新能源汽車(chē)檢測(cè)中心試驗(yàn)場(chǎng)洪水影響分析

木娜瓦爾·買(mǎi)買(mǎi)提

（吐魯番水文勘測(cè)局，新疆 吐魯番 838000）

0 引言

新能源汽車(chē)檢測(cè)中心試驗(yàn)場(chǎng)位于高昌區(qū)火焰山腳下，建設(shè)內(nèi)容主要有：直線性能路、城市廣場(chǎng)、服務(wù)區(qū)配套建筑、標(biāo)準(zhǔn)坡道、越野路、綜合試驗(yàn)路等。由于新能源汽車(chē)檢測(cè)中心試驗(yàn)場(chǎng)位于煤窯溝下游35 km 處，且沒(méi)有任何防洪工程，根據(jù)《城市防洪工程設(shè)計(jì)規(guī)范》和沿河工程防洪標(biāo)準(zhǔn)，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為20 年一遇，需對(duì)設(shè)防的20 年一遇洪水進(jìn)行分析計(jì)算。項(xiàng)目位置見(jiàn)圖1。

圖1 汽車(chē)檢測(cè)有限公司項(xiàng)目區(qū)位置示意圖

1 概況

項(xiàng)目區(qū)多年平均降雨量15.7 mm。煤窯溝流域洪水，通過(guò)托蓋達(dá)坂防洪壩后經(jīng)過(guò)G30 國(guó)道，在火焰山分為三叉溝，從西向東命名為西1、西2、西3 溝，其洪水成因多為暴雨所致，具有突發(fā)性，短歷時(shí)，高強(qiáng)度，陡漲陡落，破壞性極大的特點(diǎn)。其中，西2 溝是主要行洪溝，項(xiàng)目區(qū)部分區(qū)域也在行洪范圍內(nèi)。

當(dāng)西3 溝發(fā)生特大洪水時(shí)（100 年一遇以上）。可淹沒(méi)新能源汽車(chē)試驗(yàn)預(yù)留區(qū)、標(biāo)準(zhǔn)坡道、城市廣場(chǎng)、操穩(wěn)評(píng)價(jià)路、性能路和越野場(chǎng)地等區(qū)域。經(jīng)對(duì)項(xiàng)目區(qū)周?chē)樗畞?lái)源和潰壩洪水影響范圍分析，西2、西3 溝洪水是項(xiàng)目區(qū)洪水威脅的主要來(lái)源，因此本次只計(jì)算西2、西3 溝的洪水。

2 參證站洪水分析

煤窯溝主要有煤窯溝水文站，具有60 多年觀測(cè)資料。1969 年6 月26 日的洪水是煤窯溝水文站建站以來(lái)實(shí)測(cè)的最大洪水。其洪峰流量為494 m3/s，在實(shí)測(cè)資料中排位第一，資料比較可靠。1969 年7 月3 日，曾做過(guò)一次洪水調(diào)查。從歷史洪水的調(diào)查訪問(wèn)及資料記錄中分析得知，在近70 年內(nèi)（1905 年～1969 年）相似或大于1969 年的特大洪水發(fā)生了至少3～4 次，有記載的年份為1905 年、1916 年、1936 年，但調(diào)查中無(wú)法找到其洪水痕跡，難以確定洪峰量大值。所以，本次洪水計(jì)算以煤窯溝水文站作為參證站進(jìn)行洪水設(shè)計(jì)。

3 洪水調(diào)查分析

3.1 西2 溝洪水調(diào)查與分析

1）根據(jù)2017 年完成的“煤窯溝水庫(kù)潰壩洪水及對(duì)下游影響水文分析計(jì)算”，當(dāng)水庫(kù)潰壩時(shí)洪水只流進(jìn)西2 溝后引入到艾丁湖，項(xiàng)目區(qū)性能試驗(yàn)路（兩條）1.6 km 穿過(guò)河道行洪區(qū)范圍，考慮工程最不利條件，當(dāng)煤窯溝發(fā)生局部潰壩洪水，到達(dá)西2 溝的洪峰流量為277 m3/s。

2）經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘和煤窯溝站最大洪峰出現(xiàn)的時(shí)間，根據(jù)洪水痕跡，采用橫斷面成果和曼寧公式估算，本次調(diào)查處的調(diào)查洪峰 107 m3/s，為 2005 年 8 月6 日發(fā)生的洪水。

3.2 西2 溝下游（項(xiàng)目區(qū)1）洪水調(diào)查

在西2 溝下游項(xiàng)目區(qū)直線性能路（西邊）跨越煤窯溝河道處，測(cè)量河道寬1300 m，河段西低東高，東西河底高差9 m，直線性能路比河底高17 m，此河段為漫灘，無(wú)法找出明顯的河槽。因此以洪水痕跡為主，測(cè)4 段橫斷面進(jìn)行平均寬流量估算。由于調(diào)查河段西低東高高差也較大，各段的洪水位有所差異，因此，根據(jù)測(cè)量估算的斷面每100 m 平均流量為6.93 m3/s，用洪水?dāng)嗝婵傞L(zhǎng)1290 m，計(jì)算該斷面洪峰流量為89.4 m3/s。

3.3 西3 溝洪水調(diào)查

西3 號(hào)溝雖位于煤窯溝流域下游，但由于地勢(shì)高，煤窯溝河洪水并不能流到該溝。但是若遇突發(fā)性大暴雨，洪水則會(huì)漫延到約8.0 km2的戈壁，影響到項(xiàng)目區(qū)部分區(qū)域。通過(guò)洪水調(diào)查，測(cè)量公路左右岸橫斷面和曼寧公式估算，其2018 年和2005 年最大洪峰流量分別為9.91 m3/s 和132 m3/s。

3.4 西2、西3 溝與項(xiàng)目區(qū)區(qū)間山前暴雨洪水計(jì)算

由于西2、西3 溝與項(xiàng)目區(qū)間沒(méi)有雨量站點(diǎn)，歷史記錄中也沒(méi)有該區(qū)域暴雨洪水發(fā)生案例，說(shuō)明該區(qū)域沒(méi)有發(fā)生過(guò)強(qiáng)暴雨洪水。為了安全起見(jiàn)，本次用周?chē)栍谧嗡_依溝（煤窯溝與塔爾朗區(qū)間洪溝）、桃兒溝和吐峪溝大峽谷防洪堤防建設(shè)項(xiàng)目暴雨洪水分析計(jì)算報(bào)告中的暴雨資料，估算項(xiàng)目區(qū)上游暴雨洪水。經(jīng)計(jì)算，西2、西3 溝和區(qū)間各頻率設(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)表1。

表1 西2、西3 與項(xiàng)目1 區(qū)、2 區(qū)區(qū)間各站點(diǎn)各頻率設(shè)計(jì)洪水成果

4 項(xiàng)目區(qū)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

根據(jù)城市防洪和項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，需計(jì)算各頻率下的設(shè)計(jì)洪水。

4.1 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算思路

為了方便且準(zhǔn)確計(jì)算項(xiàng)目區(qū)設(shè)計(jì)洪水，根據(jù)上游洪水淹沒(méi)情況，把項(xiàng)目區(qū)分成兩個(gè)區(qū)，項(xiàng)目1 區(qū)是直線性能路從環(huán)島向東2.5 km 處；項(xiàng)目2 區(qū)是項(xiàng)目區(qū)廠房區(qū)域，長(zhǎng)有8.3 km。

4.1.1 項(xiàng)目1 區(qū)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算思路

煤窯溝河托蓋達(dá)坂防洪壩后經(jīng)過(guò)G30 國(guó)道以下分三叉溝，2 號(hào)洪溝（行洪通道）穿過(guò)項(xiàng)目1 區(qū)（是河道行洪區(qū)），當(dāng)3 號(hào)溝發(fā)生大洪水時(shí)對(duì)項(xiàng)目2 區(qū)有影響。

方案1：根據(jù)煤窯溝設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，按每公里平均衰減率2.5%衰減到西2 溝，又衰減到項(xiàng)目1 區(qū)設(shè)計(jì)洪水成果。

方案2：根據(jù)西2 溝溝口調(diào)查洪峰流量，用洪峰流量地區(qū)綜合法來(lái)估算溝口處設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，每公里平均衰減后成果加區(qū)間暴雨洪水，得項(xiàng)目1 區(qū)設(shè)計(jì)洪水成果。

方案3：直接用1 區(qū)洪水調(diào)查值，用洪峰流量地區(qū)綜合法結(jié)果作為項(xiàng)目1 區(qū)的設(shè)計(jì)洪水。

方案4：1 區(qū)與西2 溝口距離只有3.8 km，不考慮區(qū)間發(fā)生暴雨洪水可能性，而且項(xiàng)目區(qū)周?chē)鸁o(wú)雨量資料做依據(jù)，因此，直接把西2 溝設(shè)計(jì)洪水作為項(xiàng)目1 區(qū)的洪水成果。

方案5：為了設(shè)計(jì)安全，項(xiàng)目1 區(qū)與西2 溝口距離只有3.8 km，考慮區(qū)間發(fā)生暴雨洪水可能性，因此，西2 溝衰減后的設(shè)計(jì)洪水加西2 溝暴雨洪水和區(qū)間暴雨洪水疊加作為項(xiàng)目1區(qū)的洪水成果。

4.1.2 項(xiàng)目2 區(qū)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算思路

西3 溝是獨(dú)有洪溝，由公路分東、西溝兩溝，地勢(shì)為西高東低，東、西兩側(cè)溝調(diào)查洪峰流量分別為59.1 m3/s、63.3 m3/s。由洪水淹沒(méi)范圍分析，項(xiàng)目2 區(qū)受西3 溝西邊溝洪水影響，因此，本次不考慮東溝的洪水，將西3 溝西溝設(shè)計(jì)洪水成果作為項(xiàng)目2區(qū)洪水成果。項(xiàng)目2 區(qū)設(shè)計(jì)洪水主要思路：

方案1：根據(jù)調(diào)查值用模比系數(shù)地區(qū)綜合法，推求西3 溝的設(shè)計(jì)洪水成果，直接把西3 溝西邊設(shè)計(jì)洪水成果作為項(xiàng)目2區(qū)的設(shè)計(jì)成果；

方案2：西3 溝2015 年洪水調(diào)查值包含該溝周?chē)┯旰樗ú豢紤]該溝的暴雨），因此，用西3 溝西邊溝設(shè)計(jì)洪水成果加西3 溝到項(xiàng)目2 區(qū)區(qū)間暴雨疊加，作為項(xiàng)目2 區(qū)設(shè)計(jì)洪水成果。

4.2 洪水衰減率計(jì)算

1）通過(guò)洪水調(diào)查和查閱相關(guān)報(bào)告資料，煤窯溝河發(fā)生較大洪水時(shí)可能受洪水影響，項(xiàng)目區(qū)直線性能路河段離煤窯溝河源頭有30 多公里，西2 溝口至項(xiàng)目區(qū)1 距離4.5 km，計(jì)算出每公里衰減率為3.66%。

2）2005 年煤窯溝水文站發(fā)生了239 m3/s 洪水，吐魯番水文水資源勘測(cè)局又在其下游6.1 km 處調(diào)查到219 m3/s 洪水，經(jīng)計(jì)算洪水衰減率每公里為1.4%。從偏于安全考慮采用1.4%進(jìn)行計(jì)算。

3）根據(jù)《鄯善縣吐峪溝大峽谷防洪提防建設(shè)項(xiàng)目暴雨洪水分析計(jì)算》報(bào)告中的平均衰減率2.5%，其項(xiàng)目和本次項(xiàng)目區(qū)均位于煤窯溝下游，因此，用衰減率2.5%來(lái)計(jì)算本項(xiàng)目區(qū)設(shè)計(jì)洪水較為合理。

4.3 洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合法

選取處于同一氣候區(qū)內(nèi)具有較長(zhǎng)實(shí)測(cè)洪水系列的水文站作為參證站，根據(jù)參證站實(shí)測(cè)年最大洪峰流量及歷史調(diào)查的洪水資料，采用洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法，推求調(diào)查斷面設(shè)計(jì)洪峰流量。

式中：Qp為設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；Qd為調(diào)查歷史洪水洪峰流量；Kp為設(shè)計(jì)流量模比系數(shù)；Kd為調(diào)查流量模比系數(shù)。

采用本氣候區(qū)內(nèi)具有較長(zhǎng)實(shí)測(cè)洪水系列的各水文站的歷史調(diào)查洪水和實(shí)測(cè)洪峰系列樣本；其中：阿拉溝站為1957 年～2018 年連續(xù)系列，無(wú)特大值處理；煤窯溝站為1976 年～2018 年、加1969 年（做特大值處理）共39 年洪水系列；（重現(xiàn)期61 年）；二塘溝洪水系列有歷史洪水、1939 年調(diào)查洪水、1992 年～2013 年歷史洪水和1939 年洪水做特大值歷史調(diào)查洪水647 m3/s（重現(xiàn)期 77 年）；1939 年洪水 355 m3/s（重現(xiàn)期 38 年）；柯柯亞洪水系列為 1979 年 ～2013 年，1996 年（638 m3/s）做特大值處理，重現(xiàn)期為63 年。

由此繪制地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線見(jiàn)圖2，其統(tǒng)計(jì)參數(shù)Cv=1.25，Cs/Cv=3.0。本次采用各站點(diǎn)2005 年洪水調(diào)查值，重現(xiàn)期15 年相應(yīng)的模比系數(shù)2.873，求得KP值及各洪溝的設(shè)計(jì)洪峰流量見(jiàn)表2。

圖2 吐魯番地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線圖

表2 項(xiàng)目區(qū)各站點(diǎn)設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

4.4 項(xiàng)目1 區(qū)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)洪水計(jì)算思路，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3，經(jīng)上述幾種方法進(jìn)行對(duì)比分析，考慮項(xiàng)目1 區(qū)上游河槽不明顯、洪水位難以確定，考慮最不利條件，推薦采用5 方案設(shè)計(jì)洪水成果作為項(xiàng)目1 區(qū)成果較為合理。

表3 項(xiàng)目1 區(qū)設(shè)計(jì)洪水成果

4.5 項(xiàng)目2 區(qū)設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

與上述同樣原理，采用洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合法估算西3 溝西溝設(shè)計(jì)洪水成果與區(qū)間暴雨疊加成果作為項(xiàng)目項(xiàng)目2 區(qū)設(shè)計(jì)成果，見(jiàn)表4。

表4 項(xiàng)目2 區(qū)設(shè)計(jì)洪水成果

4.6 項(xiàng)目區(qū)最終設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

根據(jù)以上一些列計(jì)算分析確定汽車(chē)試驗(yàn)項(xiàng)目區(qū)設(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)表5。

表5 項(xiàng)目區(qū)設(shè)計(jì)洪水成果

5 結(jié)語(yǔ)

新能源汽車(chē)檢測(cè)中心位于煤窯溝下游，其洪水受西2、西3溝影響較大，而洪水的組成和沿程衰減情況復(fù)雜，不確定因素較多。為了確保項(xiàng)目安全性，通過(guò)調(diào)查西2 溝、西2 溝下游、西3 溝洪水和計(jì)算西2、西3 溝與項(xiàng)目區(qū)間暴雨洪水，分析洪水沿程衰減情況，將項(xiàng)目區(qū)分為2 個(gè)區(qū)，采用洪峰流量模比系數(shù)綜合法分別求出兩個(gè)區(qū)域設(shè)計(jì)洪水，最終提出項(xiàng)目區(qū)20 年一遇洪水為209 m3/s，100 年一遇洪水為387 m3/s，為工程設(shè)計(jì)建設(shè)提供參考。