和静县乌浪巴依沟防洪工程洪水分析

秦 军

(新疆巴音郭楞水文勘测局，新疆 库尔勒 841000)

位于和静县城东北部的乌浪巴依沟，其洪水主要来源于和静县城北山区的1～4号山洪沟。4条山洪沟均发源于天山南坡，主要由山区和冲积洪积扇两个地貌单元组成，地势北高南低。以出山口为界，北为侵蚀、剥蚀低中山区，南为冲洪积倾斜平原区。4条沟互相毗邻，均为季节性山洪沟。和静县属典型的大陆性气候，冬冷夏热，日温差较大。北部山区属高寒半湿润半干旱气候，只有冷暖半年之分，雨雪较多，高寒风大，终年可见霜雪。年平均降水量为64.2 mm，年平均蒸发量为1 110.3 mm。

1 水利工程概况

1.1 工程现状

和静县城北山区1～4山洪沟流域内，目前从出山口至乌浪巴依沟之间有3处防洪工程和一条引水渠，在乌浪巴依沟上有2处引水渡槽和4座较大的交通公路桥。其中在4号山洪沟出山口以下到2号山洪沟出山口以下处，自东向西修建了一条7.5 km长的拦洪导流坝和排洪沟；在1号沟出山口东南方向3.5 km处的砖厂四周，修建有拦洪导流坝和排洪沟，在1号沟出山口以下0.5 km处修建多处挑洪土堤；在乌浪巴依排洪沟口(4条沟洪水汇入口)以下4.0 km处修建有毛拉提干渠引水渡槽，渡槽两头修建有10 m长毛石混凝土防护堤，河底为混凝土防护层；在毛拉提干渠引水渡槽以下0.8 km处的河段上，在高速公路桥上、下游的两岸修建有10 m片石防护堤。

1.2 存在问题

乌浪巴依沟下游为和静县城，目前仅有简易防洪工程。1～4号山洪沟山口以下，洪水沿冲洪积扇向下冲刷出十几条冲洪沟，对和静县城区内的经济建设、城市建设及人民生命财产安全构成极大威胁。特别是河道无永久性防洪措施，民主路公路交通桥、开泽东路交通桥、石林路交通桥、解放二渠渡槽均没有防洪工程，乌浪巴依沟上的简易防洪堤、交通公路桥涵和引水渠渡槽等涉水工程防洪等级均不足10 a一遇。经多年洪水冲刷、侵蚀，已难于应对大洪水的威胁。

1.3 拟建防洪工程

为了确保县城安全，和静县计划在乌浪巴依沟S305公路交通桥处到解放二渠渡槽拟建防洪工程全长7.5 km，共分3段，分别为：洪水汇合口以下4.8 km的S305公路交通桥处(桩号K0+000)、S305公路交通桥以下4.85 km的石林路交通桥处(桩号K4+850)和石林路交通桥以下2.65 km的解放二渠渡槽处(桩号K4+850)。

2 洪水分析

2.1 洪水成因及其特性

乌浪巴依沟洪水源头为北山1～4号沟，山体较不高，没有永久性冰川和积雪。洪沟山口以下河床为戈壁砂砾组成，植被稀疏。集水面积区域内地下水位多在10～50 m以下，不可能补给各山洪沟。因此，1～4号沟平时干枯无水。当降雨强度小时，降水全部渗入地下，只有在降雨强度较大时，1～4号山洪沟各支沟沟内才会有洪水汇集，所以各支沟洪水类型均为典型的暴雨型洪水，暴涨暴落，破坏性强。

2.2 设计洪水计算

由于乌浪巴依沟的洪水主要来源于和静县城北山区1～4号山洪沟。山洪沟出山口下游的洪积扇地带，缺少历史最大洪水调查资料，不足满足计算节点设计洪水计算的要求，所以，以附近的尔古提水文站作为参证站进行洪水分析计算。

2.2.1 参证站设计洪峰分析计算

清水河出山口具有1957～2015年59年水文站实测年最大洪峰流量系列资料，经分析，清水河克尔古提水文站洪峰流量系列较长，具有一定的可靠性、一致性、代表性，将之作为设计流域洪峰流量系列分析的依据，可以用之反映设计流域洪峰年际变化特性。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。同理，黄水沟也与北山区1～4号山洪沟相邻较近，黄水沟水文站位于出山口，1957—2015年年最大洪峰流量没有漏测现象，也没有历史洪水特大值处理，洪水系列连续完整。不同频率设计洪峰流量见表1。

2.2.2 洪峰流量衰减率计算

根据洪水调查，乌浪巴依沟2015年6月23日和2008年7月29日发生的洪水为最大。从3号沟出山口流到3号山洪沟出山口以下5.08 km处时，平均每公里洪峰流量相对衰减率分别为4.06%和5.17%；从4号沟支沟洪水汇入口流到汇入口下游8.83 km处时平均每公里洪峰流量相对衰减率分别为4.06%和4.97%。从计算结果来看2008年7月29日发生历史最大洪峰流量的衰减率，要比2015年6月23日发生洪水的洪峰流量相对衰减率大。根据实地踏勘调查，各洪沟洪水出山口后沿洪积扇区的河道自然下泻，当洪峰流量计较大时洪水漫出主河槽，形成更多小冲沟加大水面宽，增多洪水渗漏此；当洪峰流量不大时，洪沟洪水出山口后沿洪积扇区2至3条较大的主河槽下泻，不会形成洪水漫滩，洪峰流量衰减率相对会小。经综合评定，3沟出山口至下游5.08 km河段的洪水损失率为4.6%，4号沟支沟洪水汇入口到下游8.83 km河段的洪水损失率为4.5%，乌浪巴依沟洪水汇集口下游2.00 km到下游4.84 km的洪水损失率为2.79%。

表1 克尔古提、黄水沟水文站设计洪峰流量成果表

2.2.3 各沟口设计洪水计算

乌浪巴依沟设计洪峰流量计算选取相邻较近且处于同一气候区内的清水河克尔古提水文站和位于出山口的黄水沟水文站作为参证站。采用“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。并以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(见图1)，据此求得不同频率下的KP值，根据调查的2008年发生洪水的重现期49年，选用北山区1-4号沟和4号沟支沟出山口调查的2008年最大洪峰流量分别为117 m3/s、155 m3/s、137 m3/s、163 m3/s和74.7 m3/s ，来推求北山区1-4号沟和4号沟支沟出山口设计洪峰流量，见表2。

图1 洪峰模比系数地区综合频率曲线

2.2.4 各洪沟出山口设计洪峰流量成果合理性分析

本次采用洪峰流量模比系数地区综合频率曲线法是无资料地区在进行洪水分析计算中普遍使用的方法。洪峰流量模比系数地区综合频率曲线法，选用同一水文分区内两个与之相邻流域的洪峰流量模比系数，作地区综合频率分析，从而降低计算成果的抽样误差，也可消除因单站特大值影响而带来的偶然误差和分区内各河流水文特性的差别。将相邻流域的洪峰流量参数综合在一起作地区综合分析，可综合出地区参数的规律性，以解决无资料流域的设计洪水。本次所搜集到的2008年洪水是1-4号沟和4号沟支沟流域区自1960—2015年以来发生的排位第一的洪水，为了保证设计洪峰流量的精度，本次先后采用了，根据历史洪水调查访问期和洪水记录来综合确定了重现期，依据比较充分，来计算设计洪峰流量科学可靠。

表2北山区1-4号沟和4号沟支沟出山口的设计洪峰流量m3/s

备注：2008年发生的洪水频率为2.13%，Kp值为4.51，北山区1-4号沟和4号沟支沟出山口洪峰流量分别为117 m3/s、155 m3/s、137 m3/s、163 m3/s和74.7 m3/s。

2.3 工程段各计算节点设计洪峰流量

2.3.1 乌浪巴依排洪沟洪水汇合口处设计洪峰流量

乌浪巴依排洪沟洪水汇合口位于两处拦洪导流坝和排洪沟末端，本次设计洪峰流量按对防洪工程最不利情况考虑，既在洪水汇合口处发生遭遇型洪水。也就是2号沟、3号沟、4号沟以及4号沟支沟出山口的设计洪峰流量，在拦洪导流坝和排洪沟中依次遭遇，经排洪沟疏导汇集至乌浪巴依排洪沟的洪水汇合口，与1号沟出山口的设计洪峰流量，经砖厂拦洪导流坝和排洪沟疏导汇集至乌浪巴依排洪沟洪水汇合口的洪水在乌浪巴依排洪沟洪水汇合口处再次遭遇叠加，推算得乌浪巴依排洪沟洪水汇合口的设计洪峰流量，推算结果见表3。

2.3.2 乌浪巴依排洪沟的洪水汇合口处设计洪峰流量

三处计算节点位于乌浪巴依沟中下游河段，计算时河道洪水洪峰流量相对衰减率，就采用在乌浪巴依沟中由两年洪水调查值分析计算的平均每公里洪峰流量相对衰减率均值2.79%。各节点设计洪峰流量采用推算公式Q节P=Q出× (1- S损×L)

式中：Q节P为各节点设计洪峰流量；S损为乌浪巴依排洪沟河段平均每公里洪峰流量相对衰减率；Q乌口P为乌浪巴依排洪沟洪水汇合口处的设计洪峰流量；L为各计算节点之间的距离。

利用乌浪巴依排洪沟洪水汇合口处设计洪峰流量成果，推算得下游各计算节点的设计洪峰流量，见表4。

表3 乌浪巴依排洪沟洪水汇合口处的设计洪峰流量 m3/s

表4 3处工程段设计洪峰流量 m3/s

2.3.3 节点设计洪峰流量成果和理性分析

本次工程河段各节点的设计洪峰流量，通过产洪区域设计洪水计算，采用洪水沿程损失率来计算推求节点位置处的设计洪峰流量，所以北山区各洪沟出山口下游至节点位置处不同形式河道的洪水沿程损失率的确定是设计洪峰流量计算的重点。

洪水沿程损失率计算，是通过测量调查的2015年洪水和2008年历史最大洪水的调查值分析计算，求得各洪沟洪水出山口后沿洪积扇区的河道自然下泻情况时的洪水沿程损失率，和人工加固的排洪沟河道情况时的洪水沿程损失率。在洪水调查过程中，由于调查的2015年洪水和历史最大洪水是前一年和近几年刚发生的洪水，各调查断面发生洪水的痕迹非常清晰，比较准确。糙率参照“水文测验手册”和同类型山溪型河流， 选用各调查河段断面河床糙率，各调查河段布设2个调查断面，进行上下两处过水断面洪水调查值的复合，取其平均值减少了过水断面洪水调查值的误差，这样洪痕和选用糙率确定的比较准确，也就说明各断面调查的2015年6月23日最大洪水的洪峰流量比较可靠，因此说明所计算的洪水损失率也较可靠。采用调查的历史最大洪水位，计算得历史最大洪水的洪峰流量，所计算的洪水损失率与用2015年6月23日最大洪水的洪峰流量所得洪水损失率相差不大，说明调查的历史最大洪水位，计算得历史最大洪水的洪峰流量，与分析计算的洪水损失率比较可靠，从而确保工程河段各节点设计洪峰流量的精度。

3 规划河段河床演变

根据克尔古提水文站1981—2015年实测悬移质泥沙资料分析可知：该地区河流暴雨洪水期，水量集中、流速大，水流挟沙能力加强，使得河流含沙量剧增。根据洪水调查实地踏勘，北山1～4号沟和4号支沟出山口处河床质多由砂加卵石组成，且出山口处的冲刷明显。在出山口以下至拦洪导流坝和排洪沟河段，河床质多由戈壁砂石组成，水流较集中，水流挟沙能力较大。

根据北山1～4号沟出山口一下不同年代洪水调查资料和实地踏勘，以及河段河床历史演变情况的对比分析可知：近几年在人类活动的影响下，各洪沟大部分的推移质和悬移质泥沙主要淤积在出山口以下的洪积扇区域，因此在拦洪堤坝和导洪沟内无明显泥沙淤积现象，导洪沟部分河段有冲刷下切现象。乌浪巴依沟汇集口以下修建的12.30 km排洪河道内，没有形成明显的整体下切和淤积河段，只在排洪河道内有局部的冲刷或泥沙淤积现象。所以河床变化不大。

4 结语

乌浪巴依沟洪水暴涨暴落，根据防洪工程建设需要，利用临近的克尔古提水文站和位于出山口的黄水沟水文站作为参证站，采用洪峰流量模比系数地区综合频率曲线法，对4个沟口的洪水和3处工程点不同频率下的洪峰进行了计算。由于乌浪巴依沟河床变化不大，所以各工程点的最大洪水即为该工程的设计洪峰流量，可以于工程建设设计参考值。