膘尔托阔依河引水渠工程设计洪水计算方法探析

扎地拜克·依沙克江

（新疆维吾尔自治区克孜勒苏水文勘测局，新疆 阿图什 845000）

膘尔托阔依河是新疆克孜河右岸的一条较大支流，流域面积1427 km2。为加快畜牧业的发展和广大农牧民脱贫致富奔小康的步伐，克孜勒苏自治州党委提出从膘尔托阔依河引水灌溉，在膘尔托阔依河汇入克孜河口右岸的山间平原盆地开发建设5×104亩草料基地。为了确保引水渠安全建设，需对工程处设计洪水进行分析。

1 流域概况

膘尔托阔依河位于克孜勒苏柯尔克孜自治州乌恰县境内，发源于帕米尔高原北部的昆盖山中段北坡，西邻克孜河上游支流玛尔坎苏河，东南与盖孜河支流且木干河为邻，南部为昆盖山区，北部为克孜河。流域内高山、盆地相间，冰川资源较为丰富。河流在注入克孜河汇合口以上绝大部分由山地和山间盆地组成，山前倾斜平原和冲洪积扇面积很小。膘尔托阔依河属暖温带大陆性气候，在高山区，年降水量在235 mm～800 mm 左右，中低山区年降水量115 mm～165 mm，平原区，年降水量都在100 mm 以下。出山口后由西南流向东北，在克孜河卡拉贝利水文站上游12 km 处汇入克孜河，全长57 km，汇合口以上流域总面积1427 km2，河道平均坡降37.6‰。

2 参证站洪水分析

2.1 参证站确定

膘尔托阔依河无基本水文站，克孜勒苏水文水资源局曾于1989 年4 月～1990 年3 月在该河的出山口处设立过专用站，进行了为期一年的水位、流量、悬移质泥沙、水化学测验。为满足本次水文分析计算对水文基本资料的要求，选取并采用同一气候分区内水文站和一些邻近水文站作为参证站进行分析比较。选取的水文测站主要有维他克河维他克站、盖孜河克勒克站及库山河沙曼站等，各站的基本情况见表1。

表1 选取水文站基本情况分布一览表

这些水文站的资料截止年份为2020 年。所有基本水文资料均按相关国标或行业标准监测整编而获得，资料精度较高。经过比较分析，现以同位于帕米尔高原昆盖山北坡、属同一气候分区，下垫面条件也基本类同，径流形成及其水文特征有其共同性的维他克河维他克站作为参证站进行设计洪水计算。

2.2 参证站洪水分析

维他克河已监测有累积37 a 实测洪水资料，基本满足工程水文分析计算的要求。通过资料系列分析，维他克河洪水一般分为冰雪消融洪水和降水、冰雪融水混合型洪水两大类。

1）冰雪消融洪水特性

峰形有显著的日变化，一日一峰，呈锯齿状。洪水发生时间集中在4 月～9 月，洪峰流量值不大，一般洪峰流量为10 m3/s～30 m3/s，最大洪峰流量一般不超过100 m3/s,年最大洪峰流量50 m3/s 左右，占多年统计值的80%以上。洪水历时长，如1966年第一次长历时消融洪水为30 天，第二次长历时消融洪水历时67 天，两次消融洪水洪峰流量分别为63.2 m3/s 和45.1 m3/s。

2）混合型洪水特性

在消融型洪水期间若出现降水天气，就会在较平稳的锯齿之间出现一个陡涨陡落的尖峰，形成混合型洪水。暴雨混合型洪水发生的频次低，37 年洪水资料中，较大的暴雨洪水只发生一次，洪峰流量值为403 m3/s，其余在消融洪水过程中伴随降雨洪水时，洪峰流量最大只有172 m3/s。

2.3 历史洪水调查

维他克河作为盖孜河的一条支流，历史洪水对水文分析及工程规划具有重要作用，1961 年喀什水文水资源局曾组织进行过该河的历史洪水调查工作，其调查成果见表2。

表2 维他克河历史洪水调查成果表

3 工程处洪水分析计算

3.1 洪水类型及洪水特征

依据膘尔托阔依站一年的实测资料，膘尔托阔依河洪水从成因上分析，主要有冰雪消融型洪水（含季节性积雪）、暴雨洪水及混合型洪水两类。洪水特性与参证站维他克河洪水特性基本一样。

3.2 工程处洪水调查及考证

1999 年7 月底8 月初，膘尔托阔依河发生历史大洪水，洪水由降水与冰川融水混合而成，洪灾损失严重。洪水过后，克孜勒苏水文水资源勘测局及时组织了洪水调查。据调查资料，该河发生洪水的时间是在7 月28 日～31 日，大洪水前气温高，天气热，膘尔托阔依山区从7 月27 日～31 日连续降雨，尤以7 月30 日下午降水量最大。膘尔托阔依河28 日开始涨水，最大洪水发生在31 日上午，持续到当日中午14 时左右开始消退。

洪水调查测量断面选在膘尔托阔依河入克孜河汇合口以上约500 m 处（即在拟建渠首处附近），该河段顺直，水流集中，洪痕清晰，采用比降～面积法，估算洪峰流量为746 m3/s。洪水调查成果见表3。

表3 膘尔托阔依河洪水调查成果表

经走访调查当地群众，并考证了与膘尔托阔依河相邻的维他克河、卡浪沟吕克河等临近河流，确定1999 年发生的洪水为1959 年以来最大的一场洪水，其调查考证期为62 a。另据调查，历史上膘尔托阔依河在1948 年发生过大洪水，但无量级和排位，1999 年洪水大于1948 年历史洪水与克孜勒苏水文水资源勘测局对邻近河流1999 年洪水调查考证期的推断基本一致。故确定膘尔托阔依河1999 年洪水的考证期为62 a，此次调查洪水重现期为考证期61+1=62 a，计算得此次洪水频率为1.59。

3.3 设计洪水计算

膘尔托阔依河仅有一年实测洪峰流量资料和一次洪水调查资料，无法依靠该站水文资料进行设计洪峰流量计算。现采用多种方法进行分析，以论证其合理性。

3.3.1 综合频率曲线法估算设计洪水

采用参证站和邻近站的维他克河维他克站、盖孜河克勒克站和库山河沙曼站、克孜河卡拉贝利站实测和调查资料，计算各站历年最大洪峰流量模比系数，绘制综合频率曲线，见图1。

利用此图可求得不同频率的Kp值，进而推求设计断面的洪峰流量值。其计算公式如下：

式中：Qp为设计频率洪峰流量，m3/s；Kp为设计洪峰流量模比系数；Kd为调查历史洪水模比系数；Qd为调查历史洪水洪峰流量值，m3/s。

图1 流域年最大洪峰流量模比系数综合频率曲线

式中相关参数取值见表4，以此推求的膘尔托阔依河设计洪峰流量见表4。

表4 膘尔托阔依站设计洪峰流量计算成果表

3.3.2 参证站洪峰模数估算设计洪水

由于膘尔托阔依河与维他克河是处于同一气候分区的相似流域，其洪水的形成具有相似性，故直接移用参证站洪峰、洪量相同频率的洪峰模数估算膘尔托阔依河设计洪水。维他克站洪峰模数法计算成果见表5。

设计洪峰流量按下式计算

式中：Qp为工程场址的设计洪峰流量，m3/s；Mcp为参证站设计洪峰流量模数，m3/（s·km2）；Fg为工程场址以上集水面积，1400 km2。按此方法估算的工程场址处设计洪水成果见表5。

表5 膘尔托阔依站设计洪水计算成果表

由于膘尔托阔依河和维他克河流域降水形式、流域下垫面组成、河道坡降等差异较大，经综合比较、分析产汇流规律、洪水特征，洪峰模数法计算成果可能偏大。喀什噶尔河流域1999 年发生了特大洪水，喀什、克孜勒苏水文水资源局及时作了洪水调查，调查时洪痕清晰，比较可靠，采用地区综合大大增进了系列的代表性，对提高设计洪水成果的质量起着关键作用。因此推荐使用综合频率曲线法设计成果。

3.4 设计洪水成果的合理性分析

本次设计洪水计算成果的合理性，可从以下方面说明。

（1）选用资料可靠，膘尔托阔依河虽只有一年观测资料，但选用的参证站和引用的邻近站资料，都是国家基本水文站的资料，资料年限较长，实测水文资料经新疆水文水资源局审查，符合《河流流量测验规范》《水文资料整编规范》《水文资料刊印规范》等国家标准或行业标准，并已刊印或录入国家水文数据库，资料成果可靠。

（2）喀什噶尔河流域1999 年发生了特大洪水，喀什、克孜勒苏水文水资源局及时作了洪水调查。此次洪水峰高量大，调查及时，洪痕清晰，成果比较可靠。为参证站设计洪水的计算和地区综合大大增进了系列的代表性，对提高设计洪水成果的质量起着关键作用。无疑也提高了工程场址区的设计洪水成果的可靠性。

4 结语

膘尔托阔依河缺乏水文资料，为了确保引水渠的安全性。本次设计洪水计算，采用两种方法分析，即地区洪峰流量综合频率曲线法、洪峰模数法，经对两者计算成果比较，洪峰模数法计算成果偏大，建议工程场址设计洪水采用地区洪峰流量综合频率曲线法计算成果。本文分析计算成果可为无水文资料区工程建设设计洪水分析计算提供借鉴。