烏魯木齊市達坂城區黑溝河小流域治理工程設計洪水計算

高俊雙，楊 晗

(1.廣州市水利科學研究所，廣州100055;2.嫩江尼爾基水利水電有限責任公司，黑龍江嫩江161005)

1 前言

黑溝河地處新疆烏魯木齊市達坂城地區柴窩堡－達坂城盆地中，北倚東天山北麓博格達峰，南面為天山中段山脈天格爾山，東面為喀拉塔格山，流域三面環山，西面開闊呈半封閉狀態。

黑溝河發源于東天山博格達峰南坡，由北向南流。上游出山口以上有4條支流分布于左右岸，黑溝河為主河道，流域形狀呈扇形，河源與博格達峰南坡冰川群相連。各支流匯合后沿長7 km左右的山谷至出山口;出山口后呈散射狀進入達坂城谷地農業區。黑溝河渠首(水文巡測站斷面)以上河長24 km，集水面積172 km2，河道平均坡降98‰;黑溝渠首以下至與阿克蘇河交匯處河長34.28 km，河道比降為1.7% ～3.6%。

黑溝河坡陡流急。由于受盆地內水文地質條件影響，山區地表水在運移過程中滲漏較大，地表水、地下水經多次轉化，在達坂城區東南以泉水形式復出，匯入白楊河。

2 洪水類型及洪水特性

黑溝河流域的洪水成因主要是冰川融水和汛期的暴雨。洪水類型有融雪(冰)型洪水、暴雨洪水及暴雨與融雪混合型洪水。

2.1 融雪(冰)型洪水

“三河”流域發源于博格達峰南坡高山帶，這里降水量較豐沛，現代冰川發育，黑溝河冰川覆蓋率為11.5%，因而每當夏季氣溫連續上升，便出現融冰型洪水。這類洪水的主要特征是日變化明顯，對于某個固定斷面，峰谷出現時間較有規律;此類洪水與氣溫變化、冰川面積、積雪變化情況等有密切的關聯性，一般融雪(冰)型洪水規模小。

2.2 暴雨型洪水

博格達山位于西風帶，主要影響其降水的是西北氣流，據中科院考察:由于渦動氣流的影響，博格達峰南坡降水不少于北坡，且集中于夏季，因而夏季常出現暴雨洪水。暴雨型洪水的主要特征是峰高量小歷時短，漲率大，峰顯時間不固定，洪水常挾帶大量懸移質和漂浮物。

2.3 暴雨與融雪(冰)混合型洪水

暴雨與融雪(冰)混合型洪水多發生在夏季6、7、8這3個月，因為高溫天氣與降水都集中于夏季。該類洪水的特征是在有規律的冰川融水基礎上疊加一個尖瘦的暴雨洪峰，峰高量大，歷時較長，漲勢迅猛，突發性強，常構成洪水災害。

黑溝河洪峰出現于7月底至8月初，而11月底至次年4月的流量較小。

3 設計洪水計算

黑溝河渠首洪峰流量資料系列較短，建立黑溝河渠首與英雄橋水文站洪峰流量相關關系，其相關系數0.871。利用英雄橋水文站洪峰流量插補黑溝河渠首洪峰流量，延長年數未超過實測年數的50%，延長后黑溝河渠首洪峰流量系列1977～2008年共計32 a。建立的相關關系物理成因概念清晰、實測點據較多，相關程度較高，插補值在系列中沒有突出偏大、偏小現象。

1977～2008年連續32 a洪峰流量系列，加入歷史調查洪水作為特大值，進行頻率計算，計算結果見表1，流量相關圖見圖1。

表1 渠首站洪峰流量頻率計算成果表m3/s

圖1 英雄橋站與黑溝洪峰流量相關圖

4 計算節點設計洪水推求

在河流節點起始位置和計算節點末端布設相應的調查斷面，以計算節點起始位置和計算節點末端的洪水流量為控制，進行同場次洪水的衰減率計算，求得單位河長衰減率。

由于黑溝河沒有進行過洪水衰減的實驗工作，上下游洪峰流量衰減分析采用烏魯木齊河的實測資料進行分析。根據歷年觀測分析及實地考察，烏魯木齊洪水主要形成于高山地區。從大西溝河源起，沿途各支流洪水不斷匯入，出山口后進入散失區即沿途下滲衰減。自英雄橋站至烏拉泊站48 km河道，洪水沿程大量下滲損失，建立烏魯木齊河英雄橋站與烏拉泊站相應洪水系列，見表2。

表2 英雄橋站與烏拉泊站相應洪峰流量對照表

根據洪水沿程衰減損失情況可知，連續發生數日洪水時，出山口以后下墊面中含水量的增加，相對衰減量會逐漸減少。

依據表2英雄橋站與烏拉泊站相應較大的15場次洪水的洪峰流量進行分析，相對衰減率35.9%，相對衰減率0.747%/km2;絕對衰減量51.6 m3/s/km2，絕對損失量1.08 m3/s/km2。

依據黑溝河洪水沿程衰減的特點，采用相對衰減率0.747%/km2，由黑溝渠首斷面設計洪水成果乘以洪水衰減率，求得河道治理工程位置設計洪水成果，見表3。

表3 黑溝河河道治理工程節點設計洪水結果表

圖2 黑溝河渠首站洪峰流量頻率計算圖

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