吕小愚

（新疆昌吉水文勘测局，新疆 昌吉 831100）

1 问题的提出

阿克萨依沟位于呼图壁县雀尔沟镇境内，地理位置介于东经86°05′～87°08′、北纬43°07′～45°20′之间，东与呼图壁河相邻，西与军塘湖河相望，南以天山分水岭与巴音郭楞蒙古自治州和和静县相望，北与塔城地区和布克赛尔蒙古自治县、阿勒泰地区福海县相接。阿克萨依沟属无水文资料地区，其流域治理工程洪水水文分析计算必须充分利用相邻流域水文资料［1]。本次收集了呼图壁河石门水文站、三屯河碾盘庄水文站、头屯河制材厂水文站洪水资料，资料截止年份为2017年。通过对水文资料的分析，所收集的水文资料可以满足阿克萨依沟河流治理工程洪水水文分析计算要求。

2 设计洪水计算

2.1 推理公式法

2018年初昌吉水文勘测局在编制《昌吉市阿潍滩防洪工程洪水水文分析计算报告》《昌吉市三屯河大洪沟洪水水文分析计算报告》《昌吉市三工滩前山区防洪工程水文分析计算报告》《昌吉市头屯河引水枢纽至乌伊公路大桥河段防洪工程水文分析报告》过程中［2]，对呼图壁县石膏沟、大洪沟、阿潍滩、三工滩洪沟推理公式法中参数进行了率定［1]，阿克萨依沟流域正好于这四处区域之中，因此推理公式法中的部分参数可直接借用其率定成果［3]。

2.1.1 计算公式根据《水利水电工程设计洪水计算规范》（SL 44-2006）中推荐的推理公式，由设计暴雨推求设计洪水，其计算式如下：

式中：Qm为洪峰流量，m3/s；H为在全面汇流时代表相应于τ 时段的最大净雨，在部分汇流代表单一洪峰的净雨，mm；τ 为流域汇流历时，h；F为流域面积，km2；J为沿流程L的平均比降（以小数计）；L为沿主河从出口断面至分水岭的最长距离，km；m为汇流参数。

2.1.2 公式中各参数的确定

（1）流域特征参数F、L、J值的确定

流域特征参数F、L、J的值在1∶50000 地形图上量算所得。沿洪沟绘出各山洪沟分水岭，确定流域面积。根据地形图可以测得流域特征参数值如下：流域面积F为52.2 km2；沿主河从出口断面至分水岭最长距离L为21 km；沿流程L的平均比降J为32.0‰。

（2）汇流参数m的确定

无资料条件下m值，可根据《水利水电工程设计洪水计算规范》“小流域下垫面条件分类表”中查得m值范围。再由公式推求出的θ 值，内插得到m值。θ=66.1，m=1.72。

（3）暴雨衰减指数n值的率定

n值是反映地区暴雨长短历时关系的敏感性参数，用作设计条件下主雨峰的降雨时程分配控制，用水文、气象站的降水资料来确定，根据实测暴雨资料和场次暴雨资料分析，一般暴雨在24 h 之内，因此统计分析最大日降水作为设计降水的样本来分析。本次采用《昌吉市阿潍滩防洪工程洪水水文分析计算报告》等四个报告中率定的本区域参数值，n=0.753。

2.1.3 设计洪峰流量的计算

将以上步骤确定的推理公式法中的参数代入公式（1）和公式（2）中，推算阿克萨依沟汇合口处不同频率的设计洪峰流量值。计算成果见表1。

表1 阿克萨依沟汇合口断面设计洪峰流量计算汇总成果表

2.2 洪峰流量模比系数地区综合频率曲线法

选取处于同一气候区的呼图壁河石门站、三屯河碾盘庄站和头屯河制材厂站三处水文站作为参证站，根据参证站实测洪峰和历史洪水资料，采用洪峰流量模比系数地区综合频率曲线法，推求阿克萨依沟不同设计频率洪峰流量。

首先分别进行各参证站年最大洪峰流量系列频率计算。本次流量系列频率计算考虑三个参证站近100年内实测流量系列频率数据包括发生特大洪灾年份的流程频率。对各参证站洪峰流量模比系数进行经验频率计算，并点绘在同一概率格纸上，理论频率曲线采用P－Ⅲ型曲线，均值、CV和CS值采用适线法确定。考虑到设计流域为无资料山洪沟，在适线时，将最大上外包线作为地区模比系数综合频率曲线结果，适线情况见图1。

图1 地区洪峰流量模比系数综合频率曲线图

根据参证站综合频率曲线，得到不同频率kp值，见表2。

表2 地区洪峰模比系数不同设计频率kp 值查算表

根据不同设计频率的洪峰流量与其相应模比系数比值相等的原则，阿克萨依沟汇合口断面1996年7月18 日调查洪峰流量91.0 m3/s，重现期为39 a，对应频率为2.56%，对应模比系数Kd=3.49，按照下列公式计算得到不同设计频率的洪峰流量。

式中：Qp为设计频率洪峰流量，m3/s；Qd为调查洪水洪峰流量，m3/s；Kp为设计频率洪峰模比系数；Kd为调查洪水洪峰模比系数。洪峰流量模比系数地区综合频率法计算成果见表3。

表3 阿克萨依沟汇合口断面地区综合频率法计算成果表

3 设计洪水成果推荐

对设计洪峰流量计算采用了适合无资料地区的推理公式法、洪峰流量模比系数综合频率曲线法两种方法进行推求，各计算方法推算得到的设计洪峰流量计算成果汇总见表4。

表4 阿克萨依沟汇合口断面设计洪峰流量计算成果汇总表

本次合理性检查分析从计算方法和设计洪水成果两个层次进行。

推理公式法在计算过程中考虑了河长、坡降、集水面积等流域特征参数，暴雨衰减指数、产、汇流参数值是根据区域规律率定得到，其主要采用的实测降水资料为海拔较高的呼图壁河石门水文站长系列资料，但由于石门站海拔较高，石门站以上海拔为1257 m～3700 m，本次计算断面以上海拔高程为730 m～1369 m，以高海拔区域降水量推算低山丘陵区降水量可能存在一定误差，因此，此方法计算结果仅供参考。

洪峰流量模比系数地区综合频率曲线法中对选用邻近参证站实测系列洪水资料和历史洪水调查资料进行地区综合，从而降低由单一参证站洪水资料计算设计洪水成果的抽样误差，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，解决实际工作中无洪水资料流域设计洪水问题。且对设计流域历史洪水进行了详实的调查，基本可以确定历史洪水量级和重现期，调查洪水成果较为可靠，因此推荐此方法计算成果作为本次阿克萨依沟设计洪水计算成果。

4 结论

由于阿克萨依沟洪水资料短缺，根据本流域和参证站实测及调查洪水资料，对各计算节点设计洪水洪峰流量进行估算。因此，设计洪峰流量成果是否合理，对工程设计关系重大。通过以上计算分析，推荐以石门站、碾盘庄站、制材厂站洪水资料频率计算为基础，用同处气候地形条件基本相似的水文站洪水资料，编制地区洪峰模比系数综合频率曲线，推求计算断面设计洪水，缩小了计算成果因各站水文特性的差别和单站洪水资料推求设计洪水时的任意性，因此认为设计计算结果合理。