阿克河洪水特性计算分析

王国庆

（新疆牧区水利规划设计所，新疆乌鲁木齐830000）

阿克河洪水特性计算分析

王国庆

（新疆牧区水利规划设计所，新疆乌鲁木齐830000）

结合阿克河洪水类型及年际年内分布规律，采用面积比指数法、洪峰模数法和推理公式法代表水文站进行洪水推算。分析结果表明，阿克河季洪水类型主要为季节性积雪融水洪水和暴雨与融雪混合型洪水两种类型，融雪混合型洪水又分为融水洪水涨峰过程与暴雨洪水的叠加和另一种是融雪洪水的退水过程叠加暴雨洪水。洪水年际变化比较稳定，最大洪峰流量的年内分布主要出现在7～8月，且以7月份出现的频次最高。面积比指数法考虑了集水面积相差较大，计算成果更为合理。

洪水特性；分布规律；年际年内变化；洪水计算

1 河流概况

阿克河流域位于昭苏县南部，发源于天山主脉哈尔克他乌山北坡，是YL河主源特克斯河的主要支流之一，为昭苏县境内水量最大的一条河流。西部与阿克苏河和夏塔河相连，东部以大、小莫音台沟和库克铁列克河、阿克河为界与特克斯县接壤，南部以天山主脉哈尔克他乌山为分水岭与阿克苏地区的拜城县为邻，北部为特克斯河谷及昭苏凹陷盆地。

2 洪水成因与特征

阿克河流域面积主要分布在海拔高程3000 m以上的中高山一带。阿克河3000 m以上的面积占其总面积的82.9%。春末夏初，流域的气温开始回升，阿克河在4月下旬起至6月中旬，中低山区积雪开始消融。由于中低山区积雪量小，在此阶段即使遇强降水天气，也仅在3000 m以下的中低山区产生径流，不易形成较大洪水；6月下旬起至8月底，阿克河开始进入主汛期，中高山区积雪逐渐消融，使河流流量呈稳定上升趋势，并出现每日峰谷变化的融水洪水或暴雨与融水混合洪水。

缘于上述原因以及受流域气候与下垫面等自然地理条件的影响，阿克河洪水类型大致有两种：融雪型洪水、暴雨与融水混合型洪水。

2.1 洪水成因与类型

2.1.1 融雪型洪水

此类洪水分为两种：一是季节性积雪融水洪水；二是高山冰雪融水洪水[1]。季节性积雪融水洪水一般发生在4月下旬至6月中旬，主要由中低山和山前地带积雪融化形成。此时因积雪面积较小，洪峰不高；高山冰雪融水洪水一般发生在7～8月，主要因气温升高，冰川和永久积雪融化形成。融水洪水过程呈一日一峰，定时峰谷日变化特征明显，日变幅较大，并且与气温过程相应，在气温上升阶段，洪峰流量一日比一日增大，但增大的幅度较小。一般洪水过程由起涨到回落，与同期气温变化具有较好的同步性。例如，阿合牙孜河阿合牙孜水文站1986年7月13日至8月11日的洪水过程，阿合牙孜水文站从7月13日起连续升温，至7月18日达到该月日平均最高气温29.5℃，20日以后，零度层一直维持在4600 m以上，7月25日接近5000 m高度。7月13日0时起涨水，起涨流量为76.9 m3/s，7月28日出现333 m3/s的年最大洪峰流量。7月30日至31日出现两天阴雨天气，气温开始有所下降，至8月1日，流量回落至127 m3/s，此后，气温又迅速回升，流量又开始相应上升，至8月11日洪水过程结束。此次洪水涨水段一峰高于一峰，整个洪水过程共计29天，次洪量达4.882 m3×108m3，占当年年径流量的32.3%，为持续时间较长，洪量较大的典型融水型洪水过程。2.1.2暴雨与融水混合型洪水

此类洪水也分为两种：一种是融水洪水涨峰过程与暴雨洪水的叠加；另一种是融雪洪水的退水过程叠加暴雨洪水[2]。洪峰特性是洪水全过程有明显的日变化峰谷，且伴有降雨天气；或前期数日有高温天气，出现逐渐递增的日变化峰谷，后期遇降雨天气，叠加暴雨洪水形成最高洪峰[3]。例如，阿合牙孜河阿合牙孜水文站1987年7月23日15时42分至29日8时的典型混合型洪水过程。因前期18日起全流域持续高温，18日至24日阿合牙孜站日平均气温为17.4～20.6℃左右，同时，自7月23日起至26日，阿合牙孜河流域连续降雨，其中25日降水达25.2 mm。24日前阿合牙孜站为缓慢递增的日变化峰谷，23日15时42分流量为170 m3/s，此后水量急剧上涨，到24日1时涨至282 m3/s，持续一段时间后又开始上涨，至26日2时涨至峰顶，出现404 m3/s的建站以来第四大洪水，其300 m3/s以上的洪峰流量持续约30个小时，26日10时起洪峰急剧下降，到27日13时流量回落至167 m3/s。此次洪水整个过程共计3天约80小时，次洪量0.8919×108m3，占当年年径流量的5.3%。

2.2 洪水特性

2.2.1 洪水的年际变化特点

阿合牙孜河阿合牙孜水文站1979～2012年实测系列的年最大洪峰流量为479 m3/s（2010年7月29日），年最小洪峰流量为205 m3/s（1993年7月8日），多年平均洪峰流量为339 m3/s，变差系数Cv值为0.19，最大洪峰流量的模比系数是1.41，最小洪峰流量的模比系数为0.60。洪水的年际变化比较稳定，这与其流域内有冰川以及流域高程相对较高密切有关。

2.2.2 洪峰流量的年内分布特征

阿合牙孜河阿合牙孜水文站实测年最大洪峰流量在年内各月发生的频次分布统计成果见表1。

由表1可以看出，阿合牙孜河年最大洪峰流量集中发生在7～8月，其中发生在7月的次数最多，约占总数的50.0%；出现在8月的次之，约占总数的47.1%；出现在6月的最少，仅占2.9%。

综上所述，阿合牙孜河阿合牙孜水文站年最大洪峰流量的年内分布主要出现在7～8月，且以7月份出现的频次最高。

2.3 历史洪水调查及重现期考证

2003年5月13日，由伊犁水文水资源勘测局和伊犁州水利水电勘察设计研究院，在阿合牙孜水文站河段范围内，只是对近期洪水进行了简单的计算但无历史洪水调查值。

表1 阿合牙孜河年最大洪峰流量发生时间统计表

3 设计洪水计算

3.1 参证站设计洪水

阿合牙孜水文站位于干流出山口处，是阿克河的水量总控制站，也是阿克河各梯级的参证站。阿合牙孜水文站1958年～1978年的洪峰直接引用斯木塔斯水库设计时的插补成果，与实测系列组成阿合牙孜水文站1958年～2007年50年洪峰系列。

对阿合牙孜水文站1958年-2007年共50年连续洪峰系列进行频率计算，采用P-Ⅲ型曲线，用矩法估算参数，用适线法适线，目估定线。洪峰流量设计成果见表2。

表2 阿合牙孜站洪峰设计成果表

3.2 大代沟工程厂址设计洪水

3.2.1 面积比指数法

大代沟设计洪水计算采用面积比指数法进行计算。大代沟集水面积为121.82 km2；阿合牙孜水文站集水面积为2706 km2，计算公式如下：

式中：Q设为大代沟设计洪峰流量；Q参为参证站设计洪峰流量；F设为大代沟集水面积；F参为参证站集水面积。

将参证站与大代沟各参数代入公式，就得出不同频率的大代沟设计洪水成果，本次计算面积指数n值采用0.667。计算成果见表3。

表3 面积指数法大代沟设计洪峰成果表

3.2.2 洪峰模数法

设计洪峰流量模数表示单位流域面积上的洪峰流量值。采用阿合牙孜水文站的设计洪水成果，估算各洪沟流域设计洪峰流量。

设计洪峰流量模数表示单位流域面积上的洪峰流量值，可用以下公式计算：

式中：Qp为设计洪峰流量，单位：m3/s；F为流域面积，单位：km2；Mmp为设计洪峰流量模数，单位：m3/s/km2。

选取有实测洪峰流量资料的邻近河流，先计算选用参证站的设计洪峰流量值，再求出各种设计频率的洪峰流量模数，然后用下式推求大代沟工程厂址的设计洪峰流量。计算结果见表4。

表4 洪峰模数法大代沟设计洪峰成果表

3.2.3 推理公式法

统计阿克河阿合牙孜水文站1979年～2007年共29年各年最大一日降水量资料组成连续系列，用皮尔逊Ⅲ型分布曲线做如下图2.5-2所示的频率曲线。用矩法估算参数，适线法进行适线，通过对比取适线法的计算结果为本次年最大一日设计点雨量设计成果。用适线法得出的洪沟各频率下的年最大一日设计点雨量见下表5。

表5 阿合牙孜水文站年最大一日设计点雨量

最大24小时设计点雨量H24P由年最大一日设计点雨量H1日间接推出，可按下式计算年最大24小时设计点雨量H24P。

各地区的K值变化不大，K=1.1～1.3之间。

本工程周边有阿合牙孜水文站的29年实际降雨观测资料，故采用上式计算年最大24小时设计点雨量H24P，K值按新疆《可能最大暴雨图集》中推荐的K=1.13计算，求出各频率下各沟最大24小时设计点雨量。各频率下的年最大24小时设计点雨量见下表6。

4 结论

经过经以上综合分析和对照，各计算结果有较大差距，考虑到大代沟流域面积与阿合牙孜水文站集水面积相差较大，使用阿合牙孜水文站资料进行洪峰模数法计算大代沟工程厂址设计洪峰流量误差较大，而面积比指数法考虑到到大代沟流域面积与阿合牙孜水文站集水面积相差较大，使用调整系数进行调整，同时考虑对工程安全不利的因素考虑，计算成果较合理，推荐面积比指数法。

阿克河水量控制站阿合牙孜站，为国家基本水文测站，考虑大代沟无水文资料，由于大代沟流域面积与阿合牙孜水文站集水面积相差较大，采用洪峰模数法计算大代沟洪水偏小，面积比指数法考虑了集水面积相差较大，产汇流区域的差异对大代沟设计洪水产生的影响。计算成果更为合理。

表6 阿合牙孜水文站年最大24小时设计点雨量

[1]张智超.新疆头屯河流域洪水特性分析[J].水利科技与经济,2015, (02):92-94.

[2]郭涛.清水河流域洪水特性分析[J].河南水利与南水北调,2012,(23): 63-64.

[3]王成雄,丁春毓,来洪涛.新疆特克斯河流域洪水特性及预报方法分析[J].东北水利水电,2005,(07):23-24+33.

TV122

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1673-9000（2017）04-0165-02

2017-03-03

王国庆（1991-），男，新疆人，助理工程师，主要从事水利工程设计工作。