开都河和托什干河梯级地区洪水组成分析

马永红，刘国庆

1 流域概况

开都河流域位于新疆巴音郭楞蒙古自治州境内，为塔里木河的四大源流之一。开都河为一内陆河流，发源于海拔4315 m的天山山脉中部依连哈比尔尕山南麓萨尔明山，流经大小尤尔都斯盆地巴音布鲁克大草原，中游穿越呼斯台西里至大山口的峡谷段，区间汇入的较大支流有：萨很托亥、霍尔古图、察汗乌苏等河流，出山口后流向东南，注入博斯腾湖。河流全长525 km，博斯腾湖以上流域面积22550 km2，大山口水文站以上流域面积18740 km2。

托什干河是新疆南疆第一大河阿克苏河的两大支流之一（阿克苏河两大支流分别为托什干河和库玛拉克河），其发源于吉尔吉斯斯坦共和国境内的阔科沙岭山脉，在阿克苏市西大桥以上12.4 km处的喀拉都维处与库玛拉克河汇合，始称阿克苏河。托什干河由吉尔吉斯斯坦进入我国后，分别流经克孜勒苏柯尔克孜自治州的阿合奇县和阿克苏地区的乌什县。托什干河从河源至与库玛拉克河汇合口全长457 km（其中我国境内全长361.5 km），河道平均坡降5.5‰，沙里桂兰克水文站以上集水面积19166 km2（其中吉尔吉斯斯坦境内集水面积8170 km2），多年平均年径流量28.35亿 m3。

2 洪水成因

2.1 暴雨特性

开都河流域的暴雨成因，从环境形势与天气系统而言，多属于“北高南低型”，此环流形势北部为高压脊，南部为低压槽式低涡。流域地形向南倾斜开口，为偏西方向水汽的迎风坡，是新疆暴雨多发生地区之一。在本区域内无明显的长历时（24小时）暴雨中心位置，降雨高值区多沿等高线分布。降雨强度以及雨区中心的位置，具有较大的偶然性。

阿克苏河流域各干支流是以冰雪消融补给为主的河流，盛夏大规模的冰雪消融是河流洪水形成的最基本原因，此外，该流域又是新疆的集中降雨区之一，暴雨洪水发生的频次较高，其中，由于托什干河集水面积中所含中低山区的集水面积相对较大，暴雨洪水发生的频次高于支流库玛拉克河。

2.2 区间洪水划区

开都河与托什干河相似，中游河段上下游都有两个水文站控制，开都河上游为萨恨托海水文站，下游为大山口水文站；托什干河上游为契恰尔水文站，下游为沙里桂兰克水文站。

分析已有的实测降雨、洪水资料，开都河的洪水主要产生于萨恨托海至大山口区间，大洪水一般主要为暴雨形成，而一般中小洪水多为冰雪消融形成及降雨和冰雪融化所形成。前种类型的洪水陡涨陡落，后种类形的洪水涨落缓慢，且连续数天，峰、谷有明显的周期变化。

开都河的暴雨中心在萨恨托海站～大山口站区间，其中主要在萨恨托海站～哈尔嘎廷郭勒梯级之间，而哈尔嘎廷郭勒梯级以下雨量锐减，且梯度较大。为了便于推求萨恨托海站～大山口站区间各规划梯级的洪水，故考虑萨恨托海站～大山口站区间划分为两雨区：萨恨托海站～大山口站区间总面积为3976 km2，即萨恨托海～哈尔嘎廷郭勒梯级为一分区，汇水面积为1987 km2，而哈尔嘎廷郭勒梯级～大山口站为二分区，汇水面积也为1989 km2，两个分区的汇水面积各占萨恨托海站～大山口站区间面积的近二分之一。

一分区基本为年降水量400 mm等值线包围的范围，区内雨量梯度不大，二分区的年降水量范围水量由400 mm降至100 mm左右，为开都河雨量梯度大值区。但是鉴于实测资料所限，萨恨托海站～大山口站之间的雨量梯度按直线变化处理。

根据萨恨托海及大山口两站七场大雨实测资料绘制雨量概化线（直线），即两站雨量分别除以萨恨托海站雨量。并有七场概化线进行综合，求绘一条代表线。一分区中心读数0.87，二分区中心读数0.54，则一分区占的比例为0.62，二分区为0.38，各梯级比例系数见表1。

表1 各梯级面积占分区比例及系数K值表

假定萨恨托海站～大山口站区间洪水的产洪系数相等，假定在同一个分区内产洪量是均匀的，则萨～大区间的洪水量中有62%来自一分区，38%来自二分区，这样只要求出萨～大区间洪水量值，即可求得一、二分区的洪水量值。

3 开都河、托什干河中游河段地区洪水组成

图1 开都河中游河段各梯级洪水量值分析图

图1 中横坐标代表开都河中游河段萨恨托海水文站和大山口水文站之间各梯级的集水面积，纵坐标代表水文站及各梯级洪水量值。

考虑萨大区间洪水的不均匀性，萨大区间洪水分为两个分区。图1中AC段表示萨恨托海水文站独立选样洪水量值；BD段表示大山口水文站独立选样洪水量值；CK表示一分区暴雨洪水的梯度变化，一分区暴雨集中，洪水梯度变化较大；KD表示二分区暴雨洪水的梯度变化；DE表示萨大同频，相减得区间相应洪水；CK、KD与各梯级纵线相交点表示各梯级洪水量值。图中各线段的相对位置符合各水文站及各梯级洪峰、各时段洪量场次洪水的变化规律，也符合峰、量的均值及各频率设计洪水的变化规律。

3.1 地区洪水组成

三种组合方式：

（1）萨恨托海水文站和大山口水文站同频，区间相应；

（2）萨恨托海水文站和大山口水文站区间与大山口水文站同频，萨恨托海水文站相应；

（3）萨恨托海水文站和大山口水文站区间与萨恨托海水文站同频，大山口水文站相应。

3.2 开都河地区洪水组成各组合洪水分析

第（3）种组合方式由于样本的选取是以萨恨托海水文站为主，萨恨托海水文站融雪洪水量值较小，考虑汇流时间差10小时后，相应大山口水文站洪水，这一洪水远小于第（1）种组合中BD段大山口水文站独立选样洪水量值，因此无论区间洪水还是各梯级洪水，计算的量值都很小，第（3）种组合方式不是安全的组合方式。

第（2）种组合方式萨大区间洪水量值较大，区间洪水可计算得较为准确，但是我们的目的是计算各梯级洪水，需将区间洪水与萨恨托海水文站叠加，或大山口水文站与区间洪水相减，才能得到各梯级洪水。这样就出现了与萨恨托海水文站如何叠加的问题。

经分析试算，三种叠加方式多为不安全的组合方式，因此第（2）种组合方式不为安全的组合方式。

第（1）种组合方式CK、KD表示的各梯级洪水从量值上分析是安全的，从水量上论证，在考虑区间洪水不均匀性的基础上各梯级洪水不会出现倒置，符合水量平衡原理。因此采用第（1）种组合方式计算各梯级洪水。

3.3 托什干河地区洪水组成各组合洪水分析

图2 阿克苏河托什干河中游河段各梯级洪水量值分析图

对于阿克苏河托什干河中游河段各梯级洪水的分析从图2可看出：托什干河中游河段与开都河中游河段相似，托什干河中游河段也有两个水文站控制，上游有契恰尔水文站，下游有沙里桂兰克水文站。所不同的是区间下游有支流玉山古西河汇入，算上水文站和支流汇入，共有11个控制断面。玉山古西河上有3个梯级。图2中KY、KY1、KY2分别表示玉山古西水利枢纽、玉山湖一级、玉山湖二级。

地区洪水组成也有三种组合方式与开都河中游河段不同的是区间暴雨较为均匀，不分区，但有玉山古西河汇入，三种地区洪水结果有不同的变化。

第（2）种组合方式契沙区间洪水量值较大，为了计算各梯级洪水，需将区间洪水与契恰尔水文站叠加，或沙里桂兰克水文站与区间洪水相减，才能得到各梯级洪水。同样会出现了与契恰尔水文站如何叠加的问题。

SS′区间洪水如果与第（2）种组合方式契恰尔水文站相应的AQ′段洪水叠加，各梯级洪水沿 Q′K′、K′S 增加，显然小于第（1）种组合方式，各梯级洪水沿QK、NS增加的量值。显然第（2）种组合方式计算的各梯级洪水量值偏小，不安全。如果增加契沙区间洪水量值，必然要减少玉山古西河各梯级洪水量值，因为沙里桂兰克水文站控制了上游两河来水。如果不减少玉山古西河洪水量值，契沙区间各梯级洪水量值就会增加，与玉山古西河洪水量值叠加，必然大于沙里桂兰克水文站实测最大独立选样洪水，洪量计算不满足水量平衡原理，洪峰计算无法说明各梯级与水文站的相互关系。SS′区间洪水如果与第（1）种组合方式契恰尔水文站相应的AQ段洪水叠加，因为SS′的由来是契恰尔水文站相应的AQ′段洪水，SS′区间应与AQ′段洪水叠加。若要SS′区间洪水与AQ段洪水叠加，各梯级洪水沿QK″、K″S″变化。若玉山古西河洪水量值不变，结果托什干河各梯级洪水量值较大，到沙里桂兰克水文站断面得BS″段洪水，大于沙里桂兰克水文站实测最大独立选样洪水量值，显然不合理。大出的 SS″洪水与第（1）、第（2）种组合方式区间洪水差值QQ′相等。显然是SS′区间洪水与最大独立选样契恰尔水文站叠加带来的差值。同样各梯级洪水按QK″、K″S″分布，则在别迭里梯级洪水量值会出现倒挂，也就是这级洪水大于沙里桂兰克水文站实测最大独立选样洪水，这级与沙里桂兰克水文站区间洪水为负值。因此是不合理的。

4 结论

通过两河段地区洪水组成图解说明，各梯级洪水量值分析，第（1）种组合方式即上下游水文站同频，区间相应的组合方式计算的各梯级洪水从量值上分析是安全的，从水量上论证，在考虑区间洪水不均匀性的基础上各梯级洪水不会出现倒置，符合水量平衡原理，从理论分析到实测验证都是合理可靠的。因此第（1）种组合方式是较优、安全的。