新疆阿圖什布古孜河防洪堤工程河段設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算

張 云

（新疆維吾爾自治區(qū)克孜勒蘇水文勘測(cè)局,新疆 克孜勒蘇柯?tīng)柨俗?845350）

城市防洪工程經(jīng)常由于集水面積不大,沒(méi)有流量觀測(cè)記錄或記錄不足,無(wú)法計(jì)算設(shè)計(jì)洪水。基于此,根據(jù)“多種方法、綜合分析、合理選定”的原則,水利工程通常采用綜合單位線法、推理公式法、經(jīng)驗(yàn)公式法、凈雨過(guò)程等,計(jì)算洪峰流量和洪水過(guò)程線,其計(jì)算結(jié)果是河道整治、城市防洪等工程的決策依據(jù),意義重大。本文圍繞新疆阿什圖布谷孜河防洪堤工程河段設(shè)計(jì)洪峰流量展開(kāi)計(jì)算分析。

1 工程概況

布古孜河流域位于我國(guó)新疆塔里木盆地西部克州阿圖什市境內(nèi),其北部與吉爾吉斯坦共和國(guó)交界,南與克孜河毗鄰,東與哈拉峻盆地接壤,西鄰恰克馬克河。

阿圖什市布古孜河防洪河段防洪堤工程位于克孜勒蘇柯?tīng)柨俗巫灾沃荩ㄒ韵潞?jiǎn)稱(chēng)克州）阿圖什市阿湖鄉(xiāng)、哈拉峻鄉(xiāng)、吐古買(mǎi)提鄉(xiāng)及烏恰縣鐵列克鄉(xiāng),防洪河段均為布古孜河支流,防洪工程河段左、右岸均為鄉(xiāng)村或農(nóng)田。阿圖什市布古孜河防洪河段防洪堤工程分四個(gè)部分：烏恰縣鐵列克鄉(xiāng)鐵列克村防洪堤工程河段、阿圖什市吐古買(mǎi)提鄉(xiāng)結(jié)然布拉克村防洪堤工程河段、阿圖什市阿湖鄉(xiāng)防洪堤河段、阿圖什市哈拉峻鄉(xiāng)阿亞克蘇洪村防洪堤河段。

2 防洪堤工程河段設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算

為推求工程場(chǎng)址處的設(shè)計(jì)洪水,本次借用同一氣候區(qū)內(nèi)的鄰近參證站的設(shè)計(jì)洪峰流量成果和最大一日降水量資料,分別采用地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法和面積比指數(shù)法、經(jīng)驗(yàn)公式法,推算防洪工程河段設(shè)計(jì)洪峰流量。

①參證站

阿俄水文站測(cè)驗(yàn)斷面以上河長(zhǎng)105 km,集水面積為2112 km2；恰其嘎水文站,測(cè)站以上河長(zhǎng)125 km,集水面積為378 8km2；卡浪溝呂克水文站,測(cè)站以上河長(zhǎng)92 km,集水面積1954 km2；卡拉貝利水文站,測(cè)站以上河長(zhǎng)213 km,集水面積為13700 km2。

②設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算斷面

烏恰縣鐵列克鄉(xiāng)鐵列克村防洪堤工程河段位于鐵列克村上游跨河大橋至下游4.0 km處,其中,鐵列克村防洪堤左岸防洪工程以跨河大橋下游約20 m為起點(diǎn),防洪工程長(zhǎng)度4.0 km,右岸防洪工程以跨河大橋下游約500 m處為起點(diǎn),防洪工程長(zhǎng)度2.5 km,設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算斷面選擇在右岸防洪堤起點(diǎn)處,斷面以上集水面積545.9 km2。

阿圖什市吐古買(mǎi)提鄉(xiāng)結(jié)然布拉克村防洪堤工程河段位于跨河大橋上游約0.5 km至下游約3.5 km處,設(shè)計(jì)防洪堤長(zhǎng)度3.4 km,由于大橋上、下游修建防洪工程,對(duì)天然斷面有所破壞,設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算斷面選擇在大橋以下500 m處,斷面以上集水面積784.7 km2。

阿圖什市哈拉峻鄉(xiāng)阿亞克蘇洪村防洪堤河段位于跨河大橋上游1.0 km至下游公路橋處,設(shè)計(jì)防洪堤長(zhǎng)度10 km（左岸5.0 km,右岸5.0 km,該河段兩岸曾修建防洪堤,但目前均已被沖毀）,左岸與右岸起點(diǎn)基本一致,設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算斷面選擇在本次防洪工程起點(diǎn)處,斷面以上集水面積709.6 km2。

2.1 地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率線法

選取處于同一氣候區(qū)內(nèi)的卡浪溝呂克水文站、恰其嘎水文站、阿俄水文站及卡拉貝利水文站作為本次計(jì)算的參證站,并根據(jù)上述參證站的實(shí)測(cè)年最大洪峰流量和歷史調(diào)查洪水資料,采用地區(qū)洪峰流量綜合頻率曲線法[1]對(duì)調(diào)查斷面的設(shè)計(jì)洪峰流量進(jìn)行推求：

式中：Qp為設(shè)計(jì)洪峰流量,m3/s；Kp為設(shè)計(jì)洪峰流量的模比系數(shù)；Qd為調(diào)查歷史洪水洪峰流量,鐵列克村防洪堤309 m3/s,結(jié)然布拉克村防洪堤440 m3/s,阿亞克蘇洪防洪堤372 m3/s；Kd為調(diào)查洪水洪峰流量的模比系數(shù),重現(xiàn)期38 年相應(yīng)的Kd=6.13。

根據(jù)參政站的歷史調(diào)查洪水資料以及實(shí)測(cè)洪峰流量樣本,編制項(xiàng)目地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線,見(jiàn)圖1,并據(jù)此求得Kp值和布古孜河防洪工程河段處不同設(shè)計(jì)頻率下的設(shè)計(jì)洪峰流量,見(jiàn)表1。

圖1 地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線圖

表1 地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法設(shè)計(jì)洪峰流量 成果表 單位：m3/s

2.2 面積比指數(shù)法

本文根據(jù)阿俄站的設(shè)計(jì)洪峰流量成果,采用面積比指數(shù)法[2]對(duì)防洪工程河段設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行估算,其計(jì)算公式為：

式中：QGp為工程節(jié)點(diǎn)斷面處的設(shè)計(jì)洪峰流量,m3/s；MCp為參證站的設(shè)計(jì)洪峰流量,m3/s；根據(jù)相關(guān)計(jì)算,參證站設(shè)計(jì)洪峰流量見(jiàn)表2；fc、fg為參證站、工程節(jié)點(diǎn)斷面處的集水面積,km2。

根據(jù)上式計(jì)算出的防洪河段洪水調(diào)查斷面設(shè)計(jì)洪峰流量見(jiàn)表2。

表2 防洪工程河段洪水調(diào)查斷面設(shè)計(jì)洪峰流量成果表單位：m3/s

2.3 經(jīng)驗(yàn)公式法

參考希堯等“新疆小河流域洪峰流量均值計(jì)算經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ教接憽币晃膶?duì)新疆天山南北坡、帕米爾高原、昆侖山北坡諸小河流域計(jì)算經(jīng)驗(yàn)式：

式中：Qm為多年平均年最大洪峰流量, m3/s；F為控制斷面以上集水面積, km2；C為河流參數(shù),C=L/J；f為流域形狀系數(shù),f=F/L2；Pm1為流域多年平均最大一日降水量, mm。

防洪工程河段最大一日降水量,借用鄰近流域阿俄水文站最大一日降水量資料,推求防洪堤工程河段處的多年平均年最大洪峰流量見(jiàn)表3中。

表3 防洪堤工程河段處多年平均年最大洪峰流量估算表單位：m3/s

由表3 中防洪堤工程河段多年平均洪峰流量,再借用阿俄水文站設(shè)計(jì)洪峰流量的CV和CS,查P-Ⅲ型曲線模比系數(shù)Kp值,從而推得防洪堤工程河段處不同保證率的設(shè)計(jì)年最大洪峰流量成果,見(jiàn)表4。

表4 防洪工程河段洪水調(diào)查斷面設(shè)計(jì)洪峰流量成果表單位：m3/s

2.4 設(shè)計(jì)洪峰流量成果

（1）地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法：該方法簡(jiǎn)便易行、適用于無(wú)資料流域的洪峰流量計(jì)算,計(jì)算成果較可靠。

（2）面積比指數(shù)法:該法計(jì)算方便,但是工程場(chǎng)址與參證站流域面積相差懸殊,計(jì)算成果偏小,其設(shè)計(jì)洪水成果不利于工程安全。

（3）經(jīng)驗(yàn)公式法：本次選用同一氣候分區(qū)的相似流域參證站阿俄站的最大一日暴雨資料進(jìn)行設(shè)計(jì)流域的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算,資料系列可靠,具有較好的代表性,但該站已撤銷(xiāo)近26 年,資料系列對(duì)計(jì)算成果有一定的影響。

經(jīng)統(tǒng)籌考慮工程安全及工程成本合理,建議采用地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法計(jì)算成果,作為本次布古孜河防洪工程河段的設(shè)計(jì)依據(jù),阿湖水庫(kù)泄洪道防洪堤工程洪峰流量,直接采用調(diào)洪演算成果,見(jiàn)表5。

表5 布古孜河防洪工程河段洪峰流量表 單位：m3/s

3 結(jié)語(yǔ)

布古孜河防洪堤工程河段設(shè)計(jì)洪峰流量的計(jì)算充分利用了布古孜河阿俄水文站的水文、氣象觀測(cè)資料,按照相關(guān)規(guī)范技術(shù)要求,分別采用地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法與面積比指數(shù)法、經(jīng)驗(yàn)公式法三種方法對(duì)其設(shè)計(jì)洪峰流量進(jìn)行了計(jì)算。通過(guò)上文中的分析,認(rèn)為地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線法所得的計(jì)算成果較為可靠,且綜合工程安全及工程成本,推薦本項(xiàng)目采用該方法的計(jì)算成果,作為阿圖什市布古孜河防洪河段防洪堤工程的設(shè)計(jì)依據(jù)。