水磨河防洪工程設計洪水及合理性分析

夏木西努爾·艾沙

（新疆博州博河流域管理處三干渠管理站，新疆 博樂 833400）

水磨河工程位于新疆維吾爾族自治區東北部，是古絲綢之路北道上的交通樞紐和重要商埠，曾有“旱碼頭”之美譽。水磨河是奇臺縣人民的母親河，近些年來，河道內及河岸兩邊垃圾遍地，河道排洪功能受限，每年開春汛期，居民都會面臨洪災困擾。為響應“一年積極推進、兩年重點突破、三年初見成效、五年確保完成”的工作思路，全面治理水磨河區域，徹底改善水磨河區域人居環境，讓全體居民共享社會文明進步成果。本文針對水磨河防洪工程設計洪水及合理性展開計算分析。

1 流域與水文條件

1.1 流域概況

碧流河進入縣城段稱為水磨河。碧流河發源于博格達山脊北坡的冰峰雪嶺處，全長約60 km，在山區段長34 km，出山口以上集水面積為175.4 km2，在出山口處建有底欄柵式引水樞紐工程，平、枯水年份的水量基本全部被攔截引入碧流河鄉，用于農田灌溉。碧流河流域地處奇臺縣南部，南北長57.25 km，東西寬13.5 km，流域面積464 km2。

1.2 水文條件

工程位于亞歐大陸腹地，屬中溫帶大陸性氣候，夏熱冬寒，降水稀少，蒸發強烈。降水量季節分配不均勻，主要集中在春夏兩季，且年際變化大。據統計，多年平均降水量185.8 mm，多年平均蒸發量為1935.2 mm(20 cm口徑蒸發器）。降水量隨地形高度不同呈梯度變化，一年內按區域劃分，總體趨勢是山區多于平原，按季節劃分，夏季降水多于其他季節，一般占全年降水量的40%～50%，春秋兩季相當，冬季降水量最少[1]。

2 設計洪水計算

由于水磨河缺乏設計流域實測洪水資料，對其鄰近的開墾河站洪水資料進行分析。開墾河站為國家基本水文站，資料可靠，精度較高，洪水資料系列一致性較好，且開墾河站1957年～2008年洪水資料系列均值比較穩定，資料系列包含了大、中、小不同量級的洪水信息，具有一定的代表性，多年均值具有穩定性，故可以采用開墾河站洪水資料系列。

水磨河防洪工程治理河段從碧流河渠首以下42 km處東大橋開始至老油庫橋下游300 m處河段范圍內，設計新建泄洪渠長約2.9 km，工程設計洪水標準為20年一遇。依據設計流域的水文、洪水資料，采用三種方法對水磨河治理河段進行設計洪水計算。

表1 設計最大一日降水量成果表

2.1 調蓄經驗單位線法

（1）根據開墾河站年最大一日降水資料，經過頻率計算，得出不同設計頻率下的數值，計算成果見表1。

（2）結合開墾河站地理位置略低的特點，通過《新疆維吾爾自治區可能最大暴雨圖集》查得碧流河渠首以上集水面積24小時點面折算系數，取1.05，繼而求得最大24小時暴雨均值，并采用《新疆維吾爾自治區可能最大暴雨圖集》查得地區逐時雨量分配過程。

（3）假設產流歷時tc，查出相應產流期平均損失率f，進一步求得產流期雨量ptc，再驗證tc是否合適。

（4）計算產流期平均凈雨強度i凈。

結合集水面積F和i凈在匯流綜合圖上查得示儲小時數t0。設定參數tm，漲洪時段n，匯流計算時段Δt。用下式求調蓄經驗單位線公比b。

用上式求以b為公比的無窮遞減等比級數u值。

將△t時段的凈雨量換算成凈雨流量Ii。

Ii乘以u值，并依次疊加，便得出地面徑流過程，其最大值即設計洪峰流量，成果見表2。

表2 采用調蓄經驗單位線法計算設計洪水成果表

2.2 模數法

由于開墾河站與水磨河防洪工程所處同一區域，且洪水資料系列完整，其產、匯流機制相似，所以水磨河防洪工程設計洪水可直接借用開墾河站設計洪水成果，采用模數法推求設計洪水[2]。

利用開墾河水文站洪水資料進行頻率計算，求得其設計洪峰流量成果。設計洪峰流量統計參數和頻率計算結果見表3。

表3 參證站設計洪峰流量表

根據參證站設計洪水計算結果，除以開墾河集水面積，即為不同設計頻率洪峰流量模數，然后乘以碧流河渠首斷面以上集水面積，即為水磨河防洪工程設計洪水，見表4。

表4 采用參證站設計洪水模數計算設計洪水成果表

2.3 長短系列比值法

利用收集到的碧流河渠首1989年～2008年洪峰流量資料，與相鄰開墾河站洪水資料，采用長短系列比值法推求水磨河防洪工程不同頻率洪峰流量[3]。

利用開墾河1957年～2008年52年實測洪水資料，采用長短系列比值法，將碧流河渠首19年實測洪峰流量均值進行修正，數值見表5。

表5 參證站與設計站洪水資料系列統計參數對照表

采用碧流河渠首修正后洪峰流量均值，借用開墾河站洪峰流量Cv與Cs值，求得水磨河防洪工程設計洪水，見表6。

表6 采用長短系列比值法計算水磨河設計洪水成果表

3 合理性分析

水磨河防洪工程設計洪水成果主要以開墾河站以及碧流河渠首水文資料為基礎，通過三種方法進行計算分析，成果匯總見表7。

表7 不同方法計算水磨河防洪工程設計洪水匯總表

（1）調蓄經驗單位線法計算結果分析

由于碧流河渠首以上集水面積小、河道短，坡降大，河網發育一般，河槽調蓄能力不強，產、匯流較為迅速，毗鄰的開墾河暴雨洪水多，且采用《新疆維吾爾自治區最大可能暴雨圖集》查得的點面換算系數及折算系數均缺乏本流域的試驗數據，故根據經驗選取值可能存在較大誤差，從而對設計洪峰流量成果產生較大影響。

（2）模數法計算結果分析

開墾河站距離水磨河防洪工程場址較近，洪水資料系列較長，且與設計流域在同一氣候區，有效規避了因設計洪水資料短缺和不連續對設計洪水計算造成的影響，避免了部分年份特大值影響造成的偶然誤差及水文特性的不同帶來的差別。充分利用設計流域內洪水資料，綜合分析地區洪水的規律性，可以有效解決因洪水資料不足對流域設計洪水帶來的影響。

（3）長短系列比值法計算結果分析

采用碧流河渠首實測資料，利用相鄰的開墾河站實測洪水資料對其洪峰及時段洪量均值進行修正，并借用開墾河站洪峰洪量頻率計算成果中CV和CS值計算碧流河渠首的設計洪水成果。由于長短系列比值法采用的洪峰流量資料系水管部門估算值，存在一定誤差，所以其設計洪水結果必定存在一定的誤差。

通過對三種計算方法的計算成果進行綜合分析，選取模數法計算的設計洪水成果作為水磨河防洪工程設計洪水較為合理[4～5]。

4 結論

結合奇臺縣水磨河所處流域的概況和水文條件，對水磨河防洪工程的設計洪水進行分析，分別采用調蓄經驗單位線法、模數法和長短系列比值法。通過對三種計算方法所采用資料、計算結果進行對比分析，最終確定選取模數法計算的設計洪水成果作為水磨河防洪工程設計洪水較為合理。