九家湾水库除险加固设计洪水分析

赵丹丹

（新疆维吾尔自治区水利管理总站，新疆 乌鲁木齐 830000）

0 引言

九家湾水库位于乌鲁木齐市沙依巴克区九家湾，始建于1966 年，水库通过湟渠引蓄、收集东和平渠水和泉水，是一座小（1）型平原水库，控制灌溉面积666.67 hm2。水库原设计总库容116万m3，主要建筑物由大坝、放水管组成。

1 水库水源分析

1.1 水库水源

九家湾水库位于雅玛里克山北坡，妖魔沟下游，水库利用泉水溢出形成的洼地在其北侧建坝，形成一注入式水库。九家湾地区是一带状山间盆地，雅玛里克山北坡、西山东坡的洪水都向盆地内汇集，盆地东北部的黑山头与平顶山之间有一条排洪主河道，将盆地内的洪水排入和平渠。水文计算断面引洪渠首以上集水面积25.60 km2，河长15.90 km，河道比降23‰。

1.2 水文参证站

项目区内没有水文和气象站点，属无资料区域。九家湾水库距英雄桥水文站54 km，距乌拉泊站42 km，距白杨河站120 km。同项目区相比，英雄桥水文站和乌拉泊水文站集水面积过大，测站高程较高，因此，选取了同处天山北坡，高程基本相同、集水面积接近的白杨河水文站点作为此次洪水分析计算的参证站。

2 洪水成因及特性

2.1 暴雨特性

九家湾地区是带状山间盆地，雅玛里克山北坡、西坡和西山东坡的洪水都向盆地内汇集，盆地东北部的黑山头与平顶山之间有一条排洪主河道，将盆地内的洪水排入和平渠。104团纸箱厂以南的妖魔沟与后沟汇集雅玛里克山西坡的洪水，沟长而且汇水面积大，是九家湾地区的主要洪水来源，这部分洪水流经纸箱厂家属院，穿过西山公路和兰新铁路涵洞与来自烧碱厂上游雅玛里克山北坡的洪水汇合后，流向东北方向，在312国道和外环路附近与来自西山东坡的洪水汇合，然后沿排洪主河道下泄。

此地区降水以大尺度天气系统影响为主，伴有中小尺度天气系统活动，局地暴雨时有发生。发生暴雨的时间统称在夏季6、7、8三个月里，常常是较高气温持续数日，然后大雨不断，阴雨天气维持2-3日甚至更长。由于山地抬升效应，常见暴雨以中高山带为中心。局地暴雨历时短而强度大。

2.2 洪水特性

九家湾地区洪水主要是局地性暴雨洪水，也有春季融雪性洪水。季气温回升快，积雪迅速融化，再伴以春雨相应，则易形成威胁城区的春洪，春洪通常发生在3月10日前后，一般持续2-3 d，但有时也要持续1 周以上，根据资料记载，春洪发生日期、量级主要与春初积雪和开春后气温回升有关；局地性暴雨洪水多发生在夏秋季，不同尺度的天气系统过境时，由于地形

等各类因素影响，可能发生短历时高强度暴雨，一般情况下暴雨笼罩面积小，仅数十到数百平方公里，暴雨历时短，多为几十分钟，但强度大，可能在小范围内造成洪水灾害，雨强大于下渗则很快产流。

3 暴雨洪水分析

3.1 设计暴雨计算

设计暴雨计算采用频率分析法。对项目区历史暴雨资料无法进行重现期调查和考证，直接采用乌鲁木齐气象站1951-2017年共67年的最大一日降水量系列资料作皮尔逊Ⅲ型频率曲线，乌鲁木齐气象站年最大一日降水量频率计算成果见表1。

表1 参证站乌鲁木齐气象站最大一日降水量频率计算成果表

3.2 设计洪水计算

此次计算所涉及的洪水属无资料地区，依照《水利水电工程设计洪水计算规范》对短缺资料地区设计洪水分析计算的要求，必须采用多种方法计算，并对各计算方法计算成果进行综合分析，合理选定最后推荐成果。根据上述要求，此次采用调蓄经验单位线法、洪峰模数法、推理公式法及暴雨产流法四种方法进行设计洪水计算。

3.2.1 调蓄经验单位线法

点面折算系数取用1.00，再将最大一日暴雨乘以转换系数K，采用全区统一值1.13。经计算，计算断面设计洪水成果见表2。

表2 调蓄经验单位线法计算断面设计洪峰流量成果表

3.2.2 推理公式法

该区洪水类型为暴雨洪水，推理公式法是规范推荐推求小流域暴雨洪水使用的方法之一。根据《水利水电工程设计洪水技术规范》及《水利水电设计洪水计算手册》等参考技术数据，并结合流域下垫面条件，选取不同参数采用推理公式法计算出九家湾水库设计洪峰流量。其中，流域面积为25.60 km2，沟长15.92 km，比降为0.02，汇流参数为1.69。

3.2.3 洪峰、洪量模数法

以阜康白杨河站作为参证站，绘制1964-2017年最大洪峰流量频率曲线，以适线法进行适线，从而得到设计洪峰流量的参数。计算结果见表3。

表3 模数法计算断面设计洪峰流量成果表

3.2.4 暴雨产流法

因白杨河水文站洪量主要是混合型洪水，而此次计算断面的洪量主要来自暴雨，通过暴雨产流法计算出纯暴雨在流域上的产洪流量。参证站乌鲁木齐气象站最大一日降水量频率计算成果见表2，汇流面积为25.60 km2，经验产流系数取0.35。

3.3 设计洪水成果推荐

通过调蓄经验单位线法、洪峰洪量模数法、推理公式法及暴雨产流法对九家湾水库上游断面的设计洪水进行计算，不同方法计算设计洪水成果见表4。

表4 不同方法计算设计洪峰、洪量汇总表

由表4 可以看出，三种方法计算成果差异较大，可能与洪水计算方法的适用性有关。①调蓄经验单位线法采用的是乌鲁木齐气象站的实测降水资料，最大24 h 降水量是转换而成的，且使用的产流、汇流参数没有实测资料验证，任意性较大，不推荐调蓄经验单位线法计算的洪峰成果。②九家湾水库上游流域的夏季暴雨洪水为陡涨陡落的过程，通过暴雨产流法计算的百年一遇洪量为64.40 m3，洪峰洪量模数法计算百年一遇洪量为86.53 m3，调蓄经验单位线法计算百年一遇洪量为53.29 m3，考虑到工程最不利的因素，选择最大的洪量作为水库的设计洪量。因此，洪量成果推荐洪量模数法计算成果。

4 结论

经九家湾水库水源、洪水成因及特性调查分析，采用调蓄经验单位线法、洪峰洪量模型法、推理公式法及暴雨产流法推求水库设计洪水，并对结果合理性分析。选定推理公式法推算的洪峰成果，采用洪量模数法计算的洪量成果比较合理。