吉木萨尔县小龙口水库工程设计洪水计算

吕小愚

(新疆昌吉水文勘测局，新疆 昌吉 831100)

小龙口河位于新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州吉木萨尔县境内，小龙口水库于2016年5月开工建设，是一座农业供水，生态绿化，东西沙河景观带供水等综合开发任务的小型水利枢纽工程，工程等级为4等，主要建筑物级别4级，次要建筑物及临时建筑物级别5级。小龙口水库下游即吉木萨尔县县城，因此其设计洪水的计算尤为重要，水库设计洪水标准为50年一遇，校核标准为1 000 a一遇。

小龙口河是一条以泉水补给为主的河流，上游段称为渭户沟，发源于博格达山海拔4 049.6 m的冰峰，有冰川3条，冰川面积1.01 km2，流经高中山带，进入泉子街盆地后，呈多股散流，在小龙口处汇合另一股支流，经县城西侧、西场湖、小场湖、下兴湖，终于六十户一带。小龙口河出山口后也称西沙河。

1 水利工程

小龙口河上建有渭户沟渠首和小龙口河渠首。渭户沟渠首位于河流出山口附近，始建于1983年，地理坐标为：东经89°01″，北纬43°46′，海拔高程1 767 m，渠首以上集水面积60 km2，渠首左岸有引水干渠一条，设计流量4.0 m3/s，1987年7月发生洪水，渠首闸门被冲坏，拦水堰和引水干渠被冲毁；小龙口河渠首地理坐标为：东经89°08′，北纬43°57′，渠首以上河长35.9 km，总集水面积227 km2。

小龙口水库坝址位于小龙口渠首上游1 km，地理坐标为东经89°08′，北纬43°56′，断面河底高程898 m，断面以上河长34.9 km，断面以上总集水面积224.3 km2，坝址断面与小龙口渠首区间集水面积为2.7 km2。

2 资料情况

本次收集到小龙口渠首1993-2013共21年水管观测资料，渠首处没有测验断面及量水建筑物，下游引水量为实测数据，来水量根据引水量及现场水利人员目估得到，观测次数视具体情况而定，日平均流量根据观测次数平均而得。目估法会导致估算的河道来水量偏小，存在较为严重的漏测、少测情况，尤其对于洪水期，渠首处既缺少测验设施，也达不到基本的测洪能力，所谓洪峰流量也多为目估值或最大时段平均流量，且时段长短不一，无法还原为瞬时洪峰流量。

所选参证站均为国家基本水文站，水文测验、资料整编严格执行国家行业标准，历年资料均按水利部颁布的水文测验、资料整编规范进行编审，水文资料完整，系列满足规范要求，精度可靠，可以满足本次水文分析计算对资料要求。

本次收集到了邻近的白杨河五圣宫站1980-2013年共34 a、开垦河站1957-2013年共57 a、木垒站1963-2013年共51 a实测洪水资料。其中五圣宫站距离小龙口水库仅25 km。

3 洪水成因

小龙口河洪水主要来自以下几方面：(1)来自该河上游渭户沟夏季暴雨洪水，(2)上游山间盆地、丘陵及山前冲洪积平原春季季节性融雪洪水。由于目前对春季季节性融雪洪水研究成果较少，且成果受地域限制较多，以及这类洪水影响因素的不确定性较多等，小龙口水库设计洪水主要以暴雨洪水为主。

通过详实的现场调查，小龙口河上游渭户沟的洪水在小龙口渠首以上6 km处汇入，经过泉子街盆地后能够到达小龙口渠首的洪水很小，对小龙口河影响很小，因此渭户沟渠首以上的集水面积不加入小龙口河的集水面积中。渭户沟渠首以下，小龙口渠首以上的区间面积上，还有三分之一的农耕地，种植着小麦、玉米、土豆等农作物，因此在估算小龙口渠首洪水时，考虑到农耕地对洪水有一定的截渗和滞纳作用，所以减去了渭户沟渠首以上集水面积及小龙口渠首以上农耕地三分之一的面积，故渠首处集水面积为(227-60)×0.7=117 km2。本次拟建小龙口水库坝址至渠首区间集水面积为2.7 km2，因此小龙口水库坝址处集水面积为114.3 km2。

4 计算方法

为推求小龙口坝址断面处的设计洪水，我们收集到与设计流域在同一气候区的水文、气象资料，分别采用四种方法进行设计流域洪水计算。一是利用吉木萨尔县气象站实测年最大一日降水量资料，采用调蓄经验单位线法和推理公式法[1]计算小龙口坝址断面设计洪水；二是利用临近的五圣宫水文站实测洪水系列资料，采用洪峰洪量模数法估算水库坝址断面处设计洪水；三是利用小龙口河邻近具有长系列洪水资料的木垒站、开垦河站、阜康白杨河站作为参证站，根据参证站历史洪水调查资料及实测年最大洪峰流量资料，采用模比系数地区综合频率曲线法[2]对小龙口水库坝址断面洪水进行计算；四是根据收集到的小龙口渠首逐日平均流量资料，统计得出最大一日、三日洪量，采用长短系列比值法推算小龙口水库坝址断面设计洪量。成果对照见表1。

表1 小龙口水库坝址断面设计洪水成果对照表

5 方法比较与成果推荐

调蓄经验单位线法主要依据吉木萨尔县气象站实测的年最大一日降水资料，采用《新疆维吾尔自治区最大可能暴雨图集》概化的24小时雨程分配，点面换算系数及折算系数均没有该流域试验数据，根据经验选取，存在一定误差，从而对设计洪水成果产生一定影响，因此，不推荐该法计算成果。

推理公式法属经验公式，依据实测吉木萨尔县气象站降水资料推算结果。通过移用气象站暴雨资料、确定经验公式中的参数，进而推求设计流域设计洪水成果。推理公式法计算过程中考虑了流域河长、汇流面积、坡降、暴雨衰减等因素，计算结果较为符合流域特征。根据四种洪峰流量计算方法成果对比，推理公式法得到的设计洪峰流量呈现出一个前高后低的态势，这与一般设计洪峰流量趋势性不相符，计算成果作为参考。

洪峰洪量模数法是无资料地区使用的方法之一。五圣宫站是国家基本水文站，其资料观测和整编均严格按行业规范执行，实测水文资料可靠，精度完全能满足水文分析计算要求。小龙口河与奇台白杨河均发源于博格达峰，同处于一个气候区，但是产流条件有一定差异，奇台白杨河洪水类型包括融雪性洪水、暴雨洪水及混合型洪水，小龙口河主要为区间暴雨洪水，这对洪峰流量的影响较大。且考虑到小龙口水库下游即吉木萨尔县县城，对比不同方法计算成果，从防洪安全角度考虑，推荐采用模数法计算得到的小龙口水库设计时段洪量成果。

地区模比系数综合频率曲线法，复核了小龙口河历史洪水情况，对洪调资料重新进行了分析并在增加资料的基础上重新确定了重现期，使之更符合流域实际情况，再将同一气候区各参证站的洪水资料综合在一起进行分析，降低设计洪水计算成果的抽样误差，消除个别年份个别站点受特大值影响带来的偶然误差和各站由于水文特性差异造成的差别，综合出地区洪水的规律性，充分利用设计流域调查洪水资料，以解决无洪水资料流域的设计洪水问题。历史洪水对于计算设计洪水意义重大，在此推荐采用地区综合模比系数法计算得到的设计洪峰流量成果。

长短系列比值法是根据小龙口渠首21年实测水管资料中最大一日、最大三日平均流量统计成果，以邻近的具有长系列洪量资料的五圣宫水文站为参证站，采用长短系列比值法得到小龙口渠首长系列设计最大一日、三日洪量均值，再借用五圣宫站对应参数计算得出。通过对水管资料的分析可以发现，小龙口渠首21年实测资料中有5年最大一日平均流量未超过0.5 m3/s，这表明洪水期水管资料可靠性较低，目估资料偏小，因此不推荐长短系列比值法得到的设计洪量成果。设计洪水推荐成果见表2。

表2 小龙口水库坝址断面设计洪水推荐成果表

6 成果合理性分析

将设计成果与邻近流域河流的洪峰模数进行对比，见表3，小龙口河主要以泉水补给为主，主要洪水来源为渭户沟渠首至小龙口水库区间暴雨洪水，设计洪峰模数远小于开垦河站，与五圣宫站(集水面积172 km2)、东大龙口站(集水面积163 km2)设计洪峰模数十分接近，符合小河流暴雨洪水的特点，成果较为合理。

表3 小龙口河与相邻河河流不同频率洪峰模数一览表

7 结语

小龙口河下游穿越吉木萨尔县县城，确定河流不同设计频率的洪峰流量、洪水总量对县城防洪具有较大意义。本次设计洪水计算采用新疆无资料地区常用的五种方法，充分考虑流域产流情况，对应对洪水灾害、保证县城人民财产安全起着十分重要的作用。