喀拉果勒洪沟引水渠首设计洪水计算方法及成果合理性分析

(新疆阿克苏水文勘测局，新疆 阿克苏 843000)

1 流域概况

1.1 地理概况

分析区地处拜城县黑英山乡。黑英山灌区属于克孜尔河流域，本次喀拉果勒灌区富民兴牧水利工程位于库车县阿格乡和黑英山的分界线喀拉果勒沟西侧黑英山乡八大队，距黑英山乡政(镇)府30 km，引水渠首地理坐标东经82°57′24.12″，北纬42°20′21.6″。喀拉果勒洪沟流域最高峰海拔4 296 m。在3 000 m以上高山区，山体险峻，地面崎岖，基岩裸露，沟河纵横，在海拔3 000 m左右分布有植被，海拔1 500～3 000 m，为中低山带，地势起伏相对较小，气候特征为：北部山区气候温凉，热量不足，空气湿度相对较大，降水相对充沛。

1.2 河流水系

喀拉果勒洪沟发源于中天山南坡，位于阿克苏地区拜城与库车县交界处，流向自北向南，喀拉果勒洪沟拟建引水渠首，渠首断面以上流域面积173.2 km2，调查断面以上河长18.3 km，东经82°51′-83°00′，北纬42°20′-42°28′之间，流域平均宽度约9.45 km，是一条狭长的河道。喀拉果勒洪沟水量主要来自于季节性积雪和降水及地下水补给。

2 水文基础资料调查分析

2.1 水文资料

喀拉果勒洪沟流域无水文站，为满足本次分析计算的要求，我们选取了库车河兰干水文站、黑孜河黑孜水文站作为本次洪水分析的参证站，俩水文站观测项目包括水位、流量、泥沙、降水、蒸发、气温、冰情、水质等[1]。

2.2 野外调查

为准确分析对拟建引水渠首断面洪水计算，阿克功水文勘测局组织技术人员，对喀拉果勒洪沟进行了野外调查，访问了当地喀拉果勒村卡斯木等三位村民，年龄分别为48岁、37岁和22岁。据他们叙述：对于20年前发生的大洪水，洪水发生时的详情和发生年份记不清了，只是对近期发生的大洪水印象较为深刻，近年俩场大洪水发生年份是： 1999年和2010年的洪水最大，这于临近水文站兰干水文站、卡拉苏水文站有实测资料最大洪水年份相吻合。

3 洪水计算分析

3.1 洪水成因类型

根据同流域同地带参证站水文资料分析，计算区洪水的成因主要有三种类型：(1)区域降雨，特别是中低山区大降雨形成的洪水；(2)随着气温逐渐上升，季节性积雪、冰川以及永久积雪消融汇入河流形成洪水；(3)暴雨融雪混合型洪水[1]。

3.2 历史洪水重现期确定

根据被访问者描述，2010年洪水为他们见过的最大洪水，按15岁有较好的完整记忆本次洪水至少为33 a以来最大洪水。根据拜城水利局所说，老龙口为1983年修建，本次洪水为龙口修建以来最大洪水，应该至少为30年以来最大洪水。因此，将2010年洪水定位30 a一遇洪水是合适的。

3.3 设计洪水推求

本次洪水计算采用调查洪水校正法、推理公式法、洪峰流量模比系数综合频率法三种方法，推算渠首设计洪水。

3.3.1 调查洪水校正法

对于无资料地区，小流域设计洪水，可将调查洪水直接作为设计洪水[2]。根调查重现期确定。提取参证站兰干水文站年最大洪峰流量设计成果的参数Kp，将调查洪水作为设计值校正平均值设计出喀拉果勒洪沟渠首的各设计值。见表1[2]。

3.3.2 推理公式法

(1)根据库车县1957-2017年最大一日降水资料系列，推算不同频率最大一日降水量，见图1，见表2。

表1 渠首设计洪水计算成果表

图1 库车县气象站1951-2017年最大一日降水量频率曲线图表2 库车县气象站最大一日降水量频率计算成果表

统计参数设计频率/% 降水量/mm均值/mmCvCs/Cv123.351016.80.753.565.955.648.242.232.3

(2)由天山南坡库车县地区时面深综合曲线图[3]，查出拟建渠首24 h点面折算系数，喀拉果勒洪沟流域面积173.2 km2，点面折算系数采用0.98，将最大一日暴雨乘以转换系数K，求得最大24 h暴雨均值。转换系数K采用全区统一值

1.13。利用库车县最大一日降水均值，查处项目区中心最大一日降水，推算设计降水量。

(3)根据雨量分配过程假设产流历时tc，在《新疆维吾尔自治区中小流域设计暴雨洪水图集》产流综合图上查出相应产流期平均损失率f后，求得产流期雨量ptc，验证tc是否合适。

(4)计算产流期平均净雨强度I净。

I净=R净/tc

(1)

R净=ptc-f×tc

(2)

(5)用集水面积F和I净，根据推理公式假设m值，推算设计洪水查，调整m值使其设计30 a一遇洪水基本与调查值相符，设计成果见表5。

表3 设计流域特征值计算成果表

表4 设计流域暴雨频率参数表

表5 渠首各频率洪峰流量计算成果表

3.3.3 洪峰流量模比系数综合频率法

选取处于同一气候区内的卡拉苏水文站、黑孜水文站、兰干水文站及迪那河水文站作为参证站，根据参证站实测年最大洪峰流量及历史调查洪水资料，用地区模比系数综合频率曲线法，推求设计站不同设计频率洪峰流量。具体方法如下：

(1)分别计算各参证站洪峰流量系列的模比系数；(2)将各参证站洪峰流量模比系数经验点绘在同一张概率格纸上，取各种频率的模比系数配线，即地区综合频率曲线法。在配线时取经验点据上外包线，得到最大值法配线。此次我们选取偏于安全的最大值法成果，参证站洪峰流量模比系数地区综合频率曲线图见图2 ，Kp值见表6。(3)在地区模比系数综合频率曲线上查算调查的30 a一遇洪峰流量重现期相应的模比系数Ki；(4)根据不同设计频率下洪峰流量与其相应模比系数的比值相等的原则。用调

查洪峰流量模比系数与设计频率洪峰模比系数的比值乘以调查历史洪水洪峰流量，得到设计频率洪峰流量。

表6 地区综合频率计算成果表

图2 喀拉果勒洪沟所在区域地区综合频率曲线

地区综合频率曲线法公式：QP=(KP/K调)Q调

(3)

式中：KP、K调为设计洪峰流量模比系数及调查洪峰流量模比系数；QP、Q调为设计洪峰流量及调查洪峰流量。

由此推算的设计洪峰流量成果，则为喀拉果勒洪沟拟建渠首不同频率洪峰流量设计成果，计算成果见表7。

表7 喀拉果勒洪沟拟建渠首设计洪水成果 m3/s

4 设计洪水计算成果合理性分析

以上对喀拉果勒洪沟拟建渠首设计洪水的计算，从以上计算中可以明显看出三中方法所推求成果比较接近，充分考虑地区洪水特性与差异的情况下，选取偏于安全的最大值法的kp成果，由此推算喀拉果勒洪沟拟建渠首设计洪水，无论从洪水计算依据的资料精度，还是从安全角度考虑，作为设计洪峰流量成果推荐地区综合频率曲线法较合适。

5 结语

通过对喀拉果勒洪沟流域水文基础资料的调查分析，针对拟建引水渠首断面进行洪水计算，在充分分析、了解和掌握洪水规律的基础上，采取多种方法进行计算。并对设计洪水的计算成果合理性进行分析，最终得到了最切合实际的计算成果，拟定了一个既经济又安全可靠的工程设计方案。最大限度的防止了洪水灾害的发生，保证了水资源的充分调配及建筑物安全。

[1]郭爱军，何向东.库车河水文分析计算：15-17.

[2]小型水力发电站水文计算规范.(SL 77—94).

[3]新疆水文水资源局.新疆维吾尔自治区可能最大暴雨图集.1978.

[4]长江流域规划办公室水文处.工程水文计算及水利计算.1980.