河道治理防洪工程设计与计算

温宿县台兰河右岸Ⅰ级阶地及河床漫滩所处大地构造单元属于阿瓦提断陷（Ⅸ52-1）内，标准设计地震动峰值加速0.20g，对应地震烈度为8度，区域构造稳定性较差，为了采取合理的防洪堤加固措施以增加河道防洪能力，确保行洪安全，必须准确掌握流域暴雨洪水特性，文章以台兰河水文站为参证站，结合其55a逐月降水资料和历史洪水资料，进行河道洪水的水文比拟推算，计算结果表明，设计洪水计算值与历史洪水数值相符，计算过程与结果科学合理。

1资料选取

1.1流域概况

台兰河为独立水系，属阿克苏河流域一大河流，河道全长90km，发源于西南天山托木尔峰南麓，流域内最高峰为海拔7443.80m的托木尔峰，山区海拔4000~7435m，分布着规模巨大的现代冰川和终年积雪，流域内共发育现代冰川115条，冰川总面积431km2，平均雪线海拔4290m，流域形状呈羽状。流域总面积为5824km2，其中山区为1324km2，平原区为4500km2。上游由大台兰河、小台兰河在距山口前8km处汇合后称台兰河，出山口后，由西向东汇入支流塔克拉克河，最终汇入山前洪积扇地带，流向自北向南，为一典型内陆河。河流水系为树枝状，河流补给形式主要以高山冰雪融水补给为主，降水、泉水补给次之。出山口处设立有台兰河水文站，水文站以上集水面积1324km2，基本控制了台兰河径流来水量。该站多年平均年径流量为7.50亿m3。

1.2参证站概况

台兰河水文测站为国家基本水文站，位于温宿县佳木乡台兰河新龙口上游，距出山口约4km，地理坐标为东经80°29′，北纬41°33′。于1956年10月16日设站，从1956年11月开始观测至今，资料系列长度55a，为连续系列。台兰河水文测站基本控制了由大台兰河、小台兰河、塔克拉克河三条支流汇合后的来水量。台兰站以上河流长度12km，集水面积1324km2。台兰河水文测站的观测项目有流量、水位、泥沙、冰情、水质、气温、降水、蒸发。该参证站测验河段河床多砾石、顽石组成，冲於变化甚大，在枯水和洪水期河道较顺直，水流集中，在中水时水流分为2~3股，河道不顺直。河宽在枯水时约25m，洪水期漫滩可达300m。

台兰河水文测站为国家气象基本观测站，与治理河段气候条件完全相同，且观测资料系列长，精度高，设计采用台兰河水文测站为参证站，收集1956-2011年（水文年）共55a的逐月降水资料，不同长度系列资料统计分析结果如下表所示。台兰河多年平均年径流量为7.50亿m3多年平均径流模数为17.64dm3/s•km2，多年平均径流深为556.70mm，变差系数Cv=0.18，离均系数Cs=0.24。径流年际变化较小，径流比较稳定。最大年水量与最小年水量的比值为1.57。年内分配极不均匀，汛期（6-8月）水量占全年水量的67.40%，连续最大四个月水量占全年水量的77.35%。秋季（9-11月）水量占全年水量的16.31%，冬季（12-2月）水量占全年水量的5.04%，春季（3-5月）水量占全年水量的11.31%。

2设计暴雨

2.1暴雨洪水特性

台兰河发源于海拔4000m左右的西南天山托木尔峰南麓，洪水类型除高、中山带的冰川和季节性积雪消融形成的融雪型洪水外，主要为中、低山带暴雨产生的暴雨洪水，暴雨型洪水常发生于7-8月。暴雨洪水具有较强的突发性，洪水过程呈独立的峰形，陡涨陡落，峰高量小，历时较短、破坏力大且无明显日变化的特点。台兰河暴雨洪水历时最长者约12h，最短者约1h，多数在3-5h左右，洪水过程近似尖瘦的等腰三角形，各场次洪水洪量差异悬殊。

2.2设计暴雨

统计台兰河水文站1956-2011年最大一日降水并进行P~Ⅲ曲线适线，可求得一日暴雨最大值的均值为1019mm，Cv=0.36，Cs=3.5Cv，按照一日暴雨最大值推求24h暴雨统计参数：流域24h最大降水量H24=113mm，且流域24h年最大设计暴雨均值为110mm，Cv=0.50。根据台兰河水文站暴雨统计设计参数，设流域24h年最大设计暴雨均值为H24=110mm，并结合暴雨统计Cv等值线图取Cv=0.50，Cs/Cv=3.50，所求不同频率下设计暴雨成果详见表2。

3设计洪水计算

3.1水文比拟法

台兰河水文站设计洪峰流量及时段洪量，以55a实测完整洪水资料进行计算，不做展延，水文比拟法连续洪水系列按下列数学期望公式计算经验频率：Pm=m/（n+1）（m=1，2，...n）（1）式中：m为洪水峰（量）值大小顺序排位；n为洪水峰（量）系列长度。洪水系列统计参数采用矩法初步估算，采用P-Ⅲ型频率曲线适线法选配确定。设计洪水计算成果见表3。水文比拟法设计洪水的分析计算，采用台兰河水文站55a实测资料，台兰河站设立于1956年，水文成果规范、可靠、洪水系列长达55a，具有一致性和代表性，直接使用台兰河站洪水系列做洪水分析计算的依据，符合设计洪水规范。Cv值随系列长度的增加呈递减趋势（图1），表明随着历时的增长，洪量的年际变富趋于变小，洪水经历了大小交替变化，现有资料系列已具有较好的代表性，洪量的频率计算合理，符合规律。

3.2洪峰模数法

由于台兰河水文站与设计流域气候、产汇流条件相同，洪水的形成具有相似性，主要都是由融雪和夏季暴雨产生的洪水，台兰河站实测洪水系列长达55a，借用台兰河水文站洪峰模数推算工程场址设计洪水成果见表4。台兰河老龙口至防洪林闸之间防洪工程场址位于设计站断面上游约9km处，工程场址以下主要为前山丘陵地区，在产洪、汇流方面都较小。根据温宿县台兰河流域洪水坦化演变分析，平原区洪水每10km坦化约3%~6%，从安全角度考虑按每10km坦化6%计算，从工程场址到水文站9.00km，按坦化5.50%计，推算工程场址设计洪峰流量。

3.3综合分析与评述

将参证站台兰河水文站实测洪峰流量样本编制洪峰流量模比系数推求设计洪峰流量，这些气候条件、地形条件相似的水文测站资料作地区综合分析，分析出项目区产流条件下的统计参数，从而降低计算成果的抽样误差，也可消除个别站因受特大值的影响而带来的偶然误差和分区内各站水文特性的差别，将测站资料综合在一起作地区综合分析，可综合出方法中参数的地区规律性，以解决项目区资料系列短缺，洪水资料不连续的设计洪水。选用的水文气象资料系列长、历史洪水调查成果可靠，简便易行，适用于无资料流域的洪峰流量计算。综合频率曲线使用了一次调查洪水，该调查洪水洪峰流量值为1140m3/s，相当于89a一遇洪水，为洪峰流量法设计洪水提供了有力的实测资料和技术支撑，但是洪峰流量法所依据历史洪水发生年代久远，历史洪水考证期及洪峰流量调查计算存在不确定因素。

4结论

文章设计洪水计算过程中涉及到独立年最大选择，矩法初步估算，P-Ⅲ型曲线适线等概念，项目区处的洪水采用洪水每10km坦化10%并按实测洪水占台兰河站比例与洪水调查分析进行了台兰河老龙口至防洪林节制闸之间河道右岸防洪工程暴雨洪水特性规律的推演和计算，设计洪水计算成果也与河道历史洪水相匹配，为工程优化设计提供了理论依据。