葉爾羌河蘇蓋提托乎防洪工程洪水衰減與設(shè)計洪水分析

楊永康

(新疆喀什水文勘測局，新疆 喀什 844000)

1 研究區(qū)概況

發(fā)源于喀喇昆侖山北坡的喀喇昆侖山口的葉爾羌河，流域總面積8.73 萬km2，長1165 km，是塔里木河的三大源流之一。葉爾羌河是典型的冰雪補給河流，山區(qū)冰川總條數(shù)為2689 條，其徑流組成決定了該河水資源年際變化不大，年內(nèi)分配的不均勻性，洪峰流量大，洪枯流量相差懸殊。葉爾羌河中游河段先后建成大小水庫9 座，水電站10 余處。蘇蓋提托乎防洪工程位于葉爾羌河左岸莎車縣亞格艾熱克鄉(xiāng)境內(nèi)，防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇，工程等級為4 級，主要保護對象為西岸輸水總干渠、總分水閘。防洪工程河段長度為2.6 km，確定本次水文計算節(jié)點分別為起點樁號43+950、終點樁號46+550 處。

2 氣象水文及洪水成因分析

2.1 氣象水文分析

葉爾羌河為典型的干旱大陸性氣候，多年平均氣溫10.3℃，多年年平均降水量為76.1 mm，該河上先后設(shè)立過13 處國家基本水文站。本次主要以卡群站、依干其渡口站作為參證站進行水文分析。卡群水文站設(shè)立于1953 年6 月，集水面積50248 km2，為葉爾羌河出山口水量控制站，屬于國家基本水文站。依干其渡口水文站設(shè)立于1967 年5 月，于1968 年6 月停測，1971 年7月恢復(fù)觀測，該站集水面積50763 km2，屬于國家基本水文站。兩站洪峰系列長度分別為57 年、39 年，資料準(zhǔn)確可靠，系列長度均達到《水利水電工程設(shè)計洪水計算規(guī)范》要求，且具有一定的代表性，將之作為參證站設(shè)計洪水依據(jù)，是較可靠的。

2.2 洪水分類與調(diào)查洪水分析

葉爾羌河洪水以其極高的起漲速率，異常高的洪峰值而聞名于世，其洪水類型根據(jù)成因分為：冰雪消融型洪水、冰川“潰壩型”洪水、暴雨型洪水和混合型洪水。不管是何種洪水，均有很強的災(zāi)害性。解放后，各有關(guān)部門先后對葉爾羌河中、上游地區(qū)歷史洪水做過區(qū)域性調(diào)查，其調(diào)查成果見表1。

表1 葉爾羌河歷史洪水調(diào)查成果表

1880 年洪水峰值為9140 m3/s，是迄今最大的一場洪水，其重現(xiàn)期為132 年。其他三場歷史洪水只是常遇洪水，就不加入歷史洪水進行水文分析計算。

3 洪峰衰減分析

3.1 卡群水文站以上洪水分析

卡群水文站以上是葉爾羌河的主要產(chǎn)洪區(qū)，與上游庫魯克欄干站相距102 km，集水面積相差17320 km2，區(qū)間有塔什庫爾干河和其他五條小支流匯入，由于一次天氣過程引發(fā)的融雪洪水或暴雨洪水往往是全流域性的，因此，卡群站洪峰流量由于集水面積的增加大于上游庫魯克欄干站的洪峰流量。而當(dāng)葉爾羌河發(fā)生潰壩性洪水時（主要發(fā)生在庫魯克欄干站上游克勒青河），庫魯克欄干站和卡群站之間集水區(qū)域并無較大洪水匯入，受沿程洪水波的坦化作用，卡群站洪峰流量小于上游庫魯克欄干站的洪峰流量。阿爾塔什專用站和卡群站2006年6 月至2010 年12 月有同期流量資料，挑選兩站同場次洪峰流量（大于1000 m3/s）進行分析，相關(guān)關(guān)系見表2，相關(guān)系數(shù)為0.99。

3.2 卡群站至依干其渡口站洪水衰減分析

由出山口的卡群站至依干其渡口站為徑流散失區(qū)，河流出山口后，河床比降減緩，河床質(zhì)顆粒變細，河槽調(diào)蓄能力增強，洪水沿程坦化。衣干其渡口站與卡群站之間無支流加入，集水面積僅相差1%，其相關(guān)關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)為0.958。經(jīng)計算卡群站至依干其渡口站還原后洪峰流量沿程遞減率變化為0.7%～51.6%，見圖1，其中卡群站洪峰流量4040 m3/s～6070 m3/s的沿程遞減率變化為26.1%～41.5%。挑選沿程遞減率最小的26.1%計算單位長度沿程遞減率變化為0.348%/km。葉爾羌河各參證站年最大洪峰流量相關(guān)分析成果見表2。

表2 葉爾羌河各參證站年最大洪峰流量相關(guān)分析成果表

圖1 卡群至依干其渡口站同期洪峰衰減率圖

4 設(shè)計洪水分析

4.1 參證站設(shè)計洪水

卡群站1954 年～2010 年、衣干其渡口站1972 年～2010 年實測洪峰選樣采用年最大值法，并采用實測連續(xù)序列頻率分析和加入葉爾羌河1880 年歷史洪水以不連續(xù)序列頻率，分析兩種方法進行各參證站設(shè)計洪峰流量結(jié)果，見表3。經(jīng)過比較，各參證站實測系列洪峰均遠小于1880 年歷史洪水峰值，各站不同頻率連續(xù)系列計算成果較不連續(xù)系列偏小1.4%～9.9%，具體見表3。

表3 參證站設(shè)計洪峰兩種方法計算成果比較表

由表可知，加入歷史洪水后采用不連續(xù)系列計算成果更為合理，對水利工程設(shè)計更為安全，因此，本次各參證站設(shè)計洪峰取不連續(xù)系列計算成果。

4.2 計算節(jié)點斷面設(shè)計洪水計算

4.2.1 不考慮阿爾塔什水庫運用工況下的設(shè)計洪水

（1）采用線性插值法推求

工程場址防洪斷面無實測水文資料，根據(jù)工程河段自卡群站至衣干其渡口洪峰流量逐漸減小的規(guī)律，以參證站設(shè)計洪峰流量作為控制，采用線性插值法推求設(shè)計洪峰流量，計算公式如下:

式中：Qp 為插值斷面設(shè)計洪峰流量(m3/s)；Qsp 為上游參證站設(shè)計洪峰流量(m3/s)；Qxp 為下游參證站設(shè)計洪峰流量(m3/s)；L為上游與工程場址斷面間距；Lsx 為上游參證站與下游參證站間距。

蘇蓋提托乎防洪工程距離上游卡群水文站26 km，距離下游依干其渡口水文站49 km。終點距離上游卡群水文站28.6 km，距離下游依干其渡口水文站46.4 km。以推薦的表3 卡群站、衣干其渡口站設(shè)計洪峰成果推求計算節(jié)點斷面不同頻率設(shè)計洪峰流量，其樁號（43+950）20 年一遇洪水為4974 m3/s，其樁號（46+550）20 年一遇洪水為4899 m3/s。

（2）按洪峰流量沿程變化推求

經(jīng)計算卡群站至依干其渡口站還原后洪峰流量沿程遞減率變化為0.7%～51.6%，其中卡群站洪峰流量4040 m3/s～6070 m3/s的沿程遞減率變化為26.1%～41.5%。挑選沿程遞減率最小的26.1%計算單位長度沿程遞減率變化為0.348%/km。推求出樁號（43+950）20 年一遇洪水為5212 m3/s，其樁號（46+550）20 年一遇洪水為5160 m3/s。

（3）推薦成果

按洪峰流量沿程變化推求時所采用的沿程遞減率變化范圍較大，存在一定的任意性，精度不高；采用線性插值法推求時采用兩站設(shè)計值變化范圍較小，精度較高，推薦采用線性插值法推求設(shè)計洪峰流量成果。

4.2.2 考慮阿爾塔什水庫運用工況下的設(shè)計洪水

阿爾塔什水庫對洪水的調(diào)節(jié)作用明顯，當(dāng)河道洪水在20年一遇時（洪峰流量5590 m3/s），下泄流量為1750 m3/s，按阿爾塔什專用站和卡群站關(guān)系，推求該下泄洪水至卡群站為1800 m3/s。當(dāng)河道洪水小于50 年一遇時（洪峰流量7390 m3/s），下泄流量為4214 m3/s。再考慮洪水沿程遞減變化，則計算節(jié)點斷面設(shè)計洪水小于下泄洪水，并且遠遠小于上兩種方法計算成果，從工程安全考慮，不選用此成果。

4.2.3 計算成果的合理性分析

自2000 年以來，經(jīng)自治區(qū)水文局、水利廳、水利部水規(guī)總院審查通過的葉爾羌河設(shè)計洪水相關(guān)成果報告有《新疆維吾爾自治區(qū)葉爾羌河防洪規(guī)劃報告》（簡稱防洪規(guī)劃）、《新疆葉爾羌河防洪一期工程水文分析計算》（簡稱防洪一期）、《葉爾羌河勿甫渠首除險加固工程水文分析計算》（簡稱勿甫水文），《葉爾羌河依干其渠首除險加固工程水文分析計算》（簡稱依干其水文）等，與本次設(shè)計洪峰對比結(jié)果見表4。

《防洪規(guī)劃》中各水文站資料系列截止年限為2000 年，《防洪一期》各水文站資料系列截止年限為2005 年，本次資料系列延長到2010 年。以上3 個報告中卡群站和依干其渡口站設(shè)計洪水計算方法，均為在實測系列基礎(chǔ)上加入1880年葉爾羌河歷史洪水、以不連續(xù)序列進行計算。《勿甫水文》中各水文站資料系列截止年限為2008 年，《依干其水文》中各水文站資料系列截止年限為2009 年，以上2 個報告對卡群站設(shè)計洪水計算方法為在實測系列基礎(chǔ)上加入1880 年葉爾羌河歷史洪水，以不連續(xù)序列進行計算，對依干其渡口站資料沒有進行還原計算，對依干其渡口站只按實測連續(xù)系列進行計算。

表4 葉河各斷面歷次設(shè)計洪峰成果比較表

從表中可以看出，與卡群站各成果對比，本次成果大于《防洪規(guī)劃》和《防洪一期》設(shè)計成果，而與《勿甫水文》和《依干其水文》設(shè)計成果接近。對依干其渡口站各成果對比，本次成果大于《防洪規(guī)劃》、《勿甫水文》和《依干其水文》設(shè)計成果，而小于《防洪一期》設(shè)計成果。對防洪斷面各成果對比，本次成果大于《防洪規(guī)劃》、《防洪一期》設(shè)計成果。經(jīng)分析，本次設(shè)計成果具有一定的合理性，可以作為工程設(shè)計的依據(jù)。

5 結(jié)語

葉爾羌河洪水類型復(fù)雜多樣，特大洪水洪峰量級罕見，災(zāi)害嚴重。通過對葉爾羌河洪水種類、河道洪水演進衰減率、上游水庫削截和不影響洪水的不同情況下，蘇蓋提托乎防洪工程20 年一遇設(shè)計洪水分析探討，提出工程20 年一遇設(shè)計洪峰為4974 m3/s。并與調(diào)查洪水、參證站設(shè)計洪水，以及有關(guān)防洪規(guī)劃相同頻率的設(shè)計洪水對比，以確保工程設(shè)計洪水科學(xué)、安全。