新疆乌苏市四棵树河河道防洪工程洪水分析计算

尹伟叶

（新疆维吾尔自治区塔城水文勘测局，新疆 塔城 834700）

1 工程概况

四棵树河流域水利开发时间比较早。据乌苏县志记载，明末清初，准噶尔人曾在四棵树河上游前山带挖了一些简易渠道，引水浇灌青稞和糜子。民国前后该流域内又断断续续修建了一批引水灌溉设施，但总的来说，规模都比较小，发挥效益不大。

新中国成立初期的十多年内，由于财政拮据，受技术水平的限制，水利建设起步缓慢，仅停留在修旧利废的基础上。由于四棵树河无控制性的水利枢纽工程，洪水得不到有效控制，对流域内水利工程设施和下游交通运输、人民生命财产安全以及乌苏市社会经济发展造成极大的破坏和潜在的威胁。

2 河流水系

四棵树河为奎屯河最大支流，河流先由西南向东北流淌，在九巴勒贝勒其尔沟汇合口附近到吉勒德水文站，河流基本由南向北,流出吉勒德水文站后，河流改由东南向西北方向下泄。河流出山口后蜿蜒北下，穿过丘陵、洪积冲积平原，自然状态下汇入奎屯河。

3 重点防洪河段

根据乌苏市水利局和地区水利水电勘察设计院要求及前后两次的实地踏勘，确定重点防洪河段有以下几处：

（1）一级水电站引水龙口（石门）至吉勒德水文站。由于该地段降水较多，河网发育，河道支流交汇密集，但人烟稀少，生态环境脆弱，预警预报工作不仅难度大，而且设备投入与维护所需资金缺口较大。长期以来，该地段山洪发生频繁，由此引发的泥石流及山体滑坡时有发生，是重点防洪河段之一。

（2）察汗乌苏沟汇合口至北疆铁路大桥。这一河段上，由于引用水量逐年增加，通过河道的水量减少，挟沙能力降低，在公路大桥和铁路大桥上下游长期大量淤积，现仅剩大桥拱圈部分过水，桥洞实际过水能力大大降低，致使高速公路和北疆铁路两条运输大动脉安全畅通受到威胁。

（3）北疆铁路至滚水坝之间。由于下游柳沟水库引水渠的拦截，阻断了水流自然状态下的行洪通道，再加之此段河床拓宽数百米，水流速度平缓，大量泥沙沉积于此。使得防护堤坝内河床明显高出两岸农田、村镇，位于两岸的四棵树镇和哈图布呼镇每年都要投入大量的人力、物力和财力进行防洪抢险工作，不仅严重影响到他们的日常劳作和生活，还要蒙受洪水灾害带来的巨大经济损失。

四棵树河河道防洪工程的实施，将为流域内7万人口人民生命财产安全及灌区三十余万亩的耕地灌溉提供水源保障，也为乌苏市工农业生产和社会经济发展提供强有力的支持。

4 水文资料概况

由于四棵树河流域范围内只有吉勒德一个水文站，为进行河道洪水分析及无资料干、洪沟设计洪水分析计算，除吉勒德水文站外，这次还收集了邻近的同发源于天山北坡的精河、奎屯河、八音沟河、玛纳斯河、塔西河流域的精河山口水文站、将军庙水文站、喇嘛庙水文站、肯斯瓦特水文站和石门子水文站洪水资料以及流域下游平原区乌苏市气象站的有关资料。

5 洪水系列分析

5.1 洪水系列一致性分析

就洪水系列而言，影响系列一致性的主要因素来自区间引水、分水、人类活动以及计算断面上下迁移等。吉勒德站1959年5月断面迁移距离较短，区间没有引水、分水情况发生，也没有较大支流汇入，人类大规模的开发利用活动较少，可以认为吉勒德水文站洪水资料系列一致性较好。

5.2 洪水系列可靠性分析

吉勒德站、将军庙站、喇嘛庙站、精河山口站、肯斯瓦特站和石门子站均为国家基本水文站，数据采集、整编和刊印均执行国家行业规范要求，资料可靠，精度较高。

5.3 洪水系列代表性分析

由于其它各站洪水资料系列相对偏短，对本流域吉勒德水文站64年洪峰流量系列代表性的分析，初步评价吉勒德站和其它各参站洪水资料系列的代表性。

点绘吉勒德水文站模比系数差积曲线，参见图1。从图中可以看出，整个系列包含有一个完整的大、小洪水年群（周期），经历了一个完整的降落段与涨升段，只是峰、谷出现时间有所不同。即1977年～1988年为大洪水年群，历时12年，1989年～1997年为小洪水年群，历时9年；其中还包含大、小洪水年组，1954年～1976年为小洪水年组，历时23年，1998年～2018年为大洪水年组，洪水系列具有一定代表性。

图1 吉勒德水文站洪峰流量模比系数差积曲线图

6 设计洪水

根据本次防洪规划工作要求，需要分别推算出各设计洪水计算断面设计频率为 0.1%、0.2%、0.33%、0.5%、1.0%、2.0%、3.33%、5.0%和10.0%的设计洪峰流量，作为规划设计部门的设计依据。

根据四棵树河各断面所处位置情况，不同河段设计洪水分析计算的基本思路如下：

（1）首先计算吉勒德水文站断面设计洪水，以吉勒德水文站断面作为洪水计算起始断面，推算各河段计算断面设计洪峰流量。

（2）吉勒德水文站上游河段各洪水计算断面设计洪峰流量的推求，采用洪峰模数法。

（3）对处于径流散失区的计算断面，由于洪水沿程不仅没有区间水量汇入，相反，在沿程演进过程中不断坦化、渗漏损失。对这几处计算断面设计洪水的推算，依据吉勒德站实测洪水资料和各计算断面野外洪水调查资料，计算衰减率，推求出各计算断面的设计洪水。

其中察汗乌苏沟汇合口断面设计洪峰流量计算采用最大值叠加法。

6.1 吉勒德水文站设计洪峰流量计算

根据四棵树河流域唯一具有实测洪水资料的吉勒德水文站洪水系列，以及1982年塔城水文水资源勘测局对流域内1945年8月发生的特大暴雨洪水调查值（350 m3/s）进行分析[1]，将1945年调查历史洪水加入实测洪水系列中，重现期按T=63年不连序系列处理，频率曲线选用P-Ⅲ型曲线，在适线时，主要考虑理论频率曲线与经验点据拟合较好为原则，进行目估适线。

加入特大值后的不连序系列设计洪峰流量经验频率按下式计算：

剔除特大值后的连序系列按下式计算经验频率：

式中：P为设计频率，%；M为特大值排序；N为特大值重现期；L为连序系列中特大值个数；a为特大值个数。

对于不连序系列，各阶样本矩及统计参数的计算公式为：

吉勒德水文站设计洪水统计参数及计算成果见表1，适线结果见图2。

表1 吉勒德水文站设计洪峰流量成果表 单位：m3/s

图2 吉勒德水文站洪峰流量频率曲线图

6.2 察汗乌苏沟设计洪峰流量计算

察汗乌苏沟位于吉勒德水文站下游13 km处的左岸，沟口以上集水面积130 km2，沟长24.5 km，河道纵坡降为60.3‰，其设计洪峰流量分析计算采用地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法。

对于缺少洪水资料的中小流域，利用邻近流域洪水资料点绘地区洪峰流量模比系数综合频率曲线图，推求设计流域设计洪水，是目前解决无资料地区设计洪水的一种有效方法。

在此，选取同一气候分区内的精河山口站、八音沟河喇嘛庙站、玛纳斯河肯斯瓦特站、塔西河石门子站及设计流域四棵树河吉勒德站共五站实测洪峰流量资料，进行计算。

从地区洪峰流量模比系数综合频率曲线上可得到调查洪水及不同设计频率洪峰流量模比系数，见表2、表3及图3。

表2 地区洪峰流量模比系数设计K值计算成果表

表3 察汗乌苏沟断面设计洪峰流量成果表 单位：m3/s

图3 洪峰流量模比系数地区综合频率曲线图

6.3 察汗乌苏沟汇合口断面设计洪峰流量计算

由于察汗乌苏沟汇合口至吉勒德水文站区间没有较大的支流汇入，所以，察汗乌苏沟汇合口设计洪峰流量计算可以从以下方面考虑：将吉勒德站设计洪峰流量经过衰减损失后到达察汗乌苏沟汇合口，与察汗乌苏沟设计洪峰流量进行叠加，即为所求的察汗乌苏沟汇合口断面设计洪峰流量值。其成果见表4。

根据以上洪水分析计算的基本思路与计算方法计算出四棵树河河道防洪规划各计算断面设计洪峰流量计算成果汇总表，见表5。

表4 察汗乌苏沟汇合口计算断面不同频率设计洪峰流量成果表 单位：m3/s

表5 四棵树河各防洪计算断面设计洪峰流量成果汇总表 单位：m3/s

7 结语

乌苏市四棵树河河道防洪洪水分析计算，根据防洪规划工作大纲的要求，对各个防洪节点断面的设计洪水，采用了不同的方法，根据本次防洪规划工作要求，分别推算出各设计洪水计算断面设计频率为 0.1%、0.2%、0.33%、0.5%、1.0%、2.0%、3.33%、5.0%和10.0%的设计洪峰流量，作为规划设计部门的设计依据。缺乏区域洪水及暴雨资料，给设计洪水的分析计算带来了一定的难度。特别是暴雨洪水，无规律可循，随机性很强，预测难度大。由于资料的局限性，使成果的精度受到一定的影响，因此，在防洪规划实施中，对此类非工程措施应给予足够的重视，建议加强区域洪雨水资料的收集、监测，提高防洪预警能力，保证城市经济的健康发展。