莫勒切河洪水分析

何 超

(巴音郭楞水文勘測局，新疆 庫爾勒 841000)

0 前言

地處塔里木盆地南緣的莫勒切河，既具有北溫帶大陸性干旱氣候，又有垂直氣候分帶特征,上游由考克木然代牙、吉格代庫勒、色日克庫勒薩依、西日芒來代牙等十數(shù)條支流匯流而成。流域內(nèi)降水由西向東、由山區(qū)向平原區(qū)遞減。南部山區(qū)年降水量可達300 mm左右；河流出山口年降水量50 mm左右；平原區(qū)年降水量23.1 mm～35.8 mm。流域山體高大、陡峻。從河源至出山口河長79 km，河流出山后向北流約20 km處分為東西兩支，西支流向民豐，東支流向硝爾堂。流域面積2422 km2，該河滲漏嚴重，除特大洪水外，一般無水下泄。莫勒切河流域為未開發(fā)流域，現(xiàn)狀無水利工程。根據(jù)莫勒切河流域規(guī)劃，需對設(shè)計洪水進行分析。

1 洪水成因及特性

1.1 洪水成因

莫勒切河流域地處塔里木盆地南緣，氣候干旱，但夏季受中亞低渦及低槽活動的影響，結(jié)合充分水汽條件，能出現(xiàn)大降水，從而發(fā)生暴雨洪水或雨雪混合洪水；同時流域南部山區(qū)海拔4000 m以上有永久積雪，5500 m以上分布有現(xiàn)代冰川，高溫季節(jié)山區(qū)大量冰雪融化，亦能形成洪水。影響洪水主要因素有：冰川分布及儲量大小；積雪狀況，包括積雪厚度、密度及分布；流域特性，包括流域面積、形狀、坡度、植被、土壤及河槽特性等；雪線以上的溫度狀況。

1.2 洪水類型及特性

莫勒切河流域洪水全部形成于山區(qū)，研究昆侖山北坡河流洪水成因及特性，其成因可分為融冰雪型、暴雨型、冰雪融水降雨混合型。

（1）冰雪融水型。本流域河流源頭均有冰川發(fā)育，在雪線以上常年有積雪覆蓋，夏季高山區(qū)氣溫持續(xù)回升，冰雪消融補給河流，每次大的升溫過程，必伴隨消融洪水發(fā)生。此類洪水與升溫過程關(guān)系密切，洪水的過程具有明顯的日變化；洪水起漲較慢。

（2）暴雨型。區(qū)域持續(xù)性降雨和局地暴雨雨強較大時，流域超滲產(chǎn)流會形成暴雨洪水。暴雨洪水主要由本流域中、低山區(qū)降雨形成，雨區(qū)面積有限，不易形成較大的洪水。由于降水量不同形成的洪水規(guī)模不同。此類洪水起漲很快，但歷時短，峰值與降水關(guān)系密切，洪水挾沙量大。

（3）融水暴雨混合型。高溫季節(jié)山區(qū)大量融冰化雪，中低山帶發(fā)生降雨，融雪洪水與降雨洪水疊加形成大洪峰。此類洪水，起漲較快，漲率大，洪水日變化不大。

2 參證站確定及洪水分析

2.1 參證站確定

莫勒切河流域無國家水文站點，屬無資料地區(qū)，為此，巴州水文局于2004年4月在莫勒切河出山口以下10 km處建立了莫勒切河專用水文站，截止2008年6月已經(jīng)有4年觀測資料。本次收集了莫勒切河及參證站水文資料，根據(jù)各河流洪水組成、成因分析及對河道特征值、洪水設(shè)計統(tǒng)計參數(shù)的對比分析，選擇流域東鄰的車爾臣河且末水文站、西鄰的尼雅河尼雅水文站及克里雅河努努買買提蘭桿水文站為本流域洪水設(shè)計的主要參證站。莫勒切河分布在三河之間，橫穿基本相似的地質(zhì)、地貌、氣候、水文帶，洪水成因類似，有一定的相關(guān)規(guī)律可循。參證站水文資料測驗項目及資料年限見表1。

表1 昆侖山北坡主要河流特征值表

2.2 參證站設(shè)計洪水分析

且末水文站、尼雅水文站及努努買買提蘭桿水文站實測洪水系列,以算數(shù)平均法計算多年平均洪峰流量，以P-Ⅲ型曲線采用適線法擬合，其中尼雅河兩斷面設(shè)計洪水按不連續(xù)系列計算（1999年實測洪峰流量按重現(xiàn)期80年計算），各統(tǒng)計參數(shù)的計算值與選用值及設(shè)計洪峰流量計算成果見表2。

表2 參證站洪水計算成果表 單位：m3/s

3 設(shè)計洪水分析

由于本流域無實測長系列洪水資料，只有通過分析鄰近流域測站的洪水統(tǒng)計參數(shù)規(guī)律，采用統(tǒng)計參數(shù)地區(qū)綜合分析法、地區(qū)綜合經(jīng)驗公式法初步分析計算本流域的設(shè)計洪水。

3.1 統(tǒng)計參數(shù)地區(qū)綜合分析法

3.1.1 年最大洪峰流量均值

采用相關(guān)公式法、地區(qū)經(jīng)驗公式法、流量修正法確定。

（1）相關(guān)公式法

根據(jù)最大洪峰流量均值與集水面積關(guān)系推求莫勒切河最大洪峰流量均值，相關(guān)關(guān)系見圖1，洪峰流量均值Q設(shè)=0.0384F集+101.21，相關(guān)系數(shù)為0.928。計算莫勒切河洪峰流量均值為194 m3/s，其誤差為3%。

圖1 昆侖山北坡主要河流集水面積與洪峰流量均值關(guān)系圖

（2）采用新疆中小流域設(shè)計洪水地區(qū)經(jīng)驗公式Q=CFn。C值與n值由昆侖山北坡中小流域河流實測洪峰流量均值推求，C=3.527、n=0.52。莫勒切河洪峰流量均值為203 m3/s，其誤差為1.5%。

（3）流量修正法：莫勒切站與參證站都有2004年～2006年的實測流量資料，通過參證站2004年～2006實測洪峰流量與該站洪峰流量均值修整系數(shù)推求莫勒切站洪峰流量均值，其誤差為1%。

由于參證站中尼雅站僅有1978年～2006年資料，將尼雅站洪峰流量系列通過長短系列均值訂正法延長其系列長度與克里雅河努努買買提蘭桿洪峰流量長度等長，均為1957年～2006年的系列，通過兩站確定流量修整系數(shù)為1.06，而莫勒切站2004年～2006年洪峰流量均值為214 m3/s，由此推算莫勒切站洪峰流量均值為214/1.06=201.9 m3/s。

從以上三種方法分析結(jié)果看，洪峰流量計算成果相差均在5%以內(nèi)。由于莫勒切河流域水文資料缺乏，無論采取何種計算方法分析，其成果與實際都存在誤差，因此從工程安全考慮，采用地區(qū)經(jīng)驗公式法計算成果，年最大洪峰流量均值為203 m3/s。

3.1.2 Cv及Cs值選取

由于本流域缺少實測資料，無法由實測洪水系列率定設(shè)計河流洪峰流量統(tǒng)計參數(shù)，洪水設(shè)計統(tǒng)計參數(shù)從區(qū)域有站河流統(tǒng)計參數(shù)間的關(guān)系、規(guī)律中確定。昆侖山北坡河流洪水統(tǒng)計參數(shù)，其Cv、Cs值自西向東大致呈增大趨勢。綜合分析區(qū)域各河流洪水設(shè)計統(tǒng)計參數(shù)的變化規(guī)律，確定莫勒切河洪水設(shè)計采用統(tǒng)計參數(shù)，洪峰流量 Cv=0.65，Cs=5Cv。

根據(jù)以上分析確定莫勒切站洪峰流量設(shè)計統(tǒng)計參數(shù)，Q均值=203 m3/s，Cv=0.65，R=5，其設(shè)計洪水成果見表 3。

3.2 地區(qū)綜合經(jīng)驗公式法

采用新疆中小流域設(shè)計洪水地區(qū)綜合經(jīng)驗公式：

式中：Q設(shè)p為設(shè)計站的設(shè)計洪峰流量，m3/s；F設(shè)為設(shè)計站的集水面積，km2；F參為參證站的集水面積，km2；np為某種設(shè)計頻率下的修正系數(shù)；Q參p為參證站的設(shè)計洪峰流量，m3/s。

公式中的np值通過參證站洪峰流量設(shè)計值率定，成果見表3。根據(jù)率定的修正系數(shù)值及地區(qū)綜合經(jīng)驗公式推求莫勒切河洪峰流量，成果見表3。

由于通過尼雅站1999年洪水是由山口處調(diào)查得到的，考慮山口至水文站洪水坦化，未經(jīng)處理的成果可能偏大，因此地區(qū)經(jīng)驗公式法中由參證站率定的設(shè)計成果值偏大，而由“尼雅出山口與車爾臣山口”與“尼雅出山口與努努買買提蘭桿站”率定np值推求成果相差不大，因此選用“尼雅出山口與努努買買提蘭桿站”率定np值推求的設(shè)計洪水成果，相對工程而言是安全的。

分析比較統(tǒng)計參數(shù)地區(qū)綜合分析法、地區(qū)綜合經(jīng)驗公式法成果（見表3），除50%保證率誤差大于5%，其余誤差均在5%以內(nèi)，但是由于統(tǒng)計參數(shù)地區(qū)綜合分析法中洪水系列長短不一，無法將參證站系列延長至同一長度系列，由此將產(chǎn)生洪水系列均值計算誤差；統(tǒng)計參數(shù)法Cv值選取時，由于受尼雅站1999年特大洪水影響，尼雅站1999年洪水測驗精度較差，使選用的莫勒切河洪水設(shè)計Cv存在有可能偏大。因此本次洪水計算選取地區(qū)綜合經(jīng)驗公式法中“尼雅出山口—努努買買提蘭桿站率定值”洪水計算成果。

表3 莫勒切河設(shè)計洪峰流量成果比較表

綜上所述，本次洪水計算在平衡昆侖山北坡各河流洪水設(shè)計的統(tǒng)計參數(shù)的同時，充分考慮了尼雅站1999年特大洪水對洪水設(shè)計的影響，提出較為可靠的洪水設(shè)計成果。從安全角度考慮，最終選用地區(qū)綜合經(jīng)驗公式法計算成果，即莫勒切河10年一遇洪水為375 m3/s、20年一遇洪水為477 m3/s、50年一遇洪水為616 m3/s。

4 結(jié)論

莫勒切河有4年實測資料，尼雅河尼雅水文站有28年實測資料，克雅河努努買買提水文站有28年實測資料。本次洪水分析計算在充分應(yīng)用參證站水文資料的前提下，選用了多種方法進行設(shè)計河流洪水計算，并對計算成果進行合理性分析，成果符合該地區(qū)區(qū)域性規(guī)律，計算方法和成果符合規(guī)范要求，因此本次計算設(shè)計成果可作為莫勒切河開發(fā)建設(shè)的依據(jù)，可供無資料區(qū)水文分析計算進行借鑒。