汪 洋

（新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞水文勘測(cè)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(nèi)[1]，經(jīng)過多年運(yùn)行，病險(xiǎn)問題較多，需進(jìn)行除險(xiǎn)加固，這就需對(duì)工程處的設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行分析計(jì)算。

1 概況

開都河是以冰雪融水補(bǔ)給為主流向博斯騰湖的一條內(nèi)陸河，全長(zhǎng)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(shè)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(tái)河上有烏拉斯臺(tái)水文站。

2 設(shè)計(jì)洪水計(jì)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(diào)節(jié)的水利工程，大山口水電站負(fù)責(zé)本廠水工建筑安全度汛，因此寶浪蘇木分水樞紐設(shè)計(jì)工況條件下的設(shè)計(jì)洪水計(jì)算方法如下。

先進(jìn)行察汗烏蘇、柳樹溝和小山口電站水庫的設(shè)計(jì)調(diào)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(shè)計(jì)最大洪峰計(jì)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(shè)計(jì)最大洪峰流量再計(jì)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(shè)計(jì)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(jì)算西支河道入河口的設(shè)計(jì)最大洪峰流量；根據(jù)烏拉斯臺(tái)水文站的設(shè)計(jì)最大洪峰流量，分析烏拉斯臺(tái)河入河口的設(shè)計(jì)最大洪峰流量；將上述3 處設(shè)計(jì)最大洪峰流量疊加后，再根據(jù)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(shè)計(jì)洪水計(jì)算

3.1 大山口水文站設(shè)計(jì)洪水

根據(jù)大山口水文站1955—2021 年的實(shí)測(cè)年最大洪峰流量系列和最大1、3、7 d 洪量資料，運(yùn)用矩法對(duì)系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)進(jìn)行估算，選配型頻率曲線，利用適線法[5]，計(jì)算大山口水文站設(shè)計(jì)洪水。

3.2 區(qū)間設(shè)計(jì)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(jìn)行察汗烏蘇電站洪水調(diào)節(jié)計(jì)算時(shí)，需要根據(jù)大山口水文站的設(shè)計(jì)洪水，推求出察汗烏蘇電站的設(shè)計(jì)入庫洪水。與察汗烏蘇河和柳樹溝的設(shè)計(jì)洪水疊加后，就是柳樹溝電站的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)洪水疊加后，就是小山口電站的設(shè)計(jì)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(chǎn)洪區(qū)。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(qū)域內(nèi)，利用察汗烏蘇電站以上流域分別占分割區(qū)域的面積比值系數(shù)和巴音布魯克水文站、大山口水文站實(shí)測(cè)洪水資料，計(jì)算得察汗烏蘇電站洪水占大山口水文站實(shí)測(cè)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(qū)，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(shù)和巴音布魯克水文站、大山口水文站實(shí)測(cè)洪水資料，計(jì)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(shí)測(cè)洪水的比值，結(jié)果詳見表1。

根據(jù)大山口水文站設(shè)計(jì)最大洪峰流量和最大1、3、7 d設(shè)計(jì)洪量成果，采用區(qū)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(jì)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(qū)域的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果

表3 區(qū)間設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果

3.3 電站調(diào)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(fā)電流量258 m3∕s 的運(yùn)行情況，開始進(jìn)行水庫設(shè)計(jì)洪水調(diào)洪演算。利用察汗烏蘇電站水庫設(shè)計(jì)入庫洪水過程線、庫容、泄洪曲線等參數(shù)，進(jìn)行水庫不同設(shè)計(jì)頻率洪水的調(diào)洪演算，設(shè)計(jì)出庫洪峰流量詳見表4。

表4 各斷面洪峰流量計(jì)算成果m3∕s

3.3.2 柳樹溝電站水庫

根據(jù)察汗烏蘇電站水庫設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)出庫洪水過程與區(qū)間支溝設(shè)計(jì)洪水過程按時(shí)間對(duì)應(yīng)疊加，得到柳樹溝電站水庫設(shè)計(jì)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(fā)電流量243 m3∕s 的運(yùn)行情況，開始進(jìn)行水庫設(shè)計(jì)洪水調(diào)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(shù)，進(jìn)行水庫不同設(shè)計(jì)頻率洪水的調(diào)洪演算，設(shè)計(jì)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(diào)洪演算方法，根據(jù)柳樹溝電站水庫設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)出庫洪水過程與區(qū)間支溝設(shè)計(jì)洪水過程按時(shí)間對(duì)應(yīng)疊加，得到小山口電站水庫設(shè)計(jì)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(fā)電流量198 m3∕s 的運(yùn)行情況，開始進(jìn)行水庫設(shè)計(jì)洪水調(diào)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(shù)，進(jìn)行水庫不同設(shè)計(jì)頻率洪水的調(diào)洪演算，設(shè)計(jì)出庫洪峰流量詳見表4。

3.3.4 入河口處開都河斷面的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)最大洪峰流量計(jì)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(shè)計(jì)最大洪峰流量減去防洪預(yù)案中規(guī)定的60 m3∕s 分洪任務(wù)、小于800 m3∕s的設(shè)計(jì)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(jīng)22 km 后到達(dá)烏拉斯臺(tái)河和黃水溝西支入河口處。計(jì)算結(jié)果，詳見表4。

3.4 黃水溝西支入河口處的設(shè)計(jì)最大洪峰流量

黃水溝水文站下游的毛拉提干渠和團(tuán)結(jié)渠引水閘，遇洪水關(guān)閘不引水，不承擔(dān)防洪分洪任務(wù)。根據(jù)黃水溝水文站的設(shè)計(jì)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(jì)算河段長(zhǎng)以及黃水溝西支河道分水比，將黃水溝水文站的設(shè)計(jì)最大洪峰流量成果計(jì)算至入河口處開都河斷面，結(jié)果詳見表5。

表5 開都河在烏拉斯臺(tái)河和黃水溝西支入河口處設(shè)計(jì)最大洪峰流量計(jì)算成果m3∕s

3.5 烏拉斯臺(tái)河入河口處的設(shè)計(jì)最大洪峰流量

本次分析計(jì)算時(shí)，烏拉斯臺(tái)水文站以下河道的水量沿程損失忽略不計(jì)。因此，烏拉斯臺(tái)河入河口處的設(shè)計(jì)最大洪峰流量就是采用烏拉斯臺(tái)水文站的設(shè)計(jì)成果，烏拉斯臺(tái)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(tǒng)計(jì)參數(shù)Cv（0.62）和Cs（3.1）以及烏拉斯臺(tái)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(tái)河水文站不同頻率設(shè)計(jì)年最大洪峰流量成果，詳見表5。

3.6 設(shè)計(jì)工況下開都河在支流入河口處的設(shè)計(jì)最大洪峰流量

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

3.7 設(shè)計(jì)工況下寶浪蘇木分水樞紐處的設(shè)計(jì)洪峰流量

開都河在烏拉斯臺(tái)河和黃水溝西支入河口處4種型式的不同頻率設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)最大洪峰流量推算至下游48 km 處（至北大渠、五號(hào)渠和永寧渠渠首之間的平均距離），再減去北大渠、五號(hào)渠和永寧渠的合計(jì)分洪流量13 m3∕s，計(jì)算得開都河在此處不同頻率設(shè)計(jì)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(hào)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(jì)算得開都河在焉耆水文站處不同頻率的設(shè)計(jì)最大洪峰流量。根據(jù)焉耆水文站不同頻率設(shè)計(jì)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(tuán)結(jié)渠、呼爾敦渠和新建渠的合計(jì)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(shè)計(jì)最大洪峰流量計(jì)算至寶浪蘇木分水樞紐處。計(jì)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(gè)引水渠分洪量較小，為簡(jiǎn)化計(jì)算步驟，先用焉耆水文站不同頻率設(shè)計(jì)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(jìn)行推算。具體計(jì)算成果，詳見表6。

表6 寶浪蘇木分水樞紐處設(shè)計(jì)最大洪峰流量計(jì)算成果m3∕s

4 結(jié)語

在分析4 座水電站調(diào)洪出庫后3 條支流溝匯入口的最大設(shè)計(jì)洪水基礎(chǔ)上，將復(fù)雜的洪水衰減演變分解成了簡(jiǎn)單的各節(jié)點(diǎn)工程設(shè)計(jì)洪水，重點(diǎn)對(duì)各節(jié)點(diǎn)洪水的計(jì)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(shè)計(jì)洪水，為工程建設(shè)提供了科學(xué)依據(jù)。