開都河寶浪蘇木分水樞紐處洪水分析

汪 洋

（新疆維吾爾自治區巴音郭楞水文勘測局，新疆 庫爾勒 841000）

開都河寶浪蘇木分水樞紐工程位于巴音郭楞蒙古自治州博湖縣境內[1]，經過多年運行，病險問題較多，需進行除險加固，這就需對工程處的設計洪水進行分析計算。

1 概況

開都河是以冰雪融水補給為主流向博斯騰湖的一條內陸河，全長560 km[2]，流域多年平均降水量74.6 mm。氣溫、降雨是開都河洪水形成的主要因素，按照形成原因分融雪型洪水、暴雨型洪水、雨雪混合型洪水和冰凌型洪水[3]。開都河干流上有巴音布魯克水文站（集水面積6 833 km2）、察汗烏蘇電站水庫（大山口水文站以上28.7 km、察汗烏蘇河入河口以上0.6 km 處[4]）、柳樹溝電站（大山口水文站以上11.5 km、柳樹溝入河口以下1.5 km 處）、大山口水文站（集水面積18 827 km2）、小山口電站（大山口水文站以下7.8 km）、焉耆水文站（大山口水文站以下105 km、集水面積22 516 km2），支流黃水溝設有黃水溝水文站。寶浪蘇木水文站位于寶浪蘇木分水閘下游0.3 km 處，支流烏拉斯臺河上有烏拉斯臺水文站。

2 設計洪水計算方法

開都河察汗烏蘇、柳樹溝和小山口電站水庫為開都河汛期防洪調節的水利工程，大山口水電站負責本廠水工建筑安全度汛，因此寶浪蘇木分水樞紐設計工況條件下的設計洪水計算方法如下。

先進行察汗烏蘇、柳樹溝和小山口電站水庫的設計調洪演算；利用大山口水文站至焉耆水文站洪峰衰減率，將小山口電站設計最大洪峰計算至下游25 km 的開都河第一分水樞紐，在減去第一分水樞紐南北兩岸干渠的分洪水量后，將設計最大洪峰流量再計算至下游22 km 的黃水溝支流入河口處；考慮黃水溝僅西支水量流入開都河，將黃水溝水文站設計最大洪峰流量利用該水文站下游河道洪峰衰減率，按黃水溝東西支河道的分洪比例計算西支河道入河口的設計最大洪峰流量；根據烏拉斯臺水文站的設計最大洪峰流量，分析烏拉斯臺河入河口的設計最大洪峰流量；將上述3 處設計最大洪峰流量疊加后，再根據洪峰衰減率，推算出寶浪蘇木分水樞紐處洪峰流量。

3 樞紐處設計洪水計算

3.1 大山口水文站設計洪水

根據大山口水文站1955—2021 年的實測年最大洪峰流量系列和最大1、3、7 d 洪量資料，運用矩法對系列統計參數進行估算，選配型頻率曲線，利用適線法[5]，計算大山口水文站設計洪水。

3.2 區間設計洪水

察汗烏蘇電站和柳樹溝電站之間，有察汗烏蘇河和柳樹溝2 條較大支流匯入；柳樹溝電站至大山口水文站之間還有幾條較小的山洪溝匯入。在進行察汗烏蘇電站洪水調節計算時，需要根據大山口水文站的設計洪水，推求出察汗烏蘇電站的設計入庫洪水。與察汗烏蘇河和柳樹溝的設計洪水疊加后，就是柳樹溝電站的設計入庫洪水。與柳樹溝電站到大山口水文站之間幾條較小的山洪溝設計洪水疊加后，就是小山口電站的設計入庫洪水。

開都河大山口水文站上游有巴音布魯克水文站，兩站之間的中游峽谷河段是開都河的主要產洪區。將大山口水文站以上的開都河流域面積18 827 km2，分割為巴音布魯克水文站以上的流域面積6 833 km2和巴音布魯克水文站至大山口水文站之間的流域面積11 994 km2。察汗烏蘇電站以上流域分布在分割的2 塊區域內，利用察汗烏蘇電站以上流域分別占分割區域的面積比值系數和巴音布魯克水文站、大山口水文站實測洪水資料，計算得察汗烏蘇電站洪水占大山口水文站實測洪水的比值。柳樹溝電站上游的察汗烏蘇河和柳樹溝、柳樹溝電站下游至大山口水文站的山洪溝分布在巴音布魯克水文站至大山口水文站之間的流域區，利用察汗烏蘇電站至柳樹溝電站之間的流域面積和柳樹溝電站到大山口水文站之間的流域面積占巴音布魯克水文站至大山口水文站之間流域面積的比值系數和巴音布魯克水文站、大山口水文站實測洪水資料，計算得察汗烏蘇電站水庫大壩至柳樹溝電站水庫大壩之間的（察汗烏蘇河和柳樹溝）洪水和柳樹溝電站到大山口水文站之間的山洪溝洪水占大山口水文站實測洪水的比值，結果詳見表1。

根據大山口水文站設計最大洪峰流量和最大1、3、7 d設計洪量成果，采用區間最大洪峰流量和最大1、3、7 d 洪量占大山口水文站最大洪峰流量和最大1、3、7 d洪量的比值，計算出察汗烏蘇電站水庫壩址、察汗烏蘇電站水庫壩址至柳樹溝電站水庫壩址之間和柳樹溝電站水庫壩址至大山口水文站之間區域的設計洪水成果，詳見表2—3。

表2 大山口水文站、察汗烏蘇電站水庫壩址設計洪水計算成果

表3 區間設計洪水計算成果

3.3 電站調洪演算

3.3.1 察汗烏蘇電站水庫

察汗烏蘇電站水庫從水庫汛限水位1 640 m、電站滿載發電流量258 m3∕s 的運行情況，開始進行水庫設計洪水調洪演算。利用察汗烏蘇電站水庫設計入庫洪水過程線、庫容、泄洪曲線等參數，進行水庫不同設計頻率洪水的調洪演算，設計出庫洪峰流量詳見表4。

表4 各斷面洪峰流量計算成果m3∕s

3.3.2 柳樹溝電站水庫

根據察汗烏蘇電站水庫設計出庫洪水過程線，按遭遇型疊加洪水的情況考慮，將察汗烏蘇電站水庫設計出庫洪水過程與區間支溝設計洪水過程按時間對應疊加，得到柳樹溝電站水庫設計入庫洪水過程線。柳樹溝電站水庫從水庫汛限水位1 494.5 m、電站滿載發電流量243 m3∕s 的運行情況，開始進行水庫設計洪水調洪演算。利用柳樹溝電站水庫的入庫洪水過程、庫容、泄洪曲線等參數，進行水庫不同設計頻率洪水的調洪演算，設計出庫洪峰流量詳見表4。

3.3.3 小山口電站水庫

同柳樹溝電站水庫調洪演算方法，根據柳樹溝電站水庫設計出庫洪水過程線，按遭遇型疊加洪水的情況考慮，將柳樹溝電站水庫設計出庫洪水過程與區間支溝設計洪水過程按時間對應疊加，得到小山口電站水庫設計入庫洪水過程線。小山口電站水庫從水庫汛限水位1 314.5 m、電站滿載發電流量198 m3∕s 的運行情況，開始進行水庫設計洪水調洪演算。利用小山口電站水庫的入庫洪水過程、庫容、泄洪曲線等參數，進行水庫不同設計頻率洪水的調洪演算，設計出庫洪峰流量詳見表4。

3.3.4 入河口處開都河斷面的設計最大洪峰流量

利用大山口水文站至焉耆水文站洪峰衰減率0.174 6%，將小山口電站水庫出庫后的設計最大洪峰流量計算至下游17 km 處開都河第一分水樞紐，減去第一分水樞紐的分洪流量（大于800 m3∕s 的設計最大洪峰流量減去防洪預案中規定的60 m3∕s 分洪任務、小于800 m3∕s的設計最大洪峰流量減去該河段6—7 月的多年平均引水流量37.2 m3∕s），再流經22 km 后到達烏拉斯臺河和黃水溝西支入河口處。計算結果，詳見表4。

3.4 黃水溝西支入河口處的設計最大洪峰流量

黃水溝水文站下游的毛拉提干渠和團結渠引水閘，遇洪水關閘不引水，不承擔防洪分洪任務。根據黃水溝水文站的設計最大洪峰流量成果，采用黃水溝水文站下游河段的平均每公里洪峰衰減率和沿程損失計算河段長以及黃水溝西支河道分水比，將黃水溝水文站的設計最大洪峰流量成果計算至入河口處開都河斷面，結果詳見表5。

表5 開都河在烏拉斯臺河和黃水溝西支入河口處設計最大洪峰流量計算成果m3∕s

3.5 烏拉斯臺河入河口處的設計最大洪峰流量

本次分析計算時，烏拉斯臺水文站以下河道的水量沿程損失忽略不計。因此，烏拉斯臺河入河口處的設計最大洪峰流量就是采用烏拉斯臺水文站的設計成果，烏拉斯臺水文站多年平均最大洪峰流量為41.8 m3∕s。直接利用大山口水文站的洪峰流量統計參數Cv（0.62）和Cs（3.1）以及烏拉斯臺河水文站多年平均年最大洪峰流量41.8 m3∕s，求得烏拉斯臺河水文站不同頻率設計年最大洪峰流量成果，詳見表5。

3.6 設計工況下開都河在支流入河口處的設計最大洪峰流量

將設計工況下入河口處開都河干流的不同頻率設計最大洪峰流量，與黃水溝西支河道入河口處的不同頻率設計最大洪峰流量、烏拉斯臺河入河口處不同頻率設計最大洪峰流量進行組合疊加，形成4種型式的洪水情況，計算出開都河在烏拉斯臺河和黃水溝西支入河口處不同頻率設計最大洪峰流量，詳見表5。

3.7 設計工況下寶浪蘇木分水樞紐處的設計洪峰流量

開都河在烏拉斯臺河和黃水溝西支入河口處4種型式的不同頻率設計最大洪峰流量，采用大山口水文站至焉耆水文站之間的平均每公里洪峰衰減率0.174 6%，將入河口處設計最大洪峰流量推算至下游48 km 處（至北大渠、五號渠和永寧渠渠首之間的平均距離），再減去北大渠、五號渠和永寧渠的合計分洪流量13 m3∕s，計算得開都河在此處不同頻率設計最大洪峰流量。采用大山口水文站至焉耆水文站之間的洪峰衰減率和北大渠、五號渠和永寧渠渠首至下游焉耆水文站之間的平均距離10 km，計算得開都河在焉耆水文站處不同頻率的設計最大洪峰流量。根據焉耆水文站不同頻率設計最大洪峰流量、焉耆水文站至寶浪蘇木分水樞紐之間友誼渠、團結渠、呼爾敦渠和新建渠的合計分洪流量11 m3∕s，采用焉耆水文站至寶浪蘇木分水樞紐之間的洪峰衰減率和焉耆水文站至寶浪蘇木分水樞紐之間的距離10.28 km，將開都河在焉耆水文站的不同頻率設計最大洪峰流量計算至寶浪蘇木分水樞紐處。計算過程如下：焉耆水文站下游0.1 km 處的友誼渠是此段河道上分洪流量最大的引水渠（7 m3∕s），其他3個引水渠分洪量較小，為簡化計算步驟，先用焉耆水文站不同頻率設計最大洪峰流量減去此段河道上分洪流量，再按沿程衰減情況進行推算。具體計算成果，詳見表6。

表6 寶浪蘇木分水樞紐處設計最大洪峰流量計算成果m3∕s

4 結語

在分析4 座水電站調洪出庫后3 條支流溝匯入口的最大設計洪水基礎上，將復雜的洪水衰減演變分解成了簡單的各節點工程設計洪水，重點對各節點洪水的計算方法作了探討，通過疊加得出下游寶浪蘇木分水樞紐處不同頻率下的設計洪水，為工程建設提供了科學依據。