金沟河引水枢纽设计洪水计算探讨

钱新妮

(新疆金沟河流域管理局，新疆 沙湾 832100)

1 概 况

金沟河流域在新疆维吾尔自治区沙湾县，金沟河流域总面积2498.5km2。位于红山头出山口的金沟河引水渠首始建于1961年，按照人工弯道设计建设的渠首包括非常溢洪堰、泄洪冲沙闸、引水闸、上下游导流堤等建筑。泄洪冲沙闸按5孔闸设计，单孔宽5m，设计泄洪流量235m3/s；引水闸按3孔闸设计，单孔宽4m，设计引水流量48.5m3/s。

2 洪水系列

金沟河总干渠渠首站为本次设计主要参证站，是专用水管站，测验多采用0.6水深一点法测流，定时观测，一般不随时监测。该站与原红山头水文站区间无支流汇入，且两站在测流时，常互为引用，资料经金沟河管理处水管科整编，根据两站同期实测洪水资料分析，见表1，洪峰相对差在基本在1%以内，因此红山头站与总干渠渠首站洪水资料可以作为同一个系列。本次工作收集到红山头水文站1962-1982年、金沟河总干渠渠首站1983-2015年历年最大洪峰资料，由此得到红山头站1962-2015年历年最大洪峰流量，其系列长度共54a，符合规范要求[1]。

表1 红山头站与总干渠渠首站实测洪峰流量对比表

3 设计洪水计算

3.1 面积比拟法

八家户水文站具有1983-2014年完整的实测洪水资料，采用八家户水文站实测洪峰流量系列，点绘频率曲线图，P-III型曲线适线，重点照顾中高水部分。拟重新修建的金沟河引水枢纽位于八家户水文站下游33km，上下游水文条件基本一致，因此采用面积比拟法，面积指数取2/3，以八家户水文站为参证站，直接推求下游引水枢纽设计洪水，频率曲线见图1。设计成果见表2。

图1 八家户水文站年最大洪峰频率曲线图

表2 八家户水文站及引水渠首洪峰流量设计成果表

3.2 洪水流量叠加法

金沟河引水枢纽与上游八家户水文站主要有大南沟与大阪沟支流。根据石河子水文局历史洪水调查成果，大南沟1999年8月历史调查洪水134m3/s，大阪沟2010年7月历史调查洪水147m3/s，重现期均为58a。又由石河子水文局完成的《新疆沙湾县大南沟河团结引水渠首除险加固工程水文分析计算》(2012年4月，水利厅审查)可知，通过地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法，推求而得的大南沟及大阪沟设计洪水见表2，叠加干流八家户站洪水即可计算出金沟河渠首设计洪水后见表3。

表3 金沟河渠首设计洪峰成果表(流量叠加法)

3.3 地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法

(1)

(2)

3.3.1 推求地区洪峰流量模比系数综合频率曲线

以金沟河流域临近的玛纳斯河肯斯瓦特水文站为本次设计主要参证站，针对参证站洪峰流量系列查找地区洪峰流量模比系数综合频率曲线，便可得到模比系数取值，绘制模比系数综合频率曲线，查得不同频率洪峰流量模比系数Kp，具体见表4。

表4 不同频率洪峰流量模比系数取值表

3.3.2 坝址洪峰流量计算

根据参证站历史洪水调查成果，洪峰流量298.5m3/s，重现期45a，经验频率2.236%，根据地区洪峰流量模比系数综合频率曲线可知，其洪峰流量模比系数为2.218，带入式(1)可反求得洪峰流量均值为125.8m3/s，再带入式(2)可得出对应频率的洪峰流量，具体见表5。

表5 地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法洪峰流量设计成果表

3.4 合并系列法

将红山头站1962-2015年共54年洪峰流量按连序系列进行频率计算，采用P-III型曲线适线，矩法估算初值，目估定线[2]。经计算得到的统计参数及设计洪水成果见表6，频率曲线见图2。

3.5 成果比较及采用

八家户与下游金沟河引水枢纽区间面积为288.3km2，约占枢纽以上集水面积的17%，区间面积相对较大，且考虑到金沟河暴雨洪水主要发生在中低山区，而八家户站与红山头水文站无同期洪水观测资料，因此当采用面积比拟法时，面积指数为经验参数，成果可能存在一定的不确定性；采用八家户站与支流大南沟、大阪沟洪水叠加推求枢纽设计洪水，主要利用两支流的历史调查洪水，考虑到调查洪水的量级、重现期的准确计算存在较大难度，而采用地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法所选用的临近流域参证站面积相对较大，因此本成果也仅供参考。

图2 红山头水文站年最大洪峰频率曲线图

经上述分析，由于金沟河引水枢纽与红山头水文站距离仅300m，区间面积仅占红山头站以上的0.02%，因此枢纽处设计洪水可以直接采用红山头站洪水分析成果。本次与可研阶段对比分析可以看出，两阶段红山头站设计洪峰流量基本一致，本次复核相比可研阶段偏小0.39%，相差较小，因此本次红山头站仍采用可研阶段成果，见表6。

表6 金沟河引水枢纽(红山头站)洪峰流量设计成果表

4 结 论

文章采用面积比拟法、洪水流量叠加法、地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法进行金沟河引水枢纽设计洪水计算，所采用的地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法和地区洪峰流量模比系数法是无资料地区洪水计算常用的方法。地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法选取相同水文分区内相邻流域洪峰流量模比系数进行流域综合频率分析，既能降低计算结果的抽样误差，又能消除水文分区内不同流域水文特性的差异，通过相邻流域洪峰流量参数的总和，能得出流域设计洪水参数的规律性。由于玛纳斯河肯斯瓦特水文站和上游八家户水文站集水面积存在较大不同，洪峰模数法所推求的设计洪峰流量值比地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法计算结果偏小。