880年洪水衰减率为0.064%，考虑到坝址设计校核标准的洪水量级大，因此,本次计算单位河长衰减率取均值0.06%。米斯克尼水电站坝址距下游库鲁克栏杆水文站约165km，根据库鲁克栏杆水文站的设计洪峰以及单位河长相对衰减率,即可推求出枢纽坝址处的设计洪峰流量。即

Q米斯克尼P=Q栏杆P-kQ栏杆P

(1)

5.2 马斯京根法反演+河长衰减法

在库鲁克栏杆水文站～卡群水文站区间,有支流塔什库尔干河汇入，该支流基本上不会发生冰溃洪水，卡群水文站冰溃洪峰主要来自干流。挑选这2座水文站的实测冰溃洪水过程，并对这2座水文站的同场冰溃洪水演进过程进行分析，采用马斯京根法确定库～卡2座水文站间的K1、x；利用K1与库～卡两站河长L1的关系，以及米～库河长L2，计算米～库河段K2;根据K2及相应的x,将库鲁克栏杆水文站实测洪水过程反演至米斯克尼水电站坝址处；利用反演所得到的坝址洪峰与库鲁克栏杆水文站的洪峰相减，计算出米～库河段的单位河长衰减率，以此计算坝址设计洪水。

根据计算结果可知，米～库河段衰减率要小于库～卡河段，流量为3 000 m3/s以下时，衰减率在0.01%～0.025%之间；流量为3 000 ～5 000 m3/s时,衰减率在0.01%～0.035%之间；流量在5 000 m3/s以上时,衰减率在0.015%～0.04%之间。

总体来看，随着流量的增加，衰减率呈递增的趋势。在考虑安全因素的前提下，坝址设计洪水计算应依据该趋势取值，亦即：当流量在10 000 m3/s以上时,衰减率取0.04%;当流量为5 000 ～10 000 m3/s时,取0.035%;当流量为3 000 ～5 000 m3/s时，则取0.025%。

5.3 24 h洪量～洪峰相关法

库鲁克栏杆水文站～卡群水文站之间有支流塔什库尔干河汇入，而坝址～库鲁克栏杆水文站之间为峡谷河段，无大支流汇入，因此,可以认为坝址～库鲁克栏杆水文站河段洪峰与24 h洪量关系基本一致。利用库鲁克栏杆水文站冰溃洪峰～24 h洪量关系与米斯克尼水电站坝址24 h设计洪量，可以计算出米斯克尼水电站坝址的设计洪峰流量。米斯克尼水电站坝址24 h的设计洪量则根据2座水文站的区间面积比来计算。

5.4 分析比较

3种方法计算成果见表3。方法3与方法2计

表3 米斯克尼水电站坝址设计洪水成果 m3/s

频率0．01%0．02%0．05%0．10%0．20%0．50%1%2%5%10%河长衰减率法23070210801847016510146101207010210841060904430马斯京根反演+河长衰减率223802045017920160101417011700990080905860417024h洪量～洪峰相关法316202551019140153801241092807440597044503560

算成果相差4%～40%，差别较大。方法3采用了库鲁克栏杆水文站峰量关系与米斯克尼水电站坝址的设计洪量来计算设计洪峰流量，相关点据呈带状分布，相关线的拟定直接影响设计洪水成果精度；方法2是采用库鲁克栏杆水文站实测洪水过程与冰溃洪水的传播特性,来计算坝址的设计洪峰流量，其精度较方法3的高。

方法1、2计算的成果相差约3%，差别不大。方法1是利用2座水文站的实测洪水过程，并考虑到了2座水文站间的河段衰减特性；方法2除了考虑2座水文站间的河段衰减特性以外，亦考虑了坝址～库站河段的衰减特性。综上所述，拟推荐将方法2的计算成果作为坝址设计洪水成果。

6 结 语

叶尔羌河洪水具有其独特性，为此,采用3种方法计算米斯克尼水电站坝址的设计洪水。根据该流域地形地貌、冰溃洪水的传播特性，推荐将运用马斯京根反演+河长衰减法计算的成果，作为米斯克尼水电站坝址设计洪水成果。接下来，将对该工程以上流域现存的冰川湖数量、分布情况及容积等展开调查，对叶尔羌河流域的洪水特性进行深入发析研究。同时，拟对冰川湖溃决洪水与冰雪消融型洪水和暴雨型洪水相叠加组合形成的叶尔羌河可能的最大洪水过程，以及常规洪水过程进行计算，以便为该工程的校核洪水和设计洪水的拟定提供理论依据与数据支持。

(编辑：赵秋云)

2015-04-09

李 悦，男，中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，工程师.

1006-0081(2015)04-0049-02

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