新疆托克逊县阿拉沟水库设计洪水分析

木娜瓦尔·买买提

（新疆吐鲁番水文勘测局,新疆 吐鲁番 838000）

0 引言

阿拉沟水库于2011 年4 月开始施工，2014 年11 月11日水库正式下闸蓄水，2015 年10 月～2016 年8 月库水位达到935 m～942 m，接近944.39 m正常蓄水位。2016 年9 月～10 月中旬水库放水过程中，发现大坝上游约600 m～1050 m范围的左岸边坡在1100 m高程以下的临库坡面出现小规模崩塌，边坡开始出现变形。随后两年来，库水位主要维持在916 m～932 m之间，期间左岸临水坡面不断有崩塌发生，随着时间推移，边坡变形增大趋势明显。2018 年8 月中旬水库开始放空，一直空库运行。为了确保阿拉沟水库除险加因工作顺利进行，需对阿拉沟水库的洪水进行设计复核。

1 概况

阿拉沟河发源于天格尔山南侧和阿拉沟山北侧，上游由阿拉沟、夏尔沟、乌拉斯台沟三大支流汇合后进入托克逊县境内。阿拉沟水库位于阿拉沟中下游，是一个具有灌溉、防洪、生态保护等综合性的水利工程，灌溉面积10.7 万亩。正常高水位对应库容为3900万 m3，属Ⅲ等工程，大坝设计洪水标准为100 年一遇，校核洪水标准为2000 年一遇。该河段地貌为中低山峡谷区，峰峦迭嶂，多为圆顶山、猪背山，山势陡峻，冲沟发育。库区河段为基本对称的“U”型河谷。两岸山顶高程1000 m～1300 m，与河床相对高差100 m～300 m，河床宽窄不一，最窄处不足100 m，最宽处约500 m。

2 水文气象

2.1 水文站网及资料情况

阿拉沟河上的水文站主要为阿拉沟水文站，位于阿拉沟河出山口附近（即本次规划水库大坝下游3 km处），设立于1956 年11 月，属于国家基本水文站，观测年限长达63 年，其测验、计算、整编等方法均符合国家相关规范要求。由于1996 年特大洪水将测站测验设备及设施全部冲毁，测验断面水毁严重，无法继续维持测验，1997 年将该站观测断面及站房下迁5 km，区间无支流汇入，称阿拉沟（二）站。经对专用库数据表进行复核，无异常值，资料可靠。阿拉沟水库资料（2015 年～2018 年）由库容曲线推算，数据可靠。

2.2 气象

托克逊县地势高低悬殊，受热面积大，温度变幅大，从而导致了多风天气的产生。一年中大风发生的时间在3 月～10 月，风向主要是西北风。阿拉沟流域降雨稀少，主要集中在夏季（6 月～8 月），降水占全年的72.9%，9月～次年5 月占27.1%。阿拉沟水文站4月～9月蒸发量占全年蒸发量的82.5%，10月～次年3月蒸发量占全年蒸发量的17.5%。

3 洪水类型分析

3.1 暴雨型洪水

阿拉沟河的洪水多由暴雨形成，主要有以下特征：①暴雨时空分布极不均匀。夏季（6 月～8 月）降水量占全年总降水量的80%以上；暴雨中心一般集中在中高山区，并由山区向平原急剧递减。② 暴雨历时短（一般不超过6 h），阵性强，笼罩面积小，洪水过程线一般为独立的峰形，陡涨陡落，峰高量小，无明显的日变化。如该站1969 年6 月26 日暴雨洪水：25 日 22 时 30 分至 26 日 22 时 30 分降水量15.7 mm，洪水历时仅24h，洪水涨率为77.8 m3/（s·h），洪峰流量234 m3/s。据阿拉沟水文站55 年洪水资料分析，该类洪水的机率为57.8%左右。

3.2 混合型洪水

由于随气温上升，积雪融化加之暴雨形成融水混合型洪水，多发生在6 月～8 月，有明显的日变化。如阿拉沟水文站1996 年7 月20 日的洪水。

阿拉沟河洪水类型主要为暴雨型和混合型洪水，且多以夏季局地暴雨引发洪水为主。洪水具有突发性、历时短、陡涨陡落等特点。

4 洪水系列分析

4.1 还原分析

阿拉沟水文站具有1957 年～2018 年完整洪水系列，其中2015 年～2018 年为出库流量，需要进行还原。①调查了解，水库近几年未发生大洪水，运行后最大来水量未记录存储；②用周边站洪水进行相关分析，其相关关系不太好；③本站主汛期平均流量总计与洪峰洪量相关关系虽然较好，但是插补值不切合近几年该河流来水情况。因此，本次水库运行后洪峰流量和各时段洪量以58 年天然实测资料为依据，资料系列包含丰、平、枯变化，因此本次2015 年至今洪水系列以实测代替较为合理。

4.2 不同长度系列统计参数分析

吐鲁番市大部分河流场次洪水持续时间一般都在3日以内，因此，仅对最大洪峰和3 日洪量进行代表性分析即可。

将阿拉沟水文站1957 年～2018 年实测最大洪峰、3日洪量，按不同系列长度进行统计参数计算。从表1、2 中知，均值和CV值在55 年以后趋于稳定。

表1 阿拉沟水文站洪峰流量长短系列统计参数对照表

表2 阿拉沟水文站3日洪量长短系列统计参数对照表

4.3 模比系数累计平均及差积曲线分析

（1）模比系数累计平均曲线分析

图1 阿拉沟水文站洪峰流量和3日洪量模比系数累积平均曲线图

从图1可知，该站洪峰流量及3 日洪量均值随系列长度增加曲线趋近1.0 。自2018 年向前推，2018年 ～2017 年递减、2017 年 ～2012 年递增、2012 年 ～2001 年和 1998 年 ～1987 年较为平缓过程，2001 年～1998 年后明显的递增过程，1998 年后平缓的递减过程，当系列长度50 年以上时，均值波幅小于5%，渐趋稳定。

（2）模比系数差积曲线分析

图2 阿拉沟水文站洪峰流量和3 日洪量模比系数差积曲线图

从阿拉沟站洪峰流量和3 日洪量模比系数差积曲线图可看出，该系列有较完整的增减过程。其中，1956 年～1986 年为小洪水年份，1986 年～1994 年为中洪年份，1995 年～2000 年为大洪水年份，2001 年～2018 年为中洪年份，62 年实测过程包括了丰、平、枯年份。

综上分析，阿拉沟水文站洪峰流量和各时段洪量62 年系列具有一定代表性。

4.4 历史洪水调查

截止2018 年，阿拉沟水文站已积累了62 年完整的洪水资料。从1978 年调查到的历史洪水资料和南疆铁路“653”工程设计时的洪水调查资料，以及1996年的洪水调查可知，阿拉沟河曾在1927 年、1932 年、1953 年发生过较大洪水。阿拉沟水文站历史调查和实测大洪水有：1996 年的最大洪峰流量490 m3/s，排位第一；其次是1998 年，洪峰流量为321 m3/s；1953 年洪峰流量为307 m3/s，排位第三。由于1996 年最大洪峰量值是1956 年建站以来的最大洪水，与排位第二、三位洪水并无十分显著偏大。因此，本次计算时不做特大值处理，而以实测年最大洪峰流量为样本，按连序系列进行频率计算。

5 设计洪水计算

阿拉沟水文站是阿拉沟河流域唯一国家基本水文站，位于水库大坝下游3 km处；阿拉沟（二）站位于水库大坝下游5 km，一站、二站和水库区间无支流汇入和支出，其洪峰流量和各时段洪量资料系列是一致的，因此，本次阿拉沟站设计径流量作为水库设计洪水成果。

5.1 水库设计洪水计算

阿拉沟站1957 年～2018 年洪峰系列和1日、3日、7日洪量按连续系列，采用P-Ⅲ型曲线优选适线进行频率计算，其统计参数（洪峰流量均值）、P（频率）和CV（洪峰流量变差系数）以下式估算：

式中：n为系列项数；P为按大小顺序排位的第m项洪水的经验频率；Qi为实测洪水变量（i=l+1,…,n）；为洪水变量均值；CV为变差系数。CS与CV比值采用经验法，人工适线确定。

式中参数取值及计算结果见表3。

表3 阿拉沟水库设计洪水成果表

5.2 成果对比分析

将2007 年完成的《阿拉沟水库工程初设报告》（计算系列为1957 年～2006 年）、2013 年11 月完成的《托克逊县阿拉沟引水渠首除险加固工程水文分析计算》（计算系列为1957 年～2012 年）和本次设计成果（计算系列为1957 年～2018 年）对比，结果见表4。由表4可见前后三次设计洪水成果相差不明显。由于前两次成果时间间隔已久，建议用本次设计洪水成果。

表4 阿拉沟水库设计成果对比

5.3 设计洪水过程线

选择1996 年和1998 年较大洪水过程线作为本次的设计洪水过程线，用同频率放大法进行放大，经本次推荐的设计洪水成果与放大后成果对比，其相差±10%以内，其成果也是合理的。限于篇幅不展开作详细论述。

6 结语

阿拉沟水文站共有62 年洪水实测资料。洪水系列已达到《水利水电工程设计洪水计算规范》中要达到30 年以上实测资料的要求，资料精度较好，成果可靠。本次设计洪水计算，阿拉沟站有62 年的最大洪峰流量为样本，按连序系列计算方法进行频率计算是合理的。洪水实测系列较长、依据充分，使用方法符合规范，计算成果较合理。从前后三次阿拉沟站设计洪水成果对比分析，各时间段设计洪水成果相差不大，所以推荐采用本次设计成果，即100年一遇洪水按照715 m3/s是科学合理的。