吴江涛

（新疆哈密水文勘测局,新疆 哈密 839000）

1 基本情况

我国地域辽阔,各类水文现象极为复杂,各类水事突发事件随时可能发生,特别是长期干旱的地域,人们在长时间形成的生活习惯中突然发生小范围（数平方公里,甚至不足一平方公里）、高强度、短历时的暴雨,由暴雨形成的洪水峰高量小,极易造成下游人民生命和财产的损失,防范难度大,例2005 年8 月发生在新疆伊吾河南岸的局地暴雨洪水,流域集水面积8.5 km2,洪峰流量54.6 m3/s。导致的直接经济损失非常大。在此,本文以伊吾河流域设计洪水为例,对哈密市无资料地区中小流域设计洪水的计算进行探讨。

1.1 地理位置及防洪范围概况

新疆伊吾县城镇座落在天山北麓东段哈尔里克山北坡,冲积平原的上部,伊吾河峡谷。是伊吾县政治、经济、文化的中心,城区面积4.2 km2,平均海拔1700 m,南部为伊吾河,纵贯县城西东走向的伊吾河是哈密地区最大的一条河流,西东走向的县城镇北侧紧邻山坡,常为暴雨洪水困扰[1]。一旦发生大的暴雨,整个城镇都会遭受严重灾害。

经调查,响伊吾县城镇的防洪区域主要是猪八戒沟等5个小区域集水总面积约3.7 km2,防洪计算的重点是伊吾县城镇北侧山坡东西长约3 km,南北宽约1.8 km,5 个小区域在地形图和当地人们记忆中除猪八戒沟有地名外,其余都没有具体名称,故本次计算把这些区域自东往西编号,其中1 号的集水面积0.50 km2（集水面积在1∶5 万地形图中量算）,具体集水面积见表1。伊吾县县城北山坡防洪治理工程平面示意图见图1。

图1 伊吾县县城北山坡防洪治理工程平面示意图

表1 伊吾县县城镇北山坡防洪区域集水面积一览表

1.2 气候概况

伊吾县属典型的大陆性干旱气候,县城镇属温带干旱区。距西侧防洪堤约300 m,海拔1730 m,E94°40',N43°15'处有伊吾气象站,根据伊吾气象站1958 年～2010 年实测资料表明（始建于1957 年底,至今仍在监测）,伊吾县气象站年平均气温3.8℃,夏季极端最高气温33.2℃,冬季极端最低气温-31.8℃,多年平均降水量99.0 mm,一日最大降水量56.0 mm,年平均大风日数37 天（≥8 级）,年平均蒸发量2113.1 mm（口径20 cm蒸发皿观测值）,平均无霜冻期136 天[2]。

2 暴雨成因与特性

伊吾县城不存在冬季积雪和春季融雪问题,只有夏天的高强度降水才是县城的主要威胁,2007 年7 月17 日,24 小时降水56.0 mm,由暴雨造成的洪水至今影响深刻。哈密伊吾县50 多年的水文气象观测表明,伊吾县城的洪水均为高强度、全区域或局部区域的暴雨所致（因研究区域集水面积太小,即使局部区域的暴雨,但对伊吾县城而言也可能是全区域的暴雨）,是在强大的低值天气系统过境时所造成的结果,主要暴雨类型有[3]北支低槽汇合型、巴尔喀什湖低槽东南移型、低涡滞留型。20 世纪90 年代以来,哈密地区范围内的浅山地带和山前冲洪积扇平原区降水量呈明显增多的趋势,暴雨中心位置下移[4],从而引起区域降水量的一系列变化,浅山区发生暴雨洪水的频率远比20 世纪50 年代～80 年代频繁,由暴雨洪水造成的灾害次数和直接经济损失明显增多。

3 设计洪水计算的方法与确定

3.1 峰流量模比系数综合频率曲线法

根据哈密市东天山南北坡4 个具有长系列洪水资料的参证站,绘制出地区洪峰流量模比系数综合频率曲线,见图2；将研究区域中4 号流域调查的重现期54 年一遇洪水1.06 m3/s,根据Cv=1.60,CS=4 Cv代入,求得4 号流域不同频率的洪峰流量。本次洪水计算涉及范围总面积仅3.7 km2,洪水计算中各小区域的降水时间、降水强度、降水历时均按4 号流域计,根据区域面积等比例计,不同流域的各设计频率计算成果见表2。

表2 伊吾县城镇拟建防洪堤坝处设计洪峰流量成果表 单位：m3/s

图2 地区洪峰流量模比系数综合频率曲线

3.2 洪峰流量参数移植法

本方法是将相似或类似流域中经自治区相关部门审核通过并釆用的设计洪峰流量的主要水文参数（离差系数Cv和变差系数CS）,将己确定重现期的实测值或调查值替代相应频率的洪峰流量,求得研究区域不同频率的洪峰流量。这种计算方法是否合理待研究。

（1）头道沟参证站

借用头道沟参证站历年实测由暴雨产生的洪峰相关参数Cv=2.52,CS=2.5Cv,将估算研究区拟建防洪堤坝的洪峰流量[6],以头道沟水文站夏洪设计洪峰流量计算成果,将研究区域54年一遇洪水洪峰流量1.06 m3/s 代入,计算成果见3。

表3 伊吾县城镇北山防洪拟建堤坝处设计洪峰流量成果表单位：m3/s

（2）四道白杨沟参证站

研究区域邻近的伊吾县四道白杨沟[4]水文分析计算的成果,以伊吾县四道白杨沟水文分析计算中用地区洪峰流量模比系数综合频率曲线法计算结果,见表4。将研究区域4 号区域54 年一遇的洪峰流量1.06 m3/s 代入,成果见表5。

表4 四道白杨沟拟建水库坝址处设计洪峰流量成果表

表5 伊吾县城镇拟建防洪堤坝处设计洪峰流量成果表 单位：m3/s

3.3 洪峰模数移植法

这种方法主要有三大要点:第一,选用的洪峰流量模数的大小是否合理；第二,选用的洪峰流量模数代替重现期多少年一遇合适；第三,选用的参证站是否合理。由于研究区域有实测气象资料以来最大洪峰流量除4 号流域外其余无法找到,为安全考虑,选用研究区域邻近或周边区域实际已经发生的较大场次洪水洪峰流量模数,根据研究区域的集水面积与洪峰模数的乘积代替百年一遇的洪峰流量,选用的洪峰模数合理与否关系重大,奔着安全其重现期应短些,但太短的话必然导致工程投入过大,造成不必要的浪费；过长会使安全性受损,本次研究区域的洪峰模数选用距研究区域约1 km 的伊吾河南岸,发生在2005 年8 月8 日的洪峰模数5.4 m3/（s·km2）,该值也是哈密地区范围内54 年中的最大值。

（1）头道沟水文站为参证站

将洪峰模数5.4 m3/（s·km2）与研究区域集水面积的乘积代入,用头道沟参证站的Cv、CS,计算伊吾县城镇北山防洪堤不同频率的洪峰流量计算成果见表6。

表6 伊吾县城镇北山防洪堤洪峰流量计算成果见表 单位：m3/s

（2）四道白杨沟水文站为参证站

将洪峰模数5.4 m3/s.km2与研究区域集水面积的乘积代入,用四道白杨沟参证站的Cv、CS,计算伊吾县城镇北山防洪堤不同频率的洪峰流量计算成果见表7。

表7 伊吾县城镇北山防洪堤洪峰流量计算成果表 单位：m3/s

4 不同计算方法优缺点分析

洪峰流量模比系数综合频率曲线法推求的设计洪峰流量选用参证站分布在哈密天山南北坡,洪水系列较长,资料精度可靠,能满足频率计算对系列长度的要求,调查的洪峰流量为研究区域实地调查值,认为选用洪峰流量模比系数综合频率曲线法推求的设计洪峰流量成果相对合理,但研究区域不存在融雪洪水问题,4 个参证站中有3 个参证站含融雪洪水,故不宜采用。

在洪峰参数移植法中参照头道沟参证站的计算值较为合理,因为该参证站计算的原始资料均为夏季实测资料,用该站实测Cv、CS,以实测54 年一遇的1.06 m3/s 与头道沟参证站的曲线计算值是否合理有待研究,但相比之下较前者更为合理；用伊吾县邻近的四道白杨沟参证站计算值从理论上也说得过去,其计算道理与头道沟参证站的方法相同,不同点是头道沟参证站为50 多年的实测值,四道白杨沟参证站为理论推算值,故也不宜选用。

洪峰模数移植法类同于最大可能洪水的计算方法,方法中不确定因素较多,综合分析认为头道沟地处位置及两处地貌、地形、产水条件较为相似,本着安全至上等因素,综合分析后推荐选用头道沟参证站洪峰模数移植法推求的不同频率设计洪峰流量成果。用不同方法对伊吾县城镇北山坡设计洪峰流量成果见表8,伊吾县城镇北山坡设计洪水计算成果表见表9。

表8 不同方法推求的伊吾县城镇北山坡设计洪水计算成果表 单位：m3/s

表9 伊吾县城镇北山坡设计洪水计算成果表 单位：m3/s

5 结论

终上所述分析,为保证县城经济持续稳定发展,最大限度考虑大洪水可能对文化旅游设施的破坏,对县城居民生产生活的影响,本文建议采用选用头道沟参证站洪峰模数移植法推求的不同频率设计洪峰流量成果。根据以上三种不同方法计算成果,经过综合分析认为：三种方法计算方法各有千秋,都有一定理论或者实际经验基础,但是各种计算方法有其他条件限制,导致计算结果各不相同。