阿克蘇市東城區洪水分析

于春平

（新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司）

0 引言

阿克蘇柯克亞河出山口至末端之間洪災泛濫面積為298.50 km2，區域夏季暴雨匯入柯克亞河和依來克溝，兩洪溝在地區實驗林場匯合為卡爾斯亞溝，由西北向東南，流經阿克蘇市東城區，跨過多浪渠，退入新大河。卡爾斯亞溝多次給阿克蘇市東城區帶來洪水災害。

1 流域概況

柯克亞河發源于溫宿縣境內天山托木爾峰的南坡，是一條山區冰川融水和降水補給為主的河流；依來克溝發源于天山南坡，位于溫宿縣柯克亞河和臺蘭河之間，由三條較大洪水溝組成，其中上游玻璃廠洪水溝的洪水在臺蘭河老龍口經泄洪渡槽全部退入臺蘭河，其余兩條洪水溝出山口后由北向南穿越戈壁礫石帶，在實驗林場與柯克亞河匯合成為卡爾斯亞溝；卡爾斯亞溝流經阿克蘇市東城區，最后匯入新大河。

2 洪水類型及特點

柯克亞河洪水的成因可分為暴雨型洪水、冰雪消融型洪水、暴雨與冰雪消融混合型洪水，其中以暴雨型洪水最為突出。據分析，柯克亞河洪峰流量在30 m3/s 以上的洪水均為暴雨型洪水，峰值在50 m3/s 以上的洪水，其主峰段均由暴雨形成；依來克溝洪水為暴雨型洪水。

3 歷史洪水

3.1 歷史洪水訪問

2002 年對柯克亞河歷史洪水進行訪問，訪問對象為紅旗坡水管站2 名退休職工，年齡為62 歲和68 歲（1958 年到2002年一直在柯克亞龍口從事水管工作），兩人均表示1971、1984、1989、1998、2002年柯克亞河河水較大。

3.2 洪水調查情況

自1984年起，水文工作者多次對柯克亞河洪水進行調查，調查情況見表1。

3.3 重現期

根據柯克亞河歷史洪水訪問和調查情況，確定2017 年洪水是1958年來最大的一場洪水，洪水重現期為60 a一遇。

表1 洪水調查表

3.4 設計洪峰流量

柯克亞河柯克亞水文站只有1 a 不完整實測資料，且洪水期缺測，因此水文分析計算選取鄰近流域臺蘭河臺蘭水文站為參證站。

3.4.1 參證站設計洪峰流量

對臺蘭水文站1957－2013 年實測洪水系列進行頻率分析，得到臺蘭水文站設計洪峰流量，成果見表2。

表2 臺蘭水文站洪水分析成果表 單位：m3/s

3.4.2 柯克亞河與依來克溝設計洪峰流量

柯克亞河與依來克溝無實測洪水資料，采用無資料地區洪水計算方法得到各河溝設計洪水。

3.4.2.1 洪峰模數法

選用鄰近流域臺蘭水文站為參證站，利用洪峰模數法計算各河溝設計洪峰流量，成果見表3。

式中：、Q設計、F設計為設計站洪峰流量與流域面積；Q參正、F參正為參證站洪峰流量與流域面積（km2）；np為參數，新疆無資料地區小流域一般取2/3。

表3 洪峰模數法計算各河溝設計洪水成果表 （單位：m3/s）

3.4.2.2 地區綜合經驗公式法

利用南疆巴州至克州有實測洪水資料的8 個中小河流水文站建立暴雨洪峰流量經驗公式（1）計算各河溝多年平均年最大洪峰流量，移用臺蘭水文站設計參數，得到各河溝設計洪峰流量，成果見表4。

式中：Qm為多年平均年最大洪峰流量（m3/s）；F 為控制斷面流域面積（km2）；L為河流長度（km）；J為河道縱坡（‰）；F為流域形狀系數，f=F/L2；Pm為流域多年平均最大24 h 降雨量（mm）。

3.4.2.3 地區洪峰流量綜合頻率曲線法

選取與柯克亞河流域臨近的臺蘭、卡木魯克、卡拉蘇、黑孜水文站作為參證站，用地區洪峰流量綜合頻率曲線法，推求調查斷面不同頻率洪峰流量，公式如下：

表4 地區綜合經驗公式法計算各河溝設計洪峰流量成果表

式中：QP為設計洪峰流量（m3/s）；KP為設計洪峰流量模比系數；Qd為調查歷史洪水洪峰流量（m3/s）；Kd為調查洪水洪峰流量模比系數。

根據2017年9月洪水調查成果，實驗林場大橋斷面洪峰流量241 m3/s，為60 a一遇洪水，模比系數Kd=3.95。

表5 地區洪峰流量綜合頻率曲線法計算實驗林場大橋斷面設計洪峰流量成果表

3.4.2.4 推理公式法

3.4.2.4.1 最大24 h降水量

臺蘭水文站是距柯克亞河最近的水文氣象站，有實測的最大1 d降水量資料，由臺蘭水文站最大1 d降水量推算柯克亞河和依來克溝最大24 h降水量，計算見公式4～6。

式中：p1r為臺蘭水文站最大1 d 降雨量（mm）；K1為項目區內河溝與臺蘭水文站降雨量折算系數，臺蘭水文站高程為1 648 m，柯克亞河的山前暴雨區域平均高程在3 000 左右，通過分析柯克亞河K1取1.10，依來克溝取1；h24為最大24 h點降雨量（mm）；P1r為最大1 d降雨量（mm）；K2為最大1 d降雨量與最大24 h 降雨量折算系數，取K2=1.13；H24為最大24 h面降雨量（mm）；K3為最大24 h點、面降雨量折算系數，取K3=0.99。

對臺蘭水文站1965-2007年最大1 d降水資料進行頻率分析，得到臺蘭水文站設計最大1 d降水成果，見表6。由表6和公式4～6計算計算得到各流域不同頻率設計降水成果，見表7。

表6 臺蘭水文站最大1 d降水量計算成果表 單位：mm

表7 各河溝最大24 h降水計算成果表 單位：mm

續表7

3.4.2.4.2 設計洪峰流量

設計洪峰流量計算公式如下：

式中：Qm為設計洪峰流量（m3/s）；ψ為洪峰徑流系；SP為設計頻率的雨力（mm/h）；τ為匯流時間（h）；tc為產流時間（h）；m為匯流參數；F為流域面積（km2）；L為河長（km）；J為河道比降（用小數表示）；θ為流域特征參數；μ為產流參數；R 為損失系數，取1.08；r1為損失指數，取0.75；n為暴雨衰減指數，根據新疆《可能最大暴雨圖集》，確定n取0.75。

用上述公式，采用迭代試算法求設計洪峰流量，見表8。

表8 各河溝設計洪峰流量成果表

卡爾斯亞溝由柯克亞河與依來克溝在實驗林場匯合而成，實驗林場大橋斷面洪峰流量由柯克亞河與依來克溝出山口洪峰流量衰減疊加而來。柯克亞河、依來克1溝、依來克21溝、依來克22 溝出山口距離實驗林場大橋斷面分別為36.70 km、34.90，37.10，39.40 km，移用臺蘭河洪峰衰減系數1.42%/km，得到實驗林場大橋斷面設計洪峰流量見表9。

表9 實驗林場大橋斷面設計洪峰流量成果表

4 結語

4.1 成果選定及合理性分析

文章選取無資料地區中小河流洪水計算常用的4 種方法分析柯克亞河與依來克溝設計洪水，經對比分析推理公式法與地區洪峰流量綜合頻率曲線法成果接近。2017年8月25日實驗林場大橋斷面調查洪峰流量241 m3/s，洪水重現期為60 a 一遇，與推理公式法推算得到的60 a一遇洪峰流量為251 m3/s 接近，說明2017年9月調查洪峰流量和重現期的確定較為合理。選取與柯克亞河流域臨近的臺蘭、卡木魯克、卡拉蘇、黑孜水文站作為參證站，用地區洪峰流量綜合頻率曲線法推求的設計洪峰流量成果可靠。因此推薦選用地區洪峰流量綜合頻率曲線法推求的設計洪峰流量成果。

4.2 卡爾斯亞溝代表斷面設計洪水

實驗林場大橋至喬格塔電站之間工程斷面設計洪峰流量采用2017 年8 月25 日調查洪水衰減率推算，實驗林場大橋斷面洪峰流量241 m3/s，喬格塔電站洪峰流量193 m3/s，兩斷面間距離16.99 km，洪水衰減系數1.18%/km。代表斷面設計洪峰流量見表10。

表10 卡爾斯亞溝代表斷面設計洪峰流量計算表