【文章內(nèi)容簡介】 除個別年份出現(xiàn)較大洪峰外，其它多在 200m3/s～ 400m3/s 之間，紅山嘴站年平均流量差積曲線1954 1959 1964 1969 1974 1979 1984 1989 1994 1999 2021年份∑( k i / k 1 )紅山嘴站年平均流量逆累計均值曲線1954 1959 1964 1969 1974 1979 1984 1989 1994 1999 2021年份Q(m3/s) 17 平均為 356m3/s。而多年平均一日洪量為 m3，相當于日均流量 265m3/s，與洪峰流量平均值相差不大。 ②持續(xù)時間長。一次洪水過程少則三、五天，多則十幾天。多年平均一、三、七、十五日洪量 相當于日均流量 265m3/s、 230m3/s、 200m3/s和 177m3/s。實測最大一、三、七、十五日洪量分別為 億 m 億 m 億 m3和 億 m3，折合日流量為 804m3/s、 523m3/s、 413m3/s和 404m3/s，均超過洪峰均值。 ③時間和水量集中。洪水均發(fā)生于汛期，又多集中于 7月和 8月上旬 ， 占 85%以上。歷年平均十五日洪量占全年徑流量的 %。而實測最大十五日洪量接近多年平均徑流量的一半 (43%)。 ④峰型多變。對 40 余條實測過程線分析，一次洪水過程有單 峰、雙峰、多峰、尖瘦型、矮胖型、峰高量大等不同類型，其中雙峰和多峰型占到 65%以上。 洪水類型 XX河的洪水主要受氣溫和降水的影響。按照不同的成因，洪水主要分為三種類型： ①融雪 (冰 )型洪水。受氣溫控制，冰川及永久性積雪消融，洪水有明顯的一日一峰，峰谷變化較有規(guī)律。在整個汛期，這類洪水水量占很大的比重。春季如果積雪量大，氣溫回升快，這時中、低山區(qū)和丘陵區(qū)的積雪融化也能形成較大的春洪。 ②暴雨型洪水。受局部天氣和地形的影響，降雨也可形成有較大破壞能力的洪水。暴雨一般發(fā)生在中、低山區(qū)，匯流速度較快，形 成的洪水具有陡漲陡落，峰高量少，水勢洶猛的特點，這類洪水的歷時很短，在數(shù)小時內(nèi)即可完成。 ③混合型洪水 混合型洪水主要發(fā)生于 7 月和 8 月，由高山區(qū)的融雪 (冰 )洪水和中低山區(qū)的暴雨洪水迭加而成。特點是洪峰高、洪量大、歷時長。是水利工程、特別是攔河水庫的重點防范對象。據(jù)統(tǒng)計， XX河歷年最大洪水過程大部分都是這類洪水。如干流上 1963年 8月、 1996年 7月和 1999年 7月、 8 月連續(xù)二次洪水過程，山區(qū)均有較大的暴雨出現(xiàn)。 歷史洪水 對 XX 河的歷史洪水，曾有多家單位先后進行過數(shù)次調(diào)查考證，其中包括鐵道部第一設(shè) 計院、自治區(qū)公路局、 XX農(nóng)墾總局以及石河子水文水資源局。距今最近的調(diào)查是 1977 年由 XX 農(nóng)墾總局和石河子水文水資源局聯(lián)合調(diào)查成果。此次調(diào)查到 18 1906 年、 1923 年、 1931 年和 1940 年四次歷史洪水，因調(diào)查年代已久，現(xiàn)在只能找到這次調(diào)查的部分分析計算成果，無法對其進行全面的復(fù)核與核實，但可以知道這次的計算存在著以下問題： (1)從找到的部分分析計算成果中可知，調(diào)查指認的洪痕大都在中、下游河段，而 XX 河出山口以下的河段沖淤變化和兩岸沖刷都很嚴重，歷史洪水發(fā)生的時間距調(diào)查計算年代已近 40年，在推求洪峰流量，沒有 對河床的變化做還原分析。 (2)在調(diào)查到的四次歷史洪水中，只有 1931 年和 1940 年的成果資料當時評為可靠。由于調(diào)查到的洪痕大都在中、下游河段，因而，各站點 (煤窯、肯斯瓦特、紅山嘴 )的洪峰流量是通過插補求得，插補計算時也沒有對斷面進行還原，查補方法及計算精度不詳。 1931年在肯斯瓦特處的洪峰流量為 870m3/s， 1940 年在紅山嘴出的洪峰流量為 1440m3/s。 鑒于以上兩點原因，加之 XX河 1999 年發(fā)生了有實測資料記錄以來最大的一場洪水，紅山嘴斷面實測最大洪峰流量 1095m3/s，超過 1931年的調(diào)查值， 接近 1940年調(diào)查值。因此，在本次洪水設(shè)計中，僅采用 1940 年紅山嘴斷面的較可靠的歷史調(diào)查洪水，而且根據(jù)調(diào)查到歷史洪水的最早年份 —— 1906 年至今從未發(fā)生過大于1440m3/s 的洪水，因此在本次工作中，將該次歷史調(diào)查洪水的重現(xiàn)期確定為百年一遇。 洪水系列代表性分析 由于紅山嘴站已有 51年 (1953年～ 2021 年 )的實測資料，可以滿足規(guī)范中資料年限的要求。從逐年洪峰流量過程線 (圖 25)、峰流量差積曲線 (圖 26)和洪峰流量逆累進均值過程線 (圖 27)上可以看出，整個洪水系列中包含了大、中、小洪峰點 據(jù)，說明現(xiàn)有 51年系列對總體也具有較好的代表性。 圖 25 紅山嘴站洪峰流量過程線0200400600800100012001953 1958 1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993 1998 2021年份Q(m3/s) 19 圖 26 圖 27 因 紅山嘴站已有 51 年 (1953年～ 2021 年 )的實測資料系列，洪峰頻率分析采用 PⅢ 型曲線，用矩法計算其參數(shù)，適線法目估適線。適線原則為：曲線盡量通過點群中心，適當照顧高水點據(jù)。洪峰流量設(shè)計成果見表 25，頻率曲線見圖 28。另將 1940 年的歷史調(diào)查洪水作為百年一遇的歷史洪水加入實測洪水系列中進行頻率分析，頻率分析結(jié)果見表25。從表中可以看出，同頻率下是否加入歷史洪水的 結(jié)果僅差 1%，因紅山嘴站洪峰流量差積曲線圖1953 1958 1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993 1998 2021年份∑(K i / k 1 )紅山嘴站洪峰流量逆累進均值過程線01002003004005006001953 1958 1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993 1998 2021年份Q(m3/s) 20 此在本次工作中確定采用實測洪水系列的分析結(jié)果，即方法一的結(jié)果。 紅山嘴斷面洪峰流量頻率計算結(jié)果表 表 25單位： m3/s 項目 均值 Cv R P(%) 1 2 5 10 20 50 方法一 356 1521 1283 1054 892 769 574 408 268 方法二 360 1538 1297 1066 902 778 580 413 271 注：方法一為實測洪峰系列分析結(jié)果，方法二為加入 1940年歷史洪水的分析結(jié)果。 紅山嘴斷面實測系列洪峰流量頻率曲線圖 圖 28 泥沙 泥 沙成因及特性 XX 河屬于一條多沙河流。泥沙來源于降雨融雪匯流對流域面的侵蝕和水流對河道的沖刷。從河源至出山口，泥沙隨高程的遞減而逐漸增加。各段情況為：高山區(qū)為永久性積雪和冰川所覆蓋，水體含沙量極少，冰川下緣冰舌附近，由于冰磧物的存在，豐水期可隨水流而下，產(chǎn)生泥沙。海拔 1500m～ 3600m 地區(qū)，區(qū)域內(nèi)植被發(fā)育良好，覆蓋率高，雖本區(qū)降雨較豐沛，但對流域面的侵蝕不大，沙量主要來源于水流對匯流溝、河 21 的沖刷。流域山區(qū)中下游 范圍，覆蓋層松散破碎，植被稀少且多為草本，持水能力差，遇有降雨產(chǎn)流，大量泥沙就隨水體進入河道。此段河床縱坡也較大，水流對河床的切割和兩岸的沖刷也十分嚴重。從各區(qū)域而言，泥沙主要來源于山區(qū)的中下部。 XX 河的泥沙有如下特征： ①泥沙的年季變化很大。降水是產(chǎn)沙多寡的主導(dǎo)因素，相應(yīng)氣溫作用不大。如果一年中降雨次數(shù)多、強度大，年輸沙量就大，反之則少。以肯斯瓦特站懸移質(zhì)測驗為例，實測最大年輸沙量為 t(1999年 )，最小年輸沙量為 萬 t(1992 年 )，二者相差 35 倍之多，分別為均值的 倍和 。 ②泥沙的年內(nèi)分配集中。 6月 ～ 8 月輸沙量占到全年輸沙量的 %， 7月 ～ 8 月占 80%以上。在這三個月中，特別是 7 月和 8 月，氣溫較高，流域覆蓋層干燥松散，加之暴雨強度較大，河道水量大，易于泥沙的產(chǎn)生和輸送。冬季各月因水量小且平穩(wěn)而且主要是冰川融水和地下水補給，水體含沙量基本為零。 ③含沙量集中。與降雨有關(guān)，全年的沙量，主要集中在數(shù)日之內(nèi)。如1969年 7月 30日紅山嘴站日均懸移質(zhì)輸沙率為 11200kg/s，相當于 萬 t，占到全年輸沙量的 %。肯斯瓦特站 1987年 7月 14 日 ～ 15 日二天的輸沙量 達到 t，占當年總量的 %。 XX河泥沙的上述特征，與 XX天山北坡同類型河流的產(chǎn)沙情況基本一致。 懸移質(zhì)泥沙統(tǒng)計 紅山嘴站懸移質(zhì)泥沙測驗自 1956年 ～ 1978 年共計 22 年資料，其中完整資料有 18 年，根據(jù)觀測資料分析紅山嘴站多年平均懸移質(zhì)輸沙量為 270 萬 t，輸沙率為 ，同期含沙量為 ，侵蝕模數(shù)524t/km2。多年平均逐月懸移質(zhì)泥沙統(tǒng)計表見表 27。 紅山嘴站多年平均逐月懸移質(zhì)泥沙統(tǒng)計表 表 27 月份 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 22 輸沙率 (kg/s) 12 187 433 輸沙量 (104t) 比例 (%) 月份 8月 9月 10月 11月 12月 年 輸沙率 (kg/s) 317 輸沙量 (104t) 270 比例 (%) 100 1979 年電站引水渠的建成，減少了河道泥沙的量，因此只能采用1979 年以后的觀測資料 (1983年～ 1989 年，其中 1988 年資料不完整，詳見 28)進行分析。從表中可以看出紅山嘴斷面的泥沙主要集中在洪水期，是符合肯斯瓦特站泥沙分布規(guī)律的。設(shè)計斷面由于人類活動的影響，而且河道較寬，因此該河段屬于淤積河段。 紅山嘴河道站逐月輸沙率表 表 28單位： kg/s；萬 t 項目 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 年輸沙量 1983年 0 0 280 494 0 0 0 228 1984年 0 0 144 131 371 0 0 0 1985年 0 0 148 254 158 0 0 0 189 1986年 0 0 761 577 0 0 0 379 1987年 0 0 269 1360 157 0 0 0 484 1988年 161 607 1989年 0 0 422 118 0 0 0 159 平均 0 0 0 0 0 249 推移質(zhì)泥沙的估算 XX 河上各測站均缺少推移質(zhì)泥沙測驗資料。對于推移質(zhì)的量，可采用經(jīng)驗公式 W 推 =β178。 W 懸 ，并選擇合適的經(jīng)驗系數(shù)β值推求。 巴音溝河屬 XX 河流域內(nèi)的一條較大河流，其黑山頭站控制集水 面積 1579km3(出山口控制站 )，與 XX 河比較，流域縱坡、下墊面及產(chǎn)流和氣象條件均類似，可參照這條河上的β值計算肯斯瓦特斷面的推移質(zhì)輸沙量。黑山頭站有 5年懸沙和推沙同期觀測資料，見表 29。 從上表中可以看出，推沙與懸沙之比最小為 ，最大為 ， 23 平均為 ，符合經(jīng)驗系數(shù)β值在山區(qū) ～ 的取值范圍。參照其值，在肯斯瓦特站斷面取β =，由此推算肯斯瓦特斷面多年平均推移質(zhì)輸沙量為 W 推 =179。 270= t。 巴音溝河黑山頭站推沙與懸沙比例值表 表 29 年份 項目 1964 1965 1966 1968 1969 平均 年推移質(zhì) (萬噸 ) 年懸移質(zhì) (萬噸 ) 198 148 203 112 262 β 從理論上分析，推移質(zhì)沙量在年際變化和年內(nèi)分配上，應(yīng)與懸移質(zhì)沙量一致。 設(shè)計洪水水面線 設(shè)計洪水水面線的計算是以紅山嘴站的洪水資料以及本次擬建防洪堤段實測的 4 條橫斷面 (見圖冊中河道橫斷面現(xiàn)狀圖 )資料為設(shè)計依據(jù)。 從該圖中可以看出該河段屬于寬淺式河道，部分河段已無法區(qū)分出主河道和河漫灘，而且主河道過流能力有限，絕大部分水量還是經(jīng)河漫灘流向下游，因此在本次工作中將主河槽和河漫灘的糙率確定為統(tǒng)一的數(shù)值。 由于擬建的防洪堤工程位于紅山嘴水文站附近，而且擬建的防洪堤僅 ，因此可以直接采用紅山嘴站的洪水分析結(jié)果。 根據(jù)工程防洪標準以及施工組織安排，本次只計算 30年一遇洪水對應(yīng)的水位。計算采用斷面比降法，結(jié)果見表 210。河道水面線見圖29。 各斷面水位、流速及最大水深計算表 (P=%) 表 210 序號 樁號 水位 (m) 最大水深 (m) 過水斷面 面積 (m2) 濕周 n I 1 0+000 24 2 0+800 3 2+000 4 2+600 5 3+200 防洪堤段河道水面線圖 圖 29 其他 冰情 由于紅山嘴水文站斷面以上泉水的匯入，根據(jù)紅山嘴站