阿恰勒河洪水特征及调查成果评价研究

王 进

(新疆阿克苏水文勘测局，新疆 阿克苏 843000)

阿恰勒河全长55 km，流域面积460 km2。流域内最高海拔为4 380 m，最低海拔2 060 m，行政区划属于新疆阿克苏地区拜城县，水资源隶属天山南麓渭干河区(三级区)的木扎提河区(四级区)。阿恰勒河是一条季节性河流，整个流域位于拜城盆地老虎台洼地上游，地势北高南低,却勒塔格山东西方向横贯其间，地形复杂，阿恰勒河峡谷成为阿恰勒河肯洪水下泄出口。流域内岩砾裸露，河床由大小砾石，卵石和细沙组成，基本上无植被，逢大暴雨时，必成暴雨洪水，洪水汇集后出峡口直泄拜城县老虎台乡，最后汇入木扎提河。

在阿恰勒河上无任何水文监测资料，为研究该流域洪水特征和进行洪水调查，根据相关规范，考虑该河与紧邻的卡普斯浪河相似，在卡普斯浪河上有唯一的水文站卡木鲁克水文站，所以选用卡木鲁克水文站水文资料作为阿恰勒河水文分析计算的基础数据。

1 水文参证站概况

卡木鲁克水文站设立于1956年10月，该站位于新疆维吾尔自治区拜城县团结乡卡木鲁克村，是卡普斯浪河水量、水质控制站，地理位置：东经81°34′，北纬41°51′，测站以上集水面积1 834 km2,控制河段以上河长65 km，水文站以下27 km，河流与木扎提河汇合，河流全长92 km。洪水类型为暴雨型、融雪型、融雪和暴雨混合型(水文站概况见表1和图1)。

表1 卡木鲁克站资料概况

该站主要观测项目有：水位、流量、泥沙、降水、蒸发、气温、水温、水质等,测验项目均按照相关技术规范执行。水文资料完整，系列长，资料具有一定的代表性，并且水文资料严格执行《水文测验试行规范》及部颁《水文年鉴编印规范》(SD—244—87)，技术方法正确，基础资料可靠。

2 流域洪水特性分析

阿恰勒河是一条山溪性河流，河流一般主要发生的洪水类型可分为冰雪消融洪水、暴雨型洪水和暴雨、冰雪消融混合型洪水。

2.1 暴雨洪水

阿恰勒河流域位于天山山区暴雨带的中心位置，常有大暴雨洪水发生。从历史发生的暴雨洪水情况来看，暴雨洪水一般发生的非常突然，突发性较强，而发生过程中，呈现出独立的峰形，陡涨陡落，洪峰高洪量小，持续时间较短同时没有明显的日变化，历时最长者可达到72 h左右，最短也在10 h左右，大多数情况下持续时间在24 h左右，洪水过程近似尖瘦的等腰三角形形态，且不同时间段各场次的洪水洪量差异较大。卡木鲁克站1982年发生的典型暴雨洪水过程就具有这个特点，详见图2。

图2 卡木鲁克站1982年暴雨洪水过程

2.2 冰雪消融洪水

阿恰勒河流域所在区域属于新疆天山的南坡，该区域高程较低，不利于大规模的积雪和冰川发生，因而总体上河流所在流域范围内的消融型洪水发生的规模一般，洪水峰值最高时也不会超过350 m3/s。主要还是以季节性冰雪消融洪水为主，洪水发生的过程呈现出明显的日变化特点，且与温度的升高关系密切，洪水发生的时间较长，洪水涨幅较为平缓、峰值不高，但洪量普遍较大、洪水过程具有复峰型特点，持续时间较长。其典型特征可归纳为“一日一峰一谷”且“峰值区维持时间较长”的基本特点。从卡木鲁克站1961年典型消融洪水过程线来看，可明显看出消融洪水的发生过程特征(见图3)。

图3 卡木鲁克站1961年消融洪水过程

2.3 混合型洪水

暴雨洪水和冰雪消融洪水两类洪水过程的叠加即就形成混合型洪水，其中有可分两种，一种是冰雪消融洪水涨峰过程与暴雨洪水叠加；另一类是冰雪消融洪水落水过程与暴雨洪水叠加。混合型洪水多发生在河源具有冰川和永久性积雪的河流上，本流域混合型洪水多发生在6-8月。洪水特征具有明显日变化，前期有数日高温天气，出现冰雪消融洪水，后期遇降水天气，从而形成较大洪峰。此类洪水起涨速度快，洪峰高，持续时间长，漂浮物多，流速急，洪量大。图4所示即为较典型的混合型洪水。

图4 卡木鲁克站1999年混合型洪水过程

3 流域洪水调查方法及成果评价

3.1 洪水调查组织及访问

在2019年对阿恰勒河历史洪水进行调查的过程中，由于洪痕不容易辨认，洪水痕迹不明显，因此调查采用现场描述及查看洪水情况进行访问了解，找到附近居民进行了现场指认，知情人对这次洪水的情况描述见表2。

表2 2019年洪水调查访问

3.2 洪水调查河段断面布置及勘测

洪水调查地点选在拜城县老虎台乡开普台尔哈纳村渠首上游500 m处,地理位置为东径81°02′20.52″，北纬41°50′15.64″，也是阿恰勒河出山口。该位置横比降较小，断面较顺直。调查组和当地村民一起，对洪水痕迹进行了辨认，对当时的雨情，水情进行了访问、调查。断面测量取上、中、下三个断面，采用假定基面，测量采用四等水准测量。测量大断面图(图5～图7)。

图5 阿恰勒河上断面图

图6 阿恰勒河中断面图

图7 阿恰勒河下断面图

3.3 造率的选用

近年来水文分析计算中糙率系数多采用三断面约束条件下的糙率试算来确定糙率n值，本次洪水计算采用三断面约束条件下的糙率试算来确定糙率n值。

在调查河段利用曼宁公式分别计算三个断面的洪峰流量，糙率通过洪水调查时假定流量推算及根据调查河段河床情况估算，曼宁公式如下：

(1)

式中：Q为洪峰流量(m3/s)；n为糙率；R为水力半径(m)；S为水面比降(10-4)；A为过水断面面积(m2)。

根据调查河段河床情况，河段顺直，河床主要由沙砾石组成，河槽两岸植被情况较好，大部分水力要素由实地勘测成果确定，为了减少糙率(n)选择的任意性，利用上、中、下三断面水文要素推求各断面河床糙率的关系式。为满足关系式的要求，在野外调查时尽可能在调查河段上选择3处以上的横断面进行大断面测量，以此来增加糙率选择的约束条件。

各调查河段自上游向下游布设A、B、C三个调查断面，推求各断面河床糙率的关系式如下：

(2)

(3)

式中：nA、nB、nC分别为A、B、C断面河床糙率；iAB、iBC、iAC分别为各断面间水面比降；RA、RB、RC分别为各断面水力半径(m)；FA、FB、FC分别为各断面面积(m2)。

对任意给定断面糙率，可由式(2)、(3)确定B、C断面河床糙率。通过试算使任意两断面为控制计算的河段洪峰流量近似相等，即QAB≈QBC≈QAC，相应的一组糙率值经分析基本合理，即为所求，该组糙率值所确定的洪峰流量。

3.4 洪水调查计算方法

调查河段洪峰流量采用三断面约束法计算，此法要求调查断面顺直，河段内各断面的组成基本一致，河段内有多处洪痕点，且分布均匀。计算公式(4)～(6)如下：

(4)

(5)

(6)

式中：QA、QB、QC分别为洪痕上、中、下断面历史洪水洪峰流量；AA、AB、AC分别为洪痕上、中、下断面有效过水断面面积；RA、RB、RC分别为洪痕上、中、下断水力半径；nA、nB、nC分别为洪痕上、中、下断河床糙率；IA、IB、IC分别为洪痕上、中、下断水面比降。

3.5 洪水调查成果评价分析

综上所述，本文所提供洪水调查成果的调查数据采用水文四等测量，测量成果较可靠，选用参数基本合理，糙率资料是采用调查河段基本资料，采用两个断面约束计算河床糙率。经合理性分析后将此次洪水调查资料定为较可靠。最终计算的成果表如表3和表4所示。

表3 阿恰勒河洪水调查计算成果表

表4 阿恰勒河洪水调查表

3.6 洪水调查成果中的洪水重现期复核考证

在洪水调查过程中，结合河段自然地理条件和区域暴雨洪水特点，对所调查的历史洪水重现期进行了分析，在分析过程中基于本次调查结果和被65岁的被调查人根据父辈知道的情和自己掌握的情况，认为阿恰勒河2009年7月22日洪峰为65年最大，因此所调查洪水的考证期为：调查考证期N=65年，其重现期T为：T=N+1=66 年。将2019年调查的洪峰流量定为第一位洪水。

4 结语

由于特殊的地理位置和地形地貌特点，拜城县历来是新疆山洪灾害频发地区之一，阿恰勒河作为拜城县境内的十几条主要河流之一，属于山溪性河流，洪水的主要来源是中低山区大降雨形成暴雨洪水和气温逐渐上升而引起的消融洪水。在对该河流洪水特性进行总结和详尽调查评价的基础上，可掌握河流的洪水特征及基础技术数据，为流域水资源合理开发利用和人民群众生命财产安全提供保障。