阿克蘇河流域洪水的時空分布特征分析

丁文杰

(新疆阿克蘇市水利局，新疆 阿克蘇 843000)

阿克蘇河流域位于天山南麓中段西部地區(qū)、塔里木盆地西北邊緣，流域的地理位置位于東經(jīng)75°35′～82°00′；北緯40°17′～42°27′之間，阿克蘇流域流域面積5.14×104km2。工程場址位于西大橋(新大河)水文站下游22 km拜什吐格曼鄉(xiāng)，大河樁號：36+890～41+590。

阿克蘇河由托什干河及庫瑪拉克河匯合而成，流域水資源開發(fā)歷史悠久，水利工程眾多，托什干河自上而下依次建有躍進(jìn)渠首、秋格爾渠首、聯(lián)合渠首、阿合雅渠首、吉格吉渠首、麥蓋提渠首、紅星渠首等水利工程，庫瑪拉克河自上而下建有協(xié)和拉引水樞紐、革命大渠龍口、多浪渠首等水利工程。兩河匯合后主要建有西大橋電站引水渠首及艾力西渠首。

1 流域概況

1.1 地形地貌

阿克蘇河拜什吐格曼下段防洪工程段位于阿克蘇河流域上游河段，距阿克蘇市30 km，地貌上處于南天山山地與塔里木盆地北西緣交合處。阿克蘇河流域地勢總的輪廓是北高，南低，高處為中、低山丘陵，低處為阿克蘇河沖洪積平原。

(1)北部中、低山丘陵：位于阿克蘇河上游，為背斜(特里木背斜)隆起帶。海拔高程1 300～1 900 m，相對高差小于200 m。山地北西向溝谷發(fā)育，丘陵頂部渾圓，丘陵坡度平緩，干燥剝蝕作用強(qiáng)烈，風(fēng)化的砂卵礫石遍布坡面。中、低山丘陵出露地層為Q1x西域組礫巖。

(2)北部山區(qū)山前洪積傾斜礫質(zhì)平原：堆積層主要為(Q3PL)砂卵礫石層。山前礫質(zhì)帶坡度較大，一般為3°～5°，除烏什平原西北邊緣砂質(zhì)帶有短途的常年性徑流外，地表徑流均貧乏，只有短暫的洪水，在丘陵區(qū)的各洪溝出口處，排列著近代小洪積錐，北山山麓帶的溝谷深達(dá)10～20 m，一般侵蝕作用較弱，沖溝深1～4 m，地面極端荒漠化。

(3)阿克蘇河沖洪積平原：為上更新統(tǒng)(Q3aL)和全新統(tǒng)(Q4aL)沖積細(xì)土(包括粘性土、砂土及砂卵礫石)分布區(qū)。細(xì)土堆積厚度幾米至30余 m，其下為巨厚的砂卵礫石層。地面平坦，微向河谷傾斜。阿克蘇河右岸普遍發(fā)育有Ⅰ～Ⅲ級階地，屬基座階地。Ⅰ級階地高出河床1.0～2.0 m，Ⅱ級階地高出河床3～6 m，Ⅲ級階地高出河床10～20 m。

(4)西南部中、低山丘陵：為南部干旱荒漠性質(zhì)的基巖山區(qū)。其西部(柯枰縣)地勢最高，海拔3 500～3 600 m，其余則漸降低至1 500～1 600 m，整個南部山區(qū)為北東—南西向穹形構(gòu)造隆起(柯枰斷隆)。在阿克蘇市附近主要為海拔1 200～1 600 m單面低山、丘陵，出露地層主要為元古界，新生界第三系地層。下、中石炭統(tǒng)(C1-2)，綠色、灰綠色絹云母綠泥石—石英片巖，千枚。灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r及頁巖。

1.2 河流水系

阿克蘇河由庫瑪拉克河和托什干河匯合而成，西大橋水文站基本控制了阿克蘇河的水量。

庫瑪拉克河(又稱昆馬力克河)流域位于新疆阿克蘇地區(qū)的溫宿縣境內(nèi)，地理坐標(biāo)介于東經(jīng)78°15′～80°12′，北緯41°10′～42°24′之間，為阿克蘇河兩大源流之一。

庫瑪拉克河發(fā)源于天山山脈汗騰格里峰西側(cè)，河流上游水系極為發(fā)育，兩岸分別有奎柳河、烏奇喬利河、阿克西拉克河、伊內(nèi)爾切克河、卡英德河等多條支流匯入。進(jìn)入中國境內(nèi)后稱為庫瑪拉克河。

庫瑪拉克河河源冰雪資源極為豐富，據(jù)《中國冰川編目》記載，庫瑪拉克河發(fā)育有冰川124條，冰川總面積3 207 km2。河流出山口處設(shè)有協(xié)合拉水文站，為庫瑪拉克河出山口控制站，設(shè)立于1956年6月，為國家基本水文站。測站以上控制河長260 km，其中境內(nèi)河長35 km，控制集水面積12 816 km2。

庫瑪拉克河在協(xié)合拉站下游38 km處分為東、西兩支(為便于敘述以下簡稱為分汊口，下同)。西支于分汊口下游21.4 km西大橋電站攔河閘前與托什干河匯合；東支于分汊口下游21.5 km西大橋電站后與托什干河匯合，始稱阿克蘇河。

托什干河發(fā)源于天山南脈主山脊北坡，河源由兩條支流組成：西支阿克賽河發(fā)源于海拔3 955 m的烏爾他蘇達(dá)坂附近；東支繆德留姆河發(fā)源于海拔3 907 m的庫別爾根提山口附近。兩支流相向而行，在吉爾吉斯斯坦境內(nèi)的曹衣東屋附近匯合，匯合口以下河段始稱托什干河。托什干河呈羽狀水系，自西向東流，沿程接納多條支流，其中較大支流有艾克提克河、開特別克河、廓噶爾特河、瓊烏撤庫什河等。

沙里桂蘭克水文站為托什干河出山口控制站，測站以上河長為358 km，國內(nèi)河長177 km，測站以上集水面積為19 166 km2，實測多年平均年徑流量為27.99×108m3。

2 洪水分析

2.1 洪水的成因

阿克蘇河洪水源自托什干河和庫瑪拉克河兩大支流，因而洪水的成因主要是冰雪消融、冰川突發(fā)洪水和局地暴雨。

2.2 洪水的類型及特征

洪水類型分為冰雪消融洪水、冰川突發(fā)洪水、暴雨洪水、暴雨及冰雪消融混合型洪水、冰雪消融與冰川突發(fā)洪水混合型洪水。阿克蘇河匯集了兩大支流的洪水，其洪水特征綜合了兩大支流洪水特性，表現(xiàn)出如下主要特征：

(1)洪水類型多樣化。阿克蘇河洪水可分為冰雪消融型洪水、冰川突發(fā)洪水、暴雨洪水三個基本的洪水類型，不同類型洪水以及兩大支流洪水的遭遇，使阿克蘇蘇混合型洪水形式多樣化。

(2)年最大洪峰流量發(fā)生時間跨度大。自阿克蘇河西大橋水文站設(shè)立以來，歷年來最大洪峰流量從5-9月均有發(fā)生，8月份是年最大洪峰發(fā)生頻率最高的月份，6-8月份是大洪水多發(fā)季節(jié)，90%以上年最大洪峰流量均發(fā)生在這一時段。

(3)庫瑪拉克河洪水是構(gòu)成阿克蘇河洪水的主要供水源，二者洪水過程具有相似性，這表明阿克蘇河洪水在很大程度上受制于庫瑪拉克河洪水。因而阿克蘇河承襲了庫瑪拉克河洪水的主要特征，即冰川湖突發(fā)洪水頻繁發(fā)生，洪水過程峰高量大。

阿克蘇河西大橋水文站歷史最大實測洪峰流量3 100 m3/s，發(fā)生于1999年7月。

2.3 洪水的時空分布

阿克蘇河的洪水出現(xiàn)在5-8月份，年最大洪峰流量90%以上出現(xiàn)在6-8月，8月份出現(xiàn)的頻次最多，可占到50%以上，其次是6月份。阿克蘇河年最大洪水各月出現(xiàn)頻次見表1。

表1 阿克蘇河西大橋水文站年最大洪水各月出現(xiàn)頻次

2.4 歷史洪水調(diào)查

限于人力、物力和工作的局限性，對阿克蘇河的歷史洪水不再作進(jìn)一步的調(diào)查，本次計算直接采用前人的調(diào)查結(jié)果如下：

1999年水利部批準(zhǔn)的《阿克蘇河防洪規(guī)劃報告》、2012年新疆水利廳批準(zhǔn)的《阿克蘇河良種場上段防洪工程》及2013年批準(zhǔn)的《阿克蘇河良種場下段防洪工程》中的洪水調(diào)查資料。

對于上述歷史洪水在上述水利設(shè)計、水文計算報告中都做了大量的考證和復(fù)核，一致認(rèn)為歷史洪水調(diào)查資料可靠，可以滿足洪水設(shè)計計算的要求。

2.5 天然狀態(tài)下設(shè)計洪水計算

工程場址距上游西大橋水文站22 km，由于老大河(艾里西)水文站從上世紀(jì)60年代已人工控制，且中途無匯水及分水情況，因此，可以直接用西大橋水文站合成洪峰流量的還洪峰流量值的設(shè)計做為工程場址設(shè)計洪峰流量。

連續(xù)洪水系列按下列數(shù)學(xué)期望公式計算經(jīng)驗頻率：

Pm=m/n+1 (m=1，2，…n)

式中：m為洪水峰(量)值大小順序排位；n為洪水峰(量)系列長度

洪水系列統(tǒng)計參數(shù)采用矩法初步估算，采用P-Ⅲ型頻率曲線適線法選配確定。設(shè)計洪水計算成果見表2及圖1。

圖1 工程場址洪峰流量頻率曲線

表2 工程場址天然狀態(tài)洪峰流量頻率計算表 m3/s

2.6 工況下設(shè)計洪峰流量的計算

根據(jù)《新疆阿克蘇河防洪規(guī)劃》，工程場址以上各渠首均不承擔(dān)防洪任務(wù)，只有阿克蘇(老大河)有防洪任務(wù)，因此，本報告采用天然條件下工程場址處設(shè)計洪水減去老大河分洪流量的計算成果做為工況下設(shè)計洪水。

2.7 施工期設(shè)計洪水

根據(jù)施工設(shè)計的要求，本次計算斷面的施工期安排在9-11月。

根據(jù)施工期洪水時段的劃分，選取西大橋站9-11月的洪水作為樣本，由于9月份上游渠首引水對施工期洪水有影響，因此對施工期洪水樣本進(jìn)行還原，采用頻率計算法，對該時段內(nèi)的還原洪水進(jìn)行計算，頻率曲線圖見圖2。

圖2 西大橋站施工期洪水頻率曲線

工程場址位于西大橋水文站下游河道左岸，施工期設(shè)計洪水達(dá)不到老大河分洪洪水，工況下施工期設(shè)計洪水，可以直接采用西大橋站施工期洪水。

2.8 成果合理性分析

對分期設(shè)計洪水成果，分析各分期洪水的統(tǒng)計參數(shù)和同頻率設(shè)計值的年內(nèi)變化規(guī)律，并與年最大洪水的統(tǒng)計參數(shù)和同頻率設(shè)計值進(jìn)行比較，對設(shè)計成果做合理性檢查。對西大橋站的年最大洪水的統(tǒng)計參數(shù)和同頻率設(shè)計值進(jìn)行比較，計算結(jié)果見表3。

表3 西大橋站設(shè)計洪水成果對照表 m3/s

從表3中可以看出，施工期洪水各設(shè)計頻率的設(shè)計值均小于同頻率下的年最大洪水，Cv與Cs均大于年最大洪水，計算結(jié)果較為合理。

3 結(jié)語