姜 蕓

(新疆昌吉水文水資源勘測局，新疆 昌吉831100)

洪水是一種常見的自然現(xiàn)象，在規(guī)劃設(shè)計各類水利工程的時候，應(yīng)注意分析研究洪水的規(guī)律性、合理地、恰當(dāng)?shù)仡A(yù)估出水工建筑物運營期間內(nèi)可能遇到的洪水，具有十分重要的作用[1]。特大洪水是指實測和調(diào)查到的歷史大洪水。歷史洪水在設(shè)計洪水計算中與實測特大洪水一樣，占有非常重要的地位，尤其在新疆干旱區(qū)短缺資料的中小河流，應(yīng)特別重視，它不僅是增大洪水量級，還可以起到展延系列，提高成果的可靠性[2]。

1 流域特性

木壘河流域是新疆昌吉木壘縣境內(nèi)年徑流量最大的一條山溪性河流，發(fā)源于天山山脈博格達(dá)山北坡，從河源到木壘水文站河長36 km，集水面積461 km2。該流域年降水量分配極不均勻，降水量表現(xiàn)為山區(qū)多，平原少，迎風(fēng)坡多，背風(fēng)坡少的特點。流域多年平均降水量為278.7 mm。

木壘河流域的洪水一般發(fā)生在春季和夏季。春季洪水以積雪消融洪水或積雪消融水與降水形成的混合型洪水為主;夏季洪水則多為中低山區(qū)形成的暴雨型洪水。

采用木壘水文站1963—2012年50年的實測連續(xù)歷史資料，運用P-Ⅲ型頻率曲線推求出設(shè)計水庫的五十年一遇設(shè)計洪峰流量、百年一遇設(shè)計洪峰流量和千年一遇設(shè)計洪峰流量。

2 頻率計算方法

2.1 實測資料系列設(shè)計洪峰流量頻率計算成果

通過木壘水文站1963-2012年連續(xù)實測洪峰流量系列推求設(shè)計洪峰流量。

具體方法步驟:在每一年選出最大洪峰流量作為樣本，將該樣本按大小次序排位，根據(jù)相應(yīng)序號計算出各項經(jīng)驗頻率、平均流量和變差系數(shù)。計算公式如下:

本文 n=50，經(jīng)計算得知 x=48.2，Cv=1.03，點繪經(jīng)驗頻率曲線，調(diào)整參數(shù)，優(yōu)化適線，當(dāng)Cv=1.03、Cs=2.5Cv時經(jīng)驗點據(jù)與理論頻率曲線擬合較好。在P—Ⅲ型曲線離均系數(shù)表中查出φp值，代入公式Q=(1+Cvφp)算出設(shè)計洪峰流量值。成果見表1。

表1 設(shè)計洪峰流量計算表(實測資料)

2.2 加入特大值設(shè)計洪峰流量頻率計算成果

1)歷史洪水的調(diào)查及考證

木壘河1946年洪水發(fā)生于6月2日。根據(jù)1985年6月26日新疆水文總站調(diào)查組記載，當(dāng)時該水文站站長王志學(xué)帶領(lǐng)調(diào)查組先后訪問了兩人，被訪問者都是1946年木壘河這場洪水的見證者，對這場洪水印象深刻，且當(dāng)時身體及記憶力尚好，不同對象對水、雨情過程描述基本一致。昌吉水文水資源勘測局對木壘縣木壘河等流域1946年洪水進(jìn)行了調(diào)查與復(fù)核，說明1946年洪水確實是這一區(qū)域最大的一場洪水。木壘河1946年調(diào)查的洪峰流量為424 m3/s。

2)加入特大值設(shè)計洪峰流量頻率計算

木壘水文站采用加入1946年歷史洪水的不連序洪峰流量系列和實測時段洪量系列進(jìn)行頻率計算，計算公式如下:

式中:α為歷史特大洪水N年調(diào)查考證期內(nèi)歷史洪水的個數(shù);N為歷史特大洪水系列中首項的調(diào)查考證期;ι為在項實測連序系列中特大值個數(shù);Qi為一般洪水，i=ι+1、ι+2、…、n;Qj為特大洪水 j=1、2、…、a;

本文計算中取 N=67，n=50，ι=1，a=1。經(jīng)計算 Q=48.2，Cv=1.7。點繪經(jīng)驗頻率曲線，調(diào)整參數(shù)，優(yōu)化適線，當(dāng)Cv=1.7、Cs=2.5Cv時經(jīng)驗點據(jù)與理論頻率曲線配合較好。在P—Ⅲ型曲線離均系數(shù)表中查出φp值，代入公式Q=1+Cvφp)算出設(shè)計洪峰流量值。成果見表2。

表2 設(shè)計洪峰流量計算表(加入特大值)

2.3 設(shè)計結(jié)果對比分析

通過對上述兩種計算方法所得結(jié)果進(jìn)行對比，成果見表3。

表3 計算結(jié)果對比表

從表3中分析可得出:加入特大洪水值后，千年一遇洪水偏大114.1%，百年一遇洪水偏大85.1%，五十年一遇洪水偏大71.4%。這表明將歷史洪水加入洪水系列，對頻率分析計算結(jié)果影響甚大。

2.4 實測與歷史洪峰流量對比分析

木壘河實測系列1963-2012年共50年，實測洪峰流量198 m3/s(2007年)，調(diào)查到的歷史最大洪峰流量424 m3/s(1946年)，調(diào)查值為實測值的2.14倍(見表4)?？梢娂尤霘v史洪水計算洪水頻率之重要。

表4 木壘河1963-2012年實測洪峰流量與歷史最大洪峰流量對比表

3 結(jié)語

(1)實測洪水系列中加入可靠的歷史大洪水，對頻率分析計算結(jié)果影響甚大。有助于提高設(shè)計洪水的估算精度，因為歷史洪水的加入，既增加了洪水的信息量，也延長了系列長度。但是，這一結(jié)論是在歷史洪水資料與實測洪水資料有相同或接近的精度，而且歷史洪水調(diào)查期及其排序都是基本可靠的前提下才有效。所以，對歷史洪水點據(jù)的刪除，必須慎之又慎。因為歷史洪水的加入，既增加了洪水的信息量，也延長了系列長度，可以增強(qiáng)設(shè)計洪水成果的穩(wěn)定性，提高設(shè)計洪水成果精度。

(2)在設(shè)計大型水利樞紐或重要工程設(shè)施時，一定要多積累洪水調(diào)查資料，特別是特大洪水資料，若此洪水定得過大，則會使工程造價增多而不經(jīng)濟(jì)，但工程卻比較安全;若此洪水定得過小，雖然工程造價降低，但遭受破壞的風(fēng)險增大。

[1]姜英慧，關(guān)影，陸思.特大洪水對洪峰流量頻率計算的影響[J].科技信息.2009，8:649.

[2]由希堯.新疆短缺資料中小河流設(shè)計洪水計算應(yīng)用方法[M].新疆科學(xué)技術(shù)出版社.2013，5.