柴 揚(yáng)

（吐魯番市清源水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司,新疆 吐魯番 838000）

1 概況

巴依托海渠首位于托克遜縣白紅山水庫(kù)上游8.5 km處的楊河上,海拔高程417 m,集水面積2619 km2,巴依托海渠首主要功能是引白楊河水為紅山水庫(kù)供水,從而為托克遜縣郭勒布依鄉(xiāng)和夏鄉(xiāng)灌區(qū)供水,控制灌溉面積11.86 萬(wàn)畝。

2009 年2 月對(duì)渠首進(jìn)行了安全鑒定,依據(jù)《水閘安全鑒定規(guī)定》（SL 214-98）的規(guī)定,本水閘屬于四類閘,須拆除重建。

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265—2001）“平原區(qū)水閘樞紐工程分等指標(biāo)）”,該工程最大過(guò)水流量大于100 m3/s。工程等級(jí)屬中型III等工程,其主要建筑物為3 級(jí),次要建筑物為4級(jí)。據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306-2001）,本區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.10 g,地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.40 s,對(duì)應(yīng)地震基本烈度為Ⅶ度。據(jù)《水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 203-97）的規(guī)定,引水工程及其他主要建筑物設(shè)計(jì)烈度為Ⅶ度。

2 氣象

托克遜縣地處歐亞大陸腹地,北、西、南均有高山屏障,地勢(shì)低洼,冷濕空氣不易進(jìn)入,為典型的溫帶大陸性干旱氣候,其主要特點(diǎn)是：酷熱、干燥、多大風(fēng)、降雨稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈,氣溫年際變化不大,而日差較大,無(wú)霜期長(zhǎng)。氣候特征總體表現(xiàn)為：春季氣溫回升快、大風(fēng)頻繁、風(fēng)沙危害嚴(yán)重；夏季較長(zhǎng)且高溫酷熱；秋季降溫迅速、天氣多晴好；冬季短暫而干冷、風(fēng)小雪稀。

3 水文

受托克遜縣政府和水利局的委托,吐魯番水文水資源勘測(cè)局于2008 年12 月在白楊河小草湖渠首上游5 km處處設(shè)立了小草湖專用站,主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有水位、流量,測(cè)驗(yàn)方式以巡測(cè)為主。該站距上游峽口站25 km,測(cè)站高程694 m,集水面積2500 km2。

白楊河小草湖專用站監(jiān)測(cè)了2009 年～2011 年3 年,平水期每月測(cè)1～2 次,發(fā)生洪水時(shí)適當(dāng)增加測(cè)次。2009 年全年實(shí)測(cè)流量27 份,其中流速儀25 份,中泓浮標(biāo)2 份,最大流量10.9 m3/s,最小流量1.83 m3/s。2010 年全年實(shí)測(cè)流量18 份,最大流量6.15 m3/s,最小流量2.04 m3/s。2011 年全年實(shí)測(cè)流量16 份,最大流量9.62 m3/s,最小流量2.24 m3/s。水位流量關(guān)系采用連實(shí)測(cè)法整編,經(jīng)分析,2010 年與2011 年的流量資料代表性較差。因此,根據(jù)白楊河2009 年阿拉溝站與白楊河小草湖專用站同期資料做對(duì)比分析,找出阿拉溝站與白楊河小草湖專用站同期來(lái)水的規(guī)律,對(duì)白楊河小草湖專用站的2009 年～2011 年來(lái)水量過(guò)程進(jìn)行修正。經(jīng)復(fù)核,認(rèn)為資料精度能滿足工程設(shè)計(jì)要求。

4 設(shè)計(jì)洪水

4.1 洪水成因類型

白楊河巴依托海洪水成因有二：其一是山區(qū)降雨特別是中高山區(qū)突降暴雨而形成暴雨洪水；其二是由于天氣變暖、氣溫升高致使冰川、積雪融化而形成冰雪融水洪水。經(jīng)分析,85%以上的洪水都由暴雨所致,冰雪融水洪水只占較少一部分。但當(dāng)暴雨突發(fā)時(shí),由于天氣驟變易引起冰雪融水洪水,兩種類型的洪水累加在一起,常常對(duì)下游產(chǎn)生極大的破壞性。

4.2 參證站確定

以白楊河峽口站（資料系列：1956 年～1958 年、1979 年～1987 年）的徑流量加上還原水量,再與周邊徑流成因和流域下墊面條件相似河流的水文站建立相關(guān)關(guān)系,進(jìn)行參證站的選擇。經(jīng)分析,阿拉溝站與峽口站關(guān)系較好,因此,選取阿拉溝站為參證站,見表1。

表1 白楊河峽口站與周邊長(zhǎng)系列站年徑流相關(guān)表

4.3 參證站的洪水樣本系列分析

（1）長(zhǎng)短系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)對(duì)比分析

將阿拉溝站1957 年～2011 年的實(shí)測(cè)年最大洪峰流量系列,按不同系列長(zhǎng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)參數(shù)（見表2）。從表中可看出,均值與Qv值在47年以后趨于穩(wěn)定[1-3]。

表2 阿拉溝水文站洪峰流量長(zhǎng)短系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)對(duì)照表流量：m3/s

（2）模比系數(shù)累積平均曲線分析

阿拉溝站年最大洪峰系列均值隨系列長(zhǎng)度增加曲線趨近1.0,自2011 年向前推,在1996 年之前出現(xiàn)遞減遞增過(guò)程,遞減過(guò)程是受2001 年的最小洪水（1986 年以來(lái)的最小洪水）影響；遞增過(guò)程主要是受1996 年發(fā)生的大洪水的影響,其他時(shí)間為平緩的遞減過(guò)程,當(dāng)系列長(zhǎng)度達(dá)42 年以上時(shí),均值波幅小于5%,漸趨穩(wěn)定[2、7]。圖1 為阿拉溝站洪峰流量模比系數(shù)累積平均曲線圖。

圖1 阿拉溝水文站洪峰流量模比系數(shù)累積平均曲線圖

（3）模比系數(shù)差積曲線分析

阿拉溝站洪峰模比系數(shù)差積曲線可看出系列有較完整的增減過(guò)程,55年的資料中1957年～1985年為小洪水年份,1986年～1993年為中洪水年份,1994年～2000年為大洪水年份,2001年～2011年為中洪水年份,樣本代表性可靠。圖2為阿拉溝站洪峰模比系數(shù)差積曲線圖。

圖2 阿拉溝水文站洪峰流量模比系數(shù)差積曲線圖

綜合上述三個(gè)方面的分析,阿拉溝站的洪峰流量系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)具有一定的穩(wěn)定性,其年際變化過(guò)程包含了較完整的周期性特征,具有一定的代表性。

4.4 參證站的設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算

（1）經(jīng)驗(yàn)頻率及統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算方法

洪水經(jīng)驗(yàn)頻率曲線及統(tǒng)計(jì)參數(shù)估算用連序系列計(jì)算公式[4、5],公式如下：

式中：n為系列項(xiàng)數(shù)；Pm為按大小順序排位的第m項(xiàng)洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率；xi為實(shí)測(cè)洪水變量（i=l+1,…,n）；x為洪水變量均值；Cv為洪水變量變差系數(shù)。

Cs與Cv的比值采用經(jīng)驗(yàn)法,人工適線確定。

（2）設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算

用阿拉溝水文站洪峰流量系列按連序系列進(jìn)行頻率分析計(jì)算,采用P-Ⅲ型曲線,計(jì)算機(jī)優(yōu)選適線,其結(jié)果同周邊長(zhǎng)系列站（英雄橋、煤窯溝等站）統(tǒng)計(jì)參數(shù)Cv,Cs/Cv比較（見表3、表4）,基本一致,符合地區(qū)統(tǒng)計(jì)參數(shù)分布規(guī)律[7、8]。

表3 阿拉溝站洪峰流量統(tǒng)計(jì)參數(shù)成果表 流量：m3/s

表4 阿拉溝周邊站洪峰流量統(tǒng)計(jì)參數(shù)成果表

4.5 參考站設(shè)計(jì)洪水成果的合理性分析

圖3 為阿拉溝水文站洪水統(tǒng)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)值與歷時(shí)關(guān)系圖,由圖可見：各點(diǎn)位置無(wú)突出偏離,隨歷時(shí)的增加,時(shí)段洪量逐漸減少,但洪峰流量及1 日洪量明顯較大,這種情況與阿拉溝水文站場(chǎng)次洪水歷時(shí)多不超過(guò)3 日吻合。Cv值隨歷時(shí)的增加,亦呈遞減之勢(shì),表明隨歷時(shí)增加,洪量的年際變幅變小。

圖3 阿拉溝水文站設(shè)計(jì)洪水統(tǒng)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)值與歷時(shí)關(guān)系圖

本次阿拉溝水文站1 日洪量及洪峰流量頻率計(jì)算結(jié)果顯示：1日洪量適線參數(shù)Cv值（1.50）略大于洪峰流量適線參數(shù)Cv值（1.35）。從1日洪量及洪峰流量的系列極值比來(lái)看,1日洪量極值比（27.1）大于洪峰流量極值比（25.7）,1日洪量最大模比系數(shù)（6.823）也大于洪峰流量最大模比系數(shù)（5.368）。另外,排位第一的1日洪量與排位第二的1日洪量比值（2.02）均大于相應(yīng)洪峰流量比值（1.53）,說(shuō)明1日洪量的系列Cv值偏大是客觀存在的事實(shí)。雖然大多數(shù)河流規(guī)律是洪峰系列的Cv值大于1日洪量系列的Cv值,但從理論上講,出現(xiàn)這種情況也是可能的。阿拉溝水文站1996年7月20日的大洪水過(guò)程,1日洪量很大,該日（1996年7月20日）平均流量高達(dá)334 m3/s,而洪峰流量為490 m3/s,說(shuō)明該次洪水1日洪量要比洪峰流量突出,又說(shuō)明該河1 日洪量比洪峰流量年際變化要大,因此阿拉溝水文站1 日洪量適線參數(shù)Cv值略大于洪峰流量Cv值是合理的[9]。

4.6 巴依托海渠首設(shè)計(jì)洪水

白楊河洪水的發(fā)生時(shí)間集中于夏季5月～8月間,初步分析,有三種洪水類型,分別為暴雨洪水、冰雪融水洪水、混合型洪水和冰塞冰壩潰壩洪水。

本次巴依托海渠首設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)20年一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)50年一遇。根據(jù)《新疆托克遜縣白楊河巴依托海渠首除險(xiǎn)加固工程水文分析計(jì)算》報(bào)告,經(jīng)過(guò)分析計(jì)算比較,推薦使用利用洪水沿程變率計(jì)算巴依托海渠首的設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算成果值做為工程斷面設(shè)計(jì)洪峰流量的成果。不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量成果見表5。

表5 巴依托海渠首設(shè)計(jì)洪峰流量成果對(duì)比表

5 結(jié)論

本次主要對(duì)巴依托海渠首參證站的設(shè)計(jì)洪峰流量進(jìn)行計(jì)算,并通過(guò)對(duì)參考站的洪水樣本系列分析,采用長(zhǎng)短系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)對(duì)比分析、莫比系數(shù)累積平均曲線分析、模比系數(shù)差積曲線分析,其年際變化過(guò)程包含了較完整的周期性,具有一定的代表性。通過(guò)對(duì)巴依托海渠首的設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行計(jì)算和分析,為此類渠首的洪水計(jì)算提供了設(shè)計(jì)依據(jù),結(jié)合巴依托海渠首的實(shí)施,該計(jì)算與分析的成果是可靠的。