新疆葉爾羌河米斯克尼水電站壩址設計洪水計算方法探討

李 悅 范正行 葉緒綱(中國電建集團 貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

新疆葉爾羌河米斯克尼水電站壩址設計洪水計算方法探討

李 悅 范正行 葉緒綱(中國電建集團 貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

葉爾羌河冰川突發洪水以其極高的漲落速率、異常的洪峰而聞名于世，洪水問題一直吸引著眾多中外學者的關注。米斯克尼水電站水庫是葉爾羌河干流規劃的龍頭水庫，對下游防洪起著至關重要的作用，其設計洪水成果直接影響電站的安全與規模。根據流域水文站實測洪水資料，結合冰潰洪水特點，對洪水傳播特性進行了分析研究，并對壩址洪水的計算方法展開了探討。

冰川潰壩洪水;計算方法;葉爾羌河;米斯克尼水電站;新疆

1 工程概況

米斯克尼水電站位于葉爾羌河中游峽谷區，電站水庫是葉爾羌河規劃河段的龍頭水庫;流域面積為24 769km2，水庫正常蓄水位為2 870m，相應庫容為19.19億m3，調節庫容13.87億m3，是Ⅰ等大(一)型工程。根據《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》的規定,設計洪水標準為0.1%,校核洪水標準為0.01%。該工程具有年調節能力，對下游防洪起著至關重要的作用。

葉爾羌河干流上游有庫魯克欄桿水文站(32 880km2)和卡群水文站(50 248km2)。米斯克尼水電站壩址位于庫魯克欄桿水文站上游約165km處，庫魯克欄桿水文站則位于卡群水文站上游約102km，以上兩站為該工程的設計依據站。

2 洪水特性

葉爾羌河發源于喀喇昆侖山北脈喀喇昆侖冰川，是以冰川補給為主的河流，洪水類型主要有冰川積雪消融型、暴雨型、冰川潰決突發型以及上述各類型的混合型。

根據卡群水文站1954～2011年實測資料分析，每年葉爾羌河的洪水是以冰雪消融為主，并混合有其他類型的洪水，大洪水主要是冰潰洪水與其他類型的混合型洪水。其中,冰川潰決突發型洪水主要來自上游克勒青河谷的冰川(克亞吉爾和特拉姆坎力)阻塞河谷而形成的冰湖，具有發生突然、峰值極高、陡漲陡落及峰值沿程衰減等特性。

3 歷史洪水

據歷史文獻記載,葉爾羌河流域多次發生大洪水。1961年10月、1962年7月、1971年8～9月，原新疆喀什地區水文分站曾對葉爾羌河干流進行過歷史洪水及洪水調查。

調查結果表明，卡群水文站歷史洪水中，最大值是1880年9月的9 140m3/s，其余場次的洪水均小于1961年9月實測的最大洪峰6 270m3/s。庫魯克欄桿水文站最大歷史洪峰流量是1890年6月的6 280m3/s，小于庫魯克欄桿水文站1961年9月實測的最大洪峰6 670m3/s。本次考慮選用卡群水文站1880年9月的9 140m3/s歷史洪水參與設計洪水的計算，重現期按130a計算。對庫魯克欄桿水文站1880年歷史洪水洪峰流量,采用兩站實測的同場冰潰洪水洪峰流量相關關系來計算。通過計算,得到的1880年的洪峰流量為9 780m3/s。

4 水文站設計洪峰流量計算

5 壩址設計洪峰流量計算

葉爾羌河流域冰川潰決主要發生在葉爾羌河上游，設計斷面的稀遇洪水規模主要取決于冰川潰決型洪水規模，冰潰洪水洪峰沿程衰減、洪量沿程增加。

5.1 單位河長衰減率法

冰潰洪水具有由上至下、洪峰沿程衰減的特性。根據庫魯克欄桿和卡群2座水文站河道距離(102km)及實測冰潰洪水過程，計算出的庫～卡水文站間冰潰洪峰單位河長衰減率在0.035%～0.08%之間(見表2)，點據基本呈帶狀分布。

由表2可知,1880年洪水衰減率為0.064%，考慮到壩址設計校核標準的洪水量級大，因此,本次計算單位河長衰減率取均值0.06%。米斯克尼水電站壩址距下游庫魯克欄桿水文站約165km，根據庫魯克欄桿水文站的設計洪峰以及單位河長相對衰減率,即可推求出樞紐壩址處的設計洪峰流量。即

Q米斯克尼P=Q欄桿P-kQ欄桿P

(1)

5.2 馬斯京根法反演+河長衰減法

在庫魯克欄桿水文站～卡群水文站區間,有支流塔什庫爾干河匯入，該支流基本上不會發生冰潰洪水，卡群水文站冰潰洪峰主要來自干流。挑選這2座水文站的實測冰潰洪水過程，并對這2座水文站的同場冰潰洪水演進過程進行分析，采用馬斯京根法確定庫～卡2座水文站間的K1、x；利用K1與庫～卡兩站河長L1的關系，以及米～庫河長L2，計算米～庫河段K2;根據K2及相應的x,將庫魯克欄桿水文站實測洪水過程反演至米斯克尼水電站壩址處；利用反演所得到的壩址洪峰與庫魯克欄桿水文站的洪峰相減，計算出米～庫河段的單位河長衰減率，以此計算壩址設計洪水。

根據計算結果可知，米～庫河段衰減率要小于庫～卡河段，流量為3 000 m3/s以下時，衰減率在0.01%～0.025%之間；流量為3 000 ～5 000 m3/s時,衰減率在0.01%～0.035%之間；流量在5 000 m3/s以上時,衰減率在0.015%～0.04%之間。

總體來看，隨著流量的增加，衰減率呈遞增的趨勢。在考慮安全因素的前提下，壩址設計洪水計算應依據該趨勢取值，亦即：當流量在10 000 m3/s以上時,衰減率取0.04%;當流量為5 000 ～10 000 m3/s時,取0.035%;當流量為3 000 ～5 000 m3/s時，則取0.025%。

5.3 24 h洪量～洪峰相關法

庫魯克欄桿水文站～卡群水文站之間有支流塔什庫爾干河匯入，而壩址～庫魯克欄桿水文站之間為峽谷河段，無大支流匯入，因此,可以認為壩址～庫魯克欄桿水文站河段洪峰與24 h洪量關系基本一致。利用庫魯克欄桿水文站冰潰洪峰～24 h洪量關系與米斯克尼水電站壩址24 h設計洪量，可以計算出米斯克尼水電站壩址的設計洪峰流量。米斯克尼水電站壩址24 h的設計洪量則根據2座水文站的區間面積比來計算。

5.4 分析比較

3種方法計算成果見表3。方法3與方法2計

表3 米斯克尼水電站壩址設計洪水成果 m3/s

頻率0．01%0．02%0．05%0．10%0．20%0．50%1%2%5%10%河長衰減率法23070210801847016510146101207010210841060904430馬斯京根反演+河長衰減率223802045017920160101417011700990080905860417024h洪量～洪峰相關法316202551019140153801241092807440597044503560

算成果相差4%～40%，差別較大。方法3采用了庫魯克欄桿水文站峰量關系與米斯克尼水電站壩址的設計洪量來計算設計洪峰流量，相關點據呈帶狀分布，相關線的擬定直接影響設計洪水成果精度；方法2是采用庫魯克欄桿水文站實測洪水過程與冰潰洪水的傳播特性,來計算壩址的設計洪峰流量，其精度較方法3的高。

方法1、2計算的成果相差約3%，差別不大。方法1是利用2座水文站的實測洪水過程，并考慮到了2座水文站間的河段衰減特性；方法2除了考慮2座水文站間的河段衰減特性以外，亦考慮了壩址～庫站河段的衰減特性。綜上所述，擬推薦將方法2的計算成果作為壩址設計洪水成果。

6 結 語

葉爾羌河洪水具有其獨特性，為此,采用3種方法計算米斯克尼水電站壩址的設計洪水。根據該流域地形地貌、冰潰洪水的傳播特性，推薦將運用馬斯京根反演+河長衰減法計算的成果，作為米斯克尼水電站壩址設計洪水成果。接下來，將對該工程以上流域現存的冰川湖數量、分布情況及容積等展開調查，對葉爾羌河流域的洪水特性進行深入發析研究。同時，擬對冰川湖潰決洪水與冰雪消融型洪水和暴雨型洪水相疊加組合形成的葉爾羌河可能的最大洪水過程，以及常規洪水過程進行計算，以便為該工程的校核洪水和設計洪水的擬定提供理論依據與數據支持。

(編輯：趙秋云)

2015-04-09

李 悅，男，中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，工程師.

1006-0081(2015)04-0049-02

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