鐵勒克厄肯河暴雨洪水類型特征及調查成果合理性探析

王振梁

(新疆阿克蘇水文勘測局，新疆 阿克蘇 843000)

1 鐵勒克厄肯河流域水文站網布設及監測項目

鐵勒克厄肯河上沒有任何水文監測資料，鐵勒克厄肯河作為卡普斯浪河卡木魯克水文站上游支流，為了滿足本次分析計算所需，現選擇自然地理概況相似，氣候條件相近河流卡普斯浪河卡木魯克水文站為參證站，其資料系列截止2018年。

卡木魯克水文站設立于1956年10月，該站位于新疆維吾爾自治區拜城縣團結鄉卡木魯克村，是卡普斯浪河水量、水質控制站，地理位置：東經81°34′，北緯41°51′，測站以上集水面積1 834 km2，控制河段以上河長65 km，水文站以下27 km，河流與木扎提河匯合，河流全長92 km。該站主要觀測項目有：水位、流量、泥沙、降水、蒸發、氣溫、水溫、水質等,測驗項目均按照相關技術規范執行。水文資料完整，系列長，資料具有一定的代表性，并且水文資料嚴格執行《水文測驗試行規范》及部頒《水文年鑒編印規范》(SL-460-2009)，技術方法正確，基礎資料可靠(見表1)。

表1 卡木魯克站資料概況一覽表

2 鐵勒克厄肯河暴雨洪水類型及時空分布特征

鐵勒克厄肯河是卡普斯浪河的支流，是一條季節性河流，整個流域位于拜城盆地老虎臺洼地北部，地勢北高南低, 西高東低，洪水調查斷面位于拜城縣鐵熱克鎮鐵熱克村，斷面左岸是鉛絲石籠人工護岸。右岸是巖石山脈，河床由砂礫石組成的。

流域內巖礫裸露，無植被。鐵勒克厄肯河每年7月初至8月中旬逢大暴雨時，必成暴雨洪水，洪水匯集后匯入卡普斯浪河。鐵勒克厄肯河是一條山溪性河流，該河主要以暴雨洪水、地下水為補給源,季節積雪在夏季6-8月中消融補給河流。洪水類型為暴雨型、融雪型、融雪和暴雨混合型。

2.1 暴雨洪水類型特征

2.1.1 暴雨洪水

鐵勒克厄肯河作為卡普斯浪河的支流，位于天山山區暴雨帶的中心位置，新疆的暴雨路徑角度進行分析，不管暴雨從天山弧形路徑或者天山東移路徑來看，都必然要經過這個流域，而卡木斯浪河則位于這個移動路徑的迎風面，正因為如此，所有流域經常有大暴雨發生，進而引起洪水。該流域的暴雨洪水具有突發性較強、陡漲陡落和峰高量小的特點，暴雨洪水歷時較短，沒有明顯日變化。暴雨洪水歷時最長可達約72 h左右，最短大約持續約10 h左右，一般大多數情況下持續時間在24 h左右，洪水過程的變化特點則呈近似尖瘦的等腰三角形形態，且不同時刻的洪水洪量差異懸殊。卡木魯克站典型暴雨洪水過程見圖1。

圖1 卡木魯克站1982年暴雨洪水過程線

2.1.2 冰雪消融洪水

由于卡普斯浪河位于天山南坡，徑流形成區的平均海拔高程較低，大規模冰川、積雪發育條件不充分，所以消融洪水的規模不是很大，峰值最大不會超過350 m3/s。主要為季節性冰雪消融洪水，洪水變化過程呈現出明顯的日變化特點，與溫度上升變化規律比較一致。冰雪消融洪水具有起漲平緩、峰值不高和洪量較大的特點。洪水變化過程屬于復峰型，峰值區持續時間較長、呈現出“一日一峰一谷”的明顯特征。圖2所示即為較典型的消融洪水過程。

圖2 卡木魯克站1961年消融洪水過程線

2.1.3 混合型洪水

暴雨洪水和冰雪消融洪水兩類洪水過程疊加形成稱之為混合洪水。根據疊加的方式不同，又分為兩種情況：(1)暴雨洪水與冰雪消融洪水漲峰過程疊加；(2)暴雨洪水與冰雪消融洪水落水過程疊加。混合型洪水一般大多發生在有冰川和永久性積雪來源的河流上，鐵勒克厄肯河流域一般大多發生在每年的6-8月。其洪水特征呈現出明顯的日變化特點，洪水發生前，會有數日高溫天氣，導致出現冰雪消融洪水，如果再加之后期突遇降水天氣，兩者疊加最終形成較大洪峰。混合型洪水具有起漲速度快、洪峰高、流速急、洪量大的基本特點，一般持續時間長，會附帶產生很多漂浮物，圖3所示即為較典型的混合型洪水。

圖3 卡木魯克站1999年混合型洪水過程線

2.2 洪水時空分布

卡木斯浪河流域的洪水比較集中，主要岀現在5-9月份，從1957-2018年洪水資料看，年最大洪峰流量90%以上出現在6-8月，7月份出現的頻次最多，可占到50%,其次是8月份，占到27.42%。卡木魯克水文站年最大洪水各月出現頻次見表2。

表2 年最大洪水各月出現頻次

從洪水發生區域分析，洪水主要發生在中低山區。高山區地形陡峻，因地勢高，發生融雪洪水。中低山區是暴雨多發區，該區山體破碎，地表覆蓋有大量松 散沉積物，植被稀少，一遇暴雨，便有洪水發生，還可能發生暴雨泥石流。

3 洪水調查及計算方法

3.1 歷史洪水調查過程分析

3.1.1 調查組織及實施情況

2019年12月7日，阿克蘇水文局分別組織技術人員對鐵勒克厄肯河歷史洪水進行調查。本次洪水調查分別對鐵熱克鎮鐵熱克村村民做了洪水調查情況訪問。洪水調查訪問及河段情況見圖4。

(a)斷面左岸 (b)斷面右岸

3.1.2 調查訪問情況

調查采用現場描述及查看洪水情況進行訪問了解，知情人對這次洪水的情況描述見表3。

表3 2019年洪水調查訪問

3.1.3 洪水調查位置及斷面概況

鐵勒克厄肯河調查點位于拜城縣鐵熱克鎮鐵熱克村,地理位置位于東經81°31′22.59″，北緯41°59′26.98″。洪水調查小組在鐵熱克鎮鐵熱克村鐵勒克厄肯河段選取較順直的斷面進行洪水調查，調查組全程跟隨熟悉情況的當地村民，仔細辨認了當地的洪水痕跡，對歷史洪水發生時調查點的雨情、水情進行訪問和詳細調查，并對三處調查斷面進行了測量。最終選擇在橫比降較小、河道順直的河段，大斷面測量取上、中、下三個斷面。采用假定基面，采用四等水準測量進行了準確測量。洪水調查斷面大斷面圖見圖5～圖7。

圖5 鐵勒克厄肯河上斷面圖

圖6 鐵勒克厄肯河中斷面圖

圖7 鐵勒克厄肯河下斷面圖

3.1.4 造率的選用

糙率n是反映河道邊界和水流對阻力影響的綜合參數，影響n值的因素很多，確定n值主要依靠經驗的積累和實驗。實際工程計算中，正確選擇n值對進行可靠的設計計算十分重要。

近年來水文分析計算中糙率系數多采用三斷面約束條件下的糙率試算來確定糙率n值，本次洪水計算采用三斷面約束條件下的糙率試算來確定糙率n值。

在調查河段利用曼寧公式分別計算三個斷面的洪峰流量，糙率通過洪水調查時假定流量推算及根據調查河段河床情況估算，曼寧公式如下：

(1)

式中：Q為洪峰流量(m3/s)；n為糙率；R為水力半徑(m)；S為水面比降(10-4)；A為過水斷面面積(m2)。

根據調查河段河床情況，河段順直，河床主要由卵石組成，河槽兩岸植被情況較好，大部分水力要素由實地勘測成果確定，為了減少糙率(n)選擇的任意性，利用上、中、下三斷面水文要素推求各斷面河床糙率的關系式。為滿足關系式的要求，在野外調查時盡可能在調查河段上選擇3處以上的橫斷面進行大斷面測量，以此來增加糙率選擇的約束條件。

各調查河段自上游向下游布設A、B、C三個調查斷面，推求各斷面河床糙率的關系式如下：

(2)

(3)

式中：nA、nB、nC分別為A、B、C斷面河床糙率；iAB、iBC、iAC分別為各斷面間水面比降；RA、RB、RC分別為各斷面水力半徑(m)；FA、FB、FC分別為各斷面面積(m2)。

對任意給定斷面糙率nA，可由式(2)、(3)確定B、C斷面河床糙率。通過試算使任意兩斷面為控制計算的河段洪峰流量近似相等，即QAB≈QBC≈QAC，相應的一組糙率值經分析基本合理，即為所求，該組糙率值所確定的洪峰流量。

3.2 本次洪水調查計算方法

調查河段洪峰流量采用三斷面約束法計算，此法要求調查斷面順直，河段內各斷面的組成基本一致，河段內有多處洪痕點，且分布均勻。計算公式(4)～(6)如下：最終計算成果詳見表4和表5所示。

表4 鐵勒克厄肯河洪水調查計算成果表

(4)

(5)

(6)

式中：QA、QB、QC分別為洪痕上、中、下斷面歷史洪水洪峰流量；AA、AB、AC分別為洪痕上、中、下斷面有效過水斷面面積；RA、RB、RC分別為洪痕上、中、下斷水力半徑；nA、nB、nC分別為洪痕上、中、下斷河床糙率；IA、IB、IC分別為洪痕上、中、下斷水面比降；

4 洪水調查成果合理性分析

(1)通過對河流沿線歷史洪水發生情況進行訪問調查，選擇在鐵勒克厄肯河調查河段的上下游分別布設了上、中、下調查斷面。

(2)為保證洪水調查成果的真實性、合理性和準確性，在調查斷面的上下游布設了3～4個洪痕位置，以利于對調查河段的洪水水面比降進行計算確定。同時，也對調查河段上下斷面河道中的水面比降進行了實地測量，最后對計算值和測量值進行比對驗證，可以發現其基本一致。

(3)在采用曼寧公式法進行洪水流量的計算過程中，糙率的選用對計算成果影響很大。糙率屬于一個綜合指數，受河床質的組成、岸坡、斷面形狀、水流形態等諸多因素的影響。在計算時，要綜合利用上、下兩斷面各個水文要素，對各個斷面的糙率進行試算推求，同時要嚴格糙率選用的約束條件，保證糙率的選用成果達到合理的水平。

(4)通過對洪水調查成果的合理性進行評價分析可知，斷面選擇合理，調查數據采用水文四等測量，測量成果較可靠，選用的糙率、水面比降等基礎參數基本合理，將此次洪水調查資料確定為較可靠。

5 結語

綜上所述，洪水類型為暴雨型、融雪型、融雪和暴雨混合型。由于鐵勒克厄肯河無實測水文資料,在進行分析過程中，選擇自然地理概況相似，氣候條件相近的卡普斯浪河上的卡木魯克水文站為參證站來進行洪水特征分析和調查比較合理，也符合相關規范要求，洪水調查資料及成果比較可靠，基本掌握了鐵勒克厄肯河洪水發生的一般規律。