新疆阿尔塔什水利枢纽工程设计洪水参数确定

戚海峰

(中国核工业集团新华水力发电有限公司新疆巴州新华水电开发有限公司,乌鲁木齐 830000)

0 前 言

大型水利枢纽工程建设可以改善当地水资源分布不均的现状，对当地经济、社会、环境效益具有重要意义。水利枢纽工程一般承担着重要的防洪作用，合理确定洪水参数可为水利工程设计提供设计依据，在保证工程安全的前提下，可以提高工程设计的合理性、经济性[1-2]。目前，设计洪水参数的确定主要采用内插法、衰减法、直接移用法，针对流域情况变化较小时适宜性较强。针对不同的流域环境条件，需要采用不同的洪水参数确定方法，以保证获取合理的设计洪水参数[3-4]。阿尔塔什水利枢纽工程是叶尔羌河流域重要的水利工程，叶尔羌河流域洪水频发，洪水类型多样，每年洪量变化较大，设计洪水参数确定难度较大。本文根据叶尔羌河流域流域洪水特点，收集历史洪水资料，对历史洪水资料进行统计分析，确定枢纽坝址区的设计洪水参数，为阿尔塔什水利枢纽工程设计及施工提供依据。

1 洪水特征及历史洪水调查

1.1 洪水成因及特性

阿尔塔什水利枢纽工程位于叶尔羌河流域。叶尔羌河流域洪水极为特殊，洪水类型主要包括常见的：冰川积雪消融、暴雨、消融+暴雨混合型、冰川突发型、消融+冰川突发型。其中，浅种洪水类型在新疆地区较为常见，后两种类型洪水在新疆地区较少出现，突然型洪水具有起涨速度、洪峰值极高等特点[5-7]。

1.2 历史洪水与重现期

根据调查，叶尔羌河流域历史上发生过多次洪水。如：1759、1804、1851、1881、1892年等。卡群水文站周边调查的最大洪水发生于1880年9月，最大洪峰流量约为9 140 m3/s。

卡群站除1880年9月洪水大于1961年9月实测最大洪峰之外，其余场次最大洪峰均小于卡群1961年9月实测洪水。因此，选取1880年9月洪水计算历史重现期，历史最大洪水发生时间距调查时间约133 a，因此，历史重现期按照130 a计算。

1.3 洪水系列

卡群、库鲁克栏干水文站站址以上流域，地处山区，实测洪水系列一致性较好，故不进行洪水系列还原计算。其中卡群水文站有1954—2012年共59 a的实测洪水要素资料，较为完整，可满足洪水统计与计算的需要，故不进行实测洪水系列的插补延长工作。库鲁克栏干站与卡群站为叶尔羌河上下游关系，因此可以采用卡群站与库鲁克栏干水文站同期洪峰、时段洪量相关，从而插补出库鲁克栏干站1954—1958、1968—1969、1880年年最大24 h,3、5、7、15 d洪量，组成1954—2012年洪水系列。

表1 阿尔塔什采用水文站信息一览表

2 设计洪水计算

参证站设计洪水根据卡群、库鲁克栏干站1954—2012年水文参数计算，见公式(1)、(2)；按适线法[8]由PIII型曲线进行适线，频率曲线的适线结果参见图1～ 2所示。

图1 流域水系及工程位置

(1)

(2)

公式(1)、(2)中：Q为设计洪峰,m3/s；W为设计洪量,m3/s；F为面积,km2；L为距离,km；K为系数。

图2 卡群站年最大洪峰流量频率曲线

阿尔塔什坝址位于叶尔羌河卡群水文站上游55 km，坝址控制流域面积46 445.6 km2，坝址与卡群站区间面积3 802.4 km2，坝址上游有支流塔什库尔干河汇入。塔什库尔干河下坂地水利枢纽总库容8.67×108m3，水库坝址控制流域面积9 570 km2，不设防洪库容，设计工况下，水库100年一遇洪峰为750 m3/s，最大下泄流量536 m3/s，校核洪水1 310 m3/s，最大下泄920 m3/s，二者削峰约29%[9]。根据水库上游伊尔列黑站与叶尔羌河干流卡群站1960—1967、2000—2010年同期实测洪水资料分析，在不考虑伊尔列黑站与卡群站两站区间洪水汇入的极端情况下，伊尔列黑站洪峰平均约占卡群站的4.5%，考虑下坂地水库调节作用后，洪水约占卡群站的3.2%。可以看出下坂地水库工程修建后，其对洪水的调节作用较叶尔羌河干流小。因此塔什库尔干河上的洪水对下游阿尔塔什水库坝址处洪水影响较小，下坂地水库工程的修建对阿尔塔什坝址处洪水的影响可以忽略不计。基于上述分析，只需计算阿尔塔什坝址处天然洪水情况。

阿尔塔什坝址与下游卡群站区间面积约3 802.4 km2，坝址处无长系列实测水文资料，考虑专用站与卡群水文站同属于叶尔羌河上游下游站，以卡群水文站为参证站，分别采用其年最大洪峰、24 h,3、5、7、15 d洪量与专用站相关，插补出专用站相应洪峰、洪量，两站洪峰流量见图3。

图3 卡群与专用站洪峰流量关系

专用站设计洪水与阿尔塔什坝址设计洪水成果略有差异，设计洪峰偏差在3%以内，设计洪量比原有成果略有偏小，主要是由于卡群站位于专用站以下，区间存在部分产流。考虑到阿尔塔什水库为大I型水库，调蓄能力较强，本次复核洪峰偏差在合理范围内。因此，阿尔塔什坝址设计最大洪水量见表2。

表2 设计最大洪量参数

设计洪水过程线采用同频率法计算，从卡群站实测洪水要素中选取消融与冰川突发洪水的混合型洪水过程，推算阿尔塔什水利枢纽坝址处的设计洪水过程线，并通过调洪计算，推荐采用对工程偏不利的1961年典型洪水，其相应的设计洪水过程见图4。

图4 1961年阿尔塔什水利枢纽设计洪水过程线

3 设计洪水合理性分析

根据1986年7月、1987年6月叶尔羌河冰川洪水科学考察队科研成果，克亚吉尔特索湖、特拉木坎力冰川湖历史最大蓄水量分别为3.18×108、1.92×108m3，两湖合计的最大蓄水量为5.1×108m3。

阿尔塔什水利枢纽按照1000年一遇工况进行设计，设计洪量为8.78×108m3，校核工况采用10 000年一遇洪水洪量5.34×108m3。有记录以来，叶尔羌河最大洪水发生于1962年，7 d最大洪量为6.1×108m3，根据历史洪水资料，1880年9月洪水3 d洪量为7.23×108m3。根据1962年洪量和1880年9月洪水洪量，对叶尔羌河设计、校核工况设计洪水合理性进行分析，设计洪水流量大于历史洪水洪量和冰湖蓄水量。设计洪水参数采用的实测数据考虑了冰湖洪量，设计洪水较为合理。

4 结 论

(1) 阿尔塔什水利枢纽属于叶尔羌河流域，洪水类型主要包括：冰川积雪消融型、暴雨型、消融与暴雨混合型、冰川突发型洪水、消融与冰川突发洪水的混合型洪水，流域洪水较为频发。

(2) 阿尔塔什水利枢纽专用参证站与卡群站洪峰流量满足y=1.1015x-247.03(R2=0.9839)，卡群站洪峰流量较专用站小，主要原因是卡群站位于专用站以下，区间存在部分产流。

(3) 阿尔塔什水利枢纽工程P=0.01%频率下，设计洪峰流量为18 403 m3/s，P=0.1%频率下，设计洪峰流量为13 540 m3/s，P=1%频率下，设计洪峰流量为8 786 m3/s，设计洪水参数与现场调查的历史洪水数据较为吻合，设计洪水参数较为合理。