阿克苏河流域洪水的时空分布特征分析

丁文杰

(新疆阿克苏市水利局，新疆 阿克苏 843000)

阿克苏河流域位于天山南麓中段西部地区、塔里木盆地西北边缘，流域的地理位置位于东经75°35′～82°00′；北纬40°17′～42°27′之间，阿克苏流域流域面积5.14×104km2。工程场址位于西大桥(新大河)水文站下游22 km拜什吐格曼乡，大河桩号：36+890～41+590。

阿克苏河由托什干河及库玛拉克河汇合而成，流域水资源开发历史悠久，水利工程众多，托什干河自上而下依次建有跃进渠首、秋格尔渠首、联合渠首、阿合雅渠首、吉格吉渠首、麦盖提渠首、红星渠首等水利工程，库玛拉克河自上而下建有协和拉引水枢纽、革命大渠龙口、多浪渠首等水利工程。两河汇合后主要建有西大桥电站引水渠首及艾力西渠首。

1 流域概况

1.1 地形地貌

阿克苏河拜什吐格曼下段防洪工程段位于阿克苏河流域上游河段，距阿克苏市30 km，地貌上处于南天山山地与塔里木盆地北西缘交合处。阿克苏河流域地势总的轮廓是北高，南低，高处为中、低山丘陵，低处为阿克苏河冲洪积平原。

(1)北部中、低山丘陵：位于阿克苏河上游，为背斜(特里木背斜)隆起带。海拔高程1 300～1 900 m，相对高差小于200 m。山地北西向沟谷发育，丘陵顶部浑圆，丘陵坡度平缓，干燥剥蚀作用强烈，风化的砂卵砾石遍布坡面。中、低山丘陵出露地层为Q1x西域组砾岩。

(2)北部山区山前洪积倾斜砾质平原：堆积层主要为(Q3PL)砂卵砾石层。山前砾质带坡度较大，一般为3°～5°，除乌什平原西北边缘砂质带有短途的常年性径流外，地表径流均贫乏，只有短暂的洪水，在丘陵区的各洪沟出口处，排列着近代小洪积锥，北山山麓带的沟谷深达10～20 m，一般侵蚀作用较弱，冲沟深1～4 m，地面极端荒漠化。

(3)阿克苏河冲洪积平原：为上更新统(Q3aL)和全新统(Q4aL)冲积细土(包括粘性土、砂土及砂卵砾石)分布区。细土堆积厚度几米至30余 m，其下为巨厚的砂卵砾石层。地面平坦，微向河谷倾斜。阿克苏河右岸普遍发育有Ⅰ～Ⅲ级阶地，属基座阶地。Ⅰ级阶地高出河床1.0～2.0 m，Ⅱ级阶地高出河床3～6 m，Ⅲ级阶地高出河床10～20 m。

(4)西南部中、低山丘陵：为南部干旱荒漠性质的基岩山区。其西部(柯枰县)地势最高，海拔3 500～3 600 m，其余则渐降低至1 500～1 600 m，整个南部山区为北东—南西向穹形构造隆起(柯枰断隆)。在阿克苏市附近主要为海拔1 200～1 600 m单面低山、丘陵，出露地层主要为元古界，新生界第三系地层。下、中石炭统(C1-2)，绿色、灰绿色绢云母绿泥石—石英片岩，千枚。灰岩、泥质灰岩及页岩。

1.2 河流水系

阿克苏河由库玛拉克河和托什干河汇合而成，西大桥水文站基本控制了阿克苏河的水量。

库玛拉克河(又称昆马力克河)流域位于新疆阿克苏地区的温宿县境内，地理坐标介于东经78°15′～80°12′，北纬41°10′～42°24′之间，为阿克苏河两大源流之一。

库玛拉克河发源于天山山脉汗腾格里峰西侧，河流上游水系极为发育，两岸分别有奎柳河、乌奇乔利河、阿克西拉克河、伊内尔切克河、卡英德河等多条支流汇入。进入中国境内后称为库玛拉克河。

库玛拉克河河源冰雪资源极为丰富，据《中国冰川编目》记载，库玛拉克河发育有冰川124条，冰川总面积3 207 km2。河流出山口处设有协合拉水文站，为库玛拉克河出山口控制站，设立于1956年6月，为国家基本水文站。测站以上控制河长260 km，其中境内河长35 km，控制集水面积12 816 km2。

库玛拉克河在协合拉站下游38 km处分为东、西两支(为便于叙述以下简称为分汊口，下同)。西支于分汊口下游21.4 km西大桥电站拦河闸前与托什干河汇合；东支于分汊口下游21.5 km西大桥电站后与托什干河汇合，始称阿克苏河。

托什干河发源于天山南脉主山脊北坡，河源由两条支流组成：西支阿克赛河发源于海拔3 955 m的乌尔他苏达坂附近；东支缪德留姆河发源于海拔3 907 m的库别尔根提山口附近。两支流相向而行，在吉尔吉斯斯坦境内的曹衣东屋附近汇合，汇合口以下河段始称托什干河。托什干河呈羽状水系，自西向东流，沿程接纳多条支流，其中较大支流有艾克提克河、开特别克河、廓噶尔特河、琼乌撤库什河等。

沙里桂兰克水文站为托什干河出山口控制站，测站以上河长为358 km，国内河长177 km，测站以上集水面积为19 166 km2，实测多年平均年径流量为27.99×108m3。

2 洪水分析

2.1 洪水的成因

阿克苏河洪水源自托什干河和库玛拉克河两大支流，因而洪水的成因主要是冰雪消融、冰川突发洪水和局地暴雨。

2.2 洪水的类型及特征

洪水类型分为冰雪消融洪水、冰川突发洪水、暴雨洪水、暴雨及冰雪消融混合型洪水、冰雪消融与冰川突发洪水混合型洪水。阿克苏河汇集了两大支流的洪水，其洪水特征综合了两大支流洪水特性，表现出如下主要特征：

(1)洪水类型多样化。阿克苏河洪水可分为冰雪消融型洪水、冰川突发洪水、暴雨洪水三个基本的洪水类型，不同类型洪水以及两大支流洪水的遭遇，使阿克苏苏混合型洪水形式多样化。

(2)年最大洪峰流量发生时间跨度大。自阿克苏河西大桥水文站设立以来，历年来最大洪峰流量从5-9月均有发生，8月份是年最大洪峰发生频率最高的月份，6-8月份是大洪水多发季节，90%以上年最大洪峰流量均发生在这一时段。

(3)库玛拉克河洪水是构成阿克苏河洪水的主要供水源，二者洪水过程具有相似性，这表明阿克苏河洪水在很大程度上受制于库玛拉克河洪水。因而阿克苏河承袭了库玛拉克河洪水的主要特征，即冰川湖突发洪水频繁发生，洪水过程峰高量大。

阿克苏河西大桥水文站历史最大实测洪峰流量3 100 m3/s，发生于1999年7月。

2.3 洪水的时空分布

阿克苏河的洪水出现在5-8月份，年最大洪峰流量90%以上出现在6-8月，8月份出现的频次最多，可占到50%以上，其次是6月份。阿克苏河年最大洪水各月出现频次见表1。

表1 阿克苏河西大桥水文站年最大洪水各月出现频次

2.4 历史洪水调查

限于人力、物力和工作的局限性，对阿克苏河的历史洪水不再作进一步的调查，本次计算直接采用前人的调查结果如下：

1999年水利部批准的《阿克苏河防洪规划报告》、2012年新疆水利厅批准的《阿克苏河良种场上段防洪工程》及2013年批准的《阿克苏河良种场下段防洪工程》中的洪水调查资料。

对于上述历史洪水在上述水利设计、水文计算报告中都做了大量的考证和复核，一致认为历史洪水调查资料可靠，可以满足洪水设计计算的要求。

2.5 天然状态下设计洪水计算

工程场址距上游西大桥水文站22 km，由于老大河(艾里西)水文站从上世纪60年代已人工控制，且中途无汇水及分水情况，因此，可以直接用西大桥水文站合成洪峰流量的还洪峰流量值的设计做为工程场址设计洪峰流量。

连续洪水系列按下列数学期望公式计算经验频率：

Pm=m/n+1 (m=1，2，…n)

式中：m为洪水峰(量)值大小顺序排位；n为洪水峰(量)系列长度

洪水系列统计参数采用矩法初步估算，采用P-Ⅲ型频率曲线适线法选配确定。设计洪水计算成果见表2及图1。

图1 工程场址洪峰流量频率曲线

表2 工程场址天然状态洪峰流量频率计算表 m3/s

2.6 工况下设计洪峰流量的计算

根据《新疆阿克苏河防洪规划》，工程场址以上各渠首均不承担防洪任务，只有阿克苏(老大河)有防洪任务，因此，本报告采用天然条件下工程场址处设计洪水减去老大河分洪流量的计算成果做为工况下设计洪水。

2.7 施工期设计洪水

根据施工设计的要求，本次计算断面的施工期安排在9-11月。

根据施工期洪水时段的划分，选取西大桥站9-11月的洪水作为样本，由于9月份上游渠首引水对施工期洪水有影响，因此对施工期洪水样本进行还原，采用频率计算法，对该时段内的还原洪水进行计算，频率曲线图见图2。

图2 西大桥站施工期洪水频率曲线

工程场址位于西大桥水文站下游河道左岸，施工期设计洪水达不到老大河分洪洪水，工况下施工期设计洪水，可以直接采用西大桥站施工期洪水。

2.8 成果合理性分析

对分期设计洪水成果，分析各分期洪水的统计参数和同频率设计值的年内变化规律，并与年最大洪水的统计参数和同频率设计值进行比较，对设计成果做合理性检查。对西大桥站的年最大洪水的统计参数和同频率设计值进行比较，计算结果见表3。

表3 西大桥站设计洪水成果对照表 m3/s

从表3中可以看出，施工期洪水各设计频率的设计值均小于同频率下的年最大洪水，Cv与Cs均大于年最大洪水，计算结果较为合理。

3 结语