阿恰勒河洪水特征及調(diào)查成果評(píng)價(jià)研究

王 進(jìn)

(新疆阿克蘇水文勘測(cè)局，新疆 阿克蘇 843000)

阿恰勒河全長(zhǎng)55 km，流域面積460 km2。流域內(nèi)最高海拔為4 380 m，最低海拔2 060 m，行政區(qū)劃屬于新疆阿克蘇地區(qū)拜城縣，水資源隸屬天山南麓渭干河區(qū)(三級(jí)區(qū))的木扎提河區(qū)(四級(jí)區(qū))。阿恰勒河是一條季節(jié)性河流，整個(gè)流域位于拜城盆地老虎臺(tái)洼地上游，地勢(shì)北高南低,卻勒塔格山東西方向橫貫其間，地形復(fù)雜，阿恰勒河峽谷成為阿恰勒河肯洪水下泄出口。流域內(nèi)巖礫裸露，河床由大小礫石，卵石和細(xì)沙組成，基本上無(wú)植被，逢大暴雨時(shí)，必成暴雨洪水，洪水匯集后出峽口直泄拜城縣老虎臺(tái)鄉(xiāng)，最后匯入木扎提河。

在阿恰勒河上無(wú)任何水文監(jiān)測(cè)資料，為研究該流域洪水特征和進(jìn)行洪水調(diào)查，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，考慮該河與緊鄰的卡普斯浪河相似，在卡普斯浪河上有唯一的水文站卡木魯克水文站，所以選用卡木魯克水文站水文資料作為阿恰勒河水文分析計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 水文參證站概況

卡木魯克水文站設(shè)立于1956年10月，該站位于新疆維吾爾自治區(qū)拜城縣團(tuán)結(jié)鄉(xiāng)卡木魯克村，是卡普斯浪河水量、水質(zhì)控制站，地理位置：東經(jīng)81°34′，北緯41°51′，測(cè)站以上集水面積1 834 km2,控制河段以上河長(zhǎng)65 km，水文站以下27 km，河流與木扎提河匯合，河流全長(zhǎng)92 km。洪水類(lèi)型為暴雨型、融雪型、融雪和暴雨混合型(水文站概況見(jiàn)表1和圖1)。

表1 卡木魯克站資料概況

該站主要觀測(cè)項(xiàng)目有：水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、氣溫、水溫、水質(zhì)等,測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目均按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范執(zhí)行。水文資料完整，系列長(zhǎng)，資料具有一定的代表性，并且水文資料嚴(yán)格執(zhí)行《水文測(cè)驗(yàn)試行規(guī)范》及部頒《水文年鑒編印規(guī)范》(SD—244—87)，技術(shù)方法正確，基礎(chǔ)資料可靠。

2 流域洪水特性分析

阿恰勒河是一條山溪性河流，河流一般主要發(fā)生的洪水類(lèi)型可分為冰雪消融洪水、暴雨型洪水和暴雨、冰雪消融混合型洪水。

2.1 暴雨洪水

阿恰勒河流域位于天山山區(qū)暴雨帶的中心位置，常有大暴雨洪水發(fā)生。從歷史發(fā)生的暴雨洪水情況來(lái)看，暴雨洪水一般發(fā)生的非常突然，突發(fā)性較強(qiáng)，而發(fā)生過(guò)程中，呈現(xiàn)出獨(dú)立的峰形，陡漲陡落，洪峰高洪量小，持續(xù)時(shí)間較短同時(shí)沒(méi)有明顯的日變化，歷時(shí)最長(zhǎng)者可達(dá)到72 h左右，最短也在10 h左右，大多數(shù)情況下持續(xù)時(shí)間在24 h左右，洪水過(guò)程近似尖瘦的等腰三角形形態(tài)，且不同時(shí)間段各場(chǎng)次的洪水洪量差異較大。卡木魯克站1982年發(fā)生的典型暴雨洪水過(guò)程就具有這個(gè)特點(diǎn)，詳見(jiàn)圖2。

圖2 卡木魯克站1982年暴雨洪水過(guò)程

2.2 冰雪消融洪水

阿恰勒河流域所在區(qū)域?qū)儆谛陆焐降哪掀拢搮^(qū)域高程較低，不利于大規(guī)模的積雪和冰川發(fā)生，因而總體上河流所在流域范圍內(nèi)的消融型洪水發(fā)生的規(guī)模一般，洪水峰值最高時(shí)也不會(huì)超過(guò)350 m3/s。主要還是以季節(jié)性冰雪消融洪水為主，洪水發(fā)生的過(guò)程呈現(xiàn)出明顯的日變化特點(diǎn)，且與溫度的升高關(guān)系密切，洪水發(fā)生的時(shí)間較長(zhǎng)，洪水漲幅較為平緩、峰值不高，但洪量普遍較大、洪水過(guò)程具有復(fù)峰型特點(diǎn)，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。其典型特征可歸納為“一日一峰一谷”且“峰值區(qū)維持時(shí)間較長(zhǎng)”的基本特點(diǎn)。從卡木魯克站1961年典型消融洪水過(guò)程線來(lái)看，可明顯看出消融洪水的發(fā)生過(guò)程特征(見(jiàn)圖3)。

圖3 卡木魯克站1961年消融洪水過(guò)程

2.3 混合型洪水

暴雨洪水和冰雪消融洪水兩類(lèi)洪水過(guò)程的疊加即就形成混合型洪水，其中有可分兩種，一種是冰雪消融洪水漲峰過(guò)程與暴雨洪水疊加；另一類(lèi)是冰雪消融洪水落水過(guò)程與暴雨洪水疊加。混合型洪水多發(fā)生在河源具有冰川和永久性積雪的河流上，本流域混合型洪水多發(fā)生在6-8月。洪水特征具有明顯日變化，前期有數(shù)日高溫天氣，出現(xiàn)冰雪消融洪水，后期遇降水天氣，從而形成較大洪峰。此類(lèi)洪水起漲速度快，洪峰高，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，漂浮物多，流速急，洪量大。圖4所示即為較典型的混合型洪水。

圖4 卡木魯克站1999年混合型洪水過(guò)程

3 流域洪水調(diào)查方法及成果評(píng)價(jià)

3.1 洪水調(diào)查組織及訪問(wèn)

在2019年對(duì)阿恰勒河歷史洪水進(jìn)行調(diào)查的過(guò)程中，由于洪痕不容易辨認(rèn)，洪水痕跡不明顯，因此調(diào)查采用現(xiàn)場(chǎng)描述及查看洪水情況進(jìn)行訪問(wèn)了解，找到附近居民進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)指認(rèn)，知情人對(duì)這次洪水的情況描述見(jiàn)表2。

表2 2019年洪水調(diào)查訪問(wèn)

3.2 洪水調(diào)查河段斷面布置及勘測(cè)

洪水調(diào)查地點(diǎn)選在拜城縣老虎臺(tái)鄉(xiāng)開(kāi)普臺(tái)爾哈納村渠首上游500 m處,地理位置為東徑81°02′20.52″，北緯41°50′15.64″，也是阿恰勒河出山口。該位置橫比降較小，斷面較順直。調(diào)查組和當(dāng)?shù)卮迕褚黄穑瑢?duì)洪水痕跡進(jìn)行了辨認(rèn)，對(duì)當(dāng)時(shí)的雨情，水情進(jìn)行了訪問(wèn)、調(diào)查。斷面測(cè)量取上、中、下三個(gè)斷面，采用假定基面，測(cè)量采用四等水準(zhǔn)測(cè)量。測(cè)量大斷面圖(圖5～圖7)。

圖5 阿恰勒河上斷面圖

圖6 阿恰勒河中斷面圖

圖7 阿恰勒河下斷面圖

3.3 造率的選用

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

在調(diào)查河段利用曼寧公式分別計(jì)算三個(gè)斷面的洪峰流量，糙率通過(guò)洪水調(diào)查時(shí)假定流量推算及根據(jù)調(diào)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(guò)水?dāng)嗝婷娣e(m2)。

根據(jù)調(diào)查河段河床情況，河段順直，河床主要由沙礫石組成，河槽兩岸植被情況較好，大部分水力要素由實(shí)地勘測(cè)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(guān)系式。為滿(mǎn)足關(guān)系式的要求，在野外調(diào)查時(shí)盡可能在調(diào)查河段上選擇3處以上的橫斷面進(jìn)行大斷面測(cè)量，以此來(lái)增加糙率選擇的約束條件。

各調(diào)查河段自上游向下游布設(shè)A、B、C三個(gè)調(diào)查斷面，推求各斷面河床糙率的關(guān)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(duì)任意給定斷面糙率，可由式(2)、(3)確定B、C斷面河床糙率。通過(guò)試算使任意兩斷面為控制計(jì)算的河段洪峰流量近似相等，即QAB≈QBC≈QAC，相應(yīng)的一組糙率值經(jīng)分析基本合理，即為所求，該組糙率值所確定的洪峰流量。

3.4 洪水調(diào)查計(jì)算方法

調(diào)查河段洪峰流量采用三斷面約束法計(jì)算，此法要求調(diào)查斷面順直，河段內(nèi)各斷面的組成基本一致，河段內(nèi)有多處洪痕點(diǎn)，且分布均勻。計(jì)算公式(4)～(6)如下：

(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(guò)水?dāng)嗝婷娣e；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。

3.5 洪水調(diào)查成果評(píng)價(jià)分析

綜上所述，本文所提供洪水調(diào)查成果的調(diào)查數(shù)據(jù)采用水文四等測(cè)量，測(cè)量成果較可靠，選用參數(shù)基本合理，糙率資料是采用調(diào)查河段基本資料，采用兩個(gè)斷面約束計(jì)算河床糙率。經(jīng)合理性分析后將此次洪水調(diào)查資料定為較可靠。最終計(jì)算的成果表如表3和表4所示。

表3 阿恰勒河洪水調(diào)查計(jì)算成果表

表4 阿恰勒河洪水調(diào)查表

3.6 洪水調(diào)查成果中的洪水重現(xiàn)期復(fù)核考證

在洪水調(diào)查過(guò)程中，結(jié)合河段自然地理?xiàng)l件和區(qū)域暴雨洪水特點(diǎn)，對(duì)所調(diào)查的歷史洪水重現(xiàn)期進(jìn)行了分析，在分析過(guò)程中基于本次調(diào)查結(jié)果和被65歲的被調(diào)查人根據(jù)父輩知道的情和自己掌握的情況，認(rèn)為阿恰勒河2009年7月22日洪峰為65年最大，因此所調(diào)查洪水的考證期為：調(diào)查考證期N=65年，其重現(xiàn)期T為：T=N+1=66 年。將2019年調(diào)查的洪峰流量定為第一位洪水。

4 結(jié)語(yǔ)

由于特殊的地理位置和地形地貌特點(diǎn)，拜城縣歷來(lái)是新疆山洪災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)之一，阿恰勒河作為拜城縣境內(nèi)的十幾條主要河流之一，屬于山溪性河流，洪水的主要來(lái)源是中低山區(qū)大降雨形成暴雨洪水和氣溫逐漸上升而引起的消融洪水。在對(duì)該河流洪水特性進(jìn)行總結(jié)和詳盡調(diào)查評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，可掌握河流的洪水特征及基礎(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)，為流域水資源合理開(kāi)發(fā)利用和人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全提供保障。