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新疆阿克苏温宿大峡谷防洪设计水文分析
来源:互联网 sk001 | 李春梅,王书峰
【分  类】 文化研究
【关 键 词】 温宿大峡谷;防洪设计;水文分析;洪峰流量
【来  源】 互联网
【收  录】 中文学术期刊网
正文:

  摘要:温宿大峡谷属季节性的洪水沟,洪水的形成主要是低山带的暴雨型洪水,洪水起涨迅速、峰高量小,洪水中常挟带大量泥沙,危害较大。本次水文分析接近出山口较大的库都鲁克谷、阿奇克苏谷两条冲洪支沟的断面,对两处断面设计洪水计算,得到各设计频率的洪峰流量,计算出各防洪点的设计洪水位,旨在提高温宿大峡谷的防洪能力,为沟渠防洪工程设计提供参考依据。

  关键词:温宿大峡谷;防洪设计;水文分析;洪峰流量

  引言

  温宿大峡谷位于新疆阿克苏地区温宿县境内,天山山脉南簏,托木尔峰国家自然保护区边缘,东接哈拉玉尔滚河,西与台兰河灌区交界。大峡谷拥有巨大次雅丹峡谷群和世界地质史上独有的盐丘喀斯特地貌,曾是通往南北天山古代驿路夏特古道的必经之地。峡谷观光探险区约有50公里,南北宽约20公里,东西长约25公里。峡谷两侧断崖因风吹日蚀,雨水冲刷,形成许多气势壮观的山体造型,典型景观集中在峡谷中部和西部区域,山体以红色砂岩、页岩为主,各种不同地质年代的岩石重叠,有“活的地质史教科书”之称,具有很高的科研和旅游开发价值。温宿大峡谷属季节性的洪水沟,洪水的形成主要是低山带的暴雨型洪水,常集中在7、8两月,洪水起涨迅速、峰高量小,洪峰持续时间短,洪水中常挟带大量泥沙,危害较大。为提高温宿大峡谷的防洪能力,本次水文分析接近出山口较大的库都鲁克谷、阿奇克苏谷两条冲洪支沟的断面,对两处断面设计洪水计算,旨在为沟渠防洪工程设计提供参考依据。

  1. 研究区概况

  该区属大陆性北温带干旱气候,流域内年平均气温7.9℃,极端气温分别为37.6℃、-27.4℃。受西风环流和北冰洋水汽以及地形抬升的影响,水汽自西向东,自北向南渐减,夏季6、7、8月份降水量最多,年降水量山区为500—700mm,出山口为177.6mm,而平原区年平均降水量63.3mm。全流域最大年降水量123.4mm,最小年降水量25.5mm。流域内历年平均风速1.7m/s,最大风速40m/s,风向W。

  由于温宿大峡谷属无资料地区,暴雨分析以邻近的台兰水文站和温宿县气象站作为参证站。台兰水文站的地理位置为东经80°29′、北纬41°33′,高程为1620m,该站有1957年至2007年最大的一日降雨资料。温宿县气象站的地理位置为东经80°29′、北纬41°33′,海拔高程为1128.5m,该站有1965年至2007年最大一日降雨资料。台兰水文站是温宿大峡谷冲洪沟区最近的水文站,有实测的历年最大一日降雨量资料,而温宿县气象站距冲洪沟较远,综合比较本次温宿大峡谷冲洪沟区洪水计算采用台兰站降雨资料,进行频率分析计算,最大一日降雨计算结果见表1。由于汇流区面积不大,可以点雨量代替面雨量。

  表1. 台兰站最大一日降雨量频率计算 站名 不同特征频率参数 台兰站 Cv Cs/Cv 1 2 3.3 5 10 20 0.9 4 113.5 92.0 77.0 65.0 46.3 29.9 温宿大峡谷主要由库都鲁克峡谷、阿奇克苏峡谷组成,包括大小10余条冲沟,如图1。受气温和降雨的影响,该冲沟区的洪水类型有融雪型洪水、暴雨洪水两类,因该冲洪沟区海拔不高,没有终年积雪,融雪型洪水多发生春季,峰较小,对观光旅游设施影响不大。夏季多暴雨洪水,峰大量小,对观光旅游设施和游客人身安全影响很大,因此主要考虑暴雨洪水。库都鲁克谷洪沟全长13.1km,沿途接纳了大小冲沟9条,出山口以上流域面积为52.1km2,东西长6.12km,南北宽12.44km,径流以降水补给为主,无水文控制站,属无资料地区。阿奇克苏谷位于库都鲁克谷西侧,出山口以上流域面积为164.9km2,沟长26.5 km,其径流补给以降水为主。两沟均由暴雨冲刷而成,在出山口处汇合。

  图1. 防洪计算断面分布图

  2. 洪峰流量计算

  2.1 推理计算公式

  在本次规划中,依据《防洪标准》(GB50201-94)规定,结合峡谷旅游重要性等因素综合确定冲洪沟的防洪标准:防洪沟的等级为Ⅲ级,防洪标准重现期为30年,校核标准为50年。峡谷位于山前冲洪沟,且冲洪沟积水面积都在90km2以下,属于小流域洪水计算,故采用《水利水电工程设计洪水计算规范》(SL44-2006)中的推理公式,如下:

  Qmp=0.278φSpF/τn

  τ=0.278L/(mJ1/3Qmp1/4)

  式中φ为洪峰径流系数,分两种情况进行分析计算:

  全面汇流时,即tc>τ

  φ=1-μτn/Sp

  部分汇流时,即tc<τ

  φ=n(tc/τ)1-n

  而tc=[(1-n) Sp/μ]1/n

式中,设计洪峰流量,m3/s;φ:洪峰径流系数;τ:汇流时间,h;tc:净流历时,h;n:暴雨衰减系数;F:流域集水面积,km2;:设计雨力;m: 汇流系数;μ:净雨历时内平均损失率mm/h;L:河流长度,km;J:河道平均比降。

  2.1公式中参数的确定

  式中各参数的确定,对计算成果有着直接的关系,因此确定各参数时,尽量利用前人的分析成果,并采用多种方法,分析比较后确定。冲洪沟面积F、长度L、平均比降J,使用Gis软件提取1:5万的地形图信息得到,库都鲁克谷出山口、阿奇克苏谷出山口分别为52.1km2、13.1km、0.0382和164.9km2、26.5km、0.0391。汇流参数m是反映流域特性的综合性参数,在有实测雨、洪资料和调查的雨洪资料的情况下,可分析计算而得,但项目区所处地带的各冲洪沟,既无洪水实测调查资料,也无对应暴雨过程记录。因此,本次计算采用《水利水电工程设计洪水计算规范》SL44-2006中给出的小流域下垫面条件分类表中Ⅰ类的参考值。

  2.2冲洪沟设计洪水计算成果

  依据上述给出的公式、参数,采用计算机试算,得出各设计频率的洪峰流量,冲洪沟出山口断面各频率设计洪峰流量,见表2。

  表2. 温宿大峡谷冲洪沟出山口断面洪水设计 参 数 库都鲁克谷 阿奇克苏谷 面积F(km2) 52.1 164.9 沟长L(km) 13.1 26.5 坡降J 0.0382 0.0391 θ 38.897 78.076 暴雨衰减指数 0.78 0.78 设计频率 P=2% P=3.33% P=5% P=2% P=3.33% P=5% 设计雨力 45.7 38.3 32.3 45.7 38.3 32.3 设计洪峰流量Qm(m3/s) 114 86.5 66.8 250 190 146 2.3防洪节点设计洪水位

  本次重点防洪河(沟)段节点计算断面,是根据阿克苏水文水资源勘测局实测的断面资料,库都鲁克谷和阿奇克苏谷出山口防洪节点断面河床纵坡(I)分别为29.8‰和32.5‰,糙率(n)均为0.0375,根据公式Q=1/n*I1/2*R2/3*A,计算出各断面水力参数,式中Q—流量;N—糙率;I—坡降;R—水力半径;A—过水面积。根据实测河床平均坡降及选用河床糙率计算防洪各断面分级流量,并建立水位流量关系,制成水位流量对照表,如表3、4所示。

  表3 库都鲁克谷洪沟出山口流量( I=29.8‰ n=0.0375) 高程 湿周 河宽 过水面积 R^2/3 I^1/2 1/n V Q 1561.80 0.00 0.00 0.0 0.00 0.173 26.67 0.00 0 1561.90 20.42 20.42 0.71 0.11 0.173 26.67 0.51 0.36 1562.00 96.16 96.16 6.55 0.17 0.173 26.67 0.78 5.13 1562.10 121.49 121.49 17.6 0.28 0.173 26.67 1.29 22.7 1562.20 138.17 138.17 30.7 0.37 0.173 26.67 1.70 52.3 1562.30 146.38 146.37 45.0 0.46 0.173 26.67 2.12 95.3 1562.40 155.95 155.94 60.0 0.53 0.173 26.67 2.44 146 1562.50 170.92 170.91 76.4 0.58 0.173 26.67 2.67 204 1562.60 198.20 198.18 94.8 0.61 0.173 26.67 2.81 266 1562.70 213.39 213.38 115 0.66 0.173 26.67 3.04 349 1562.80 221.35 221.33 137 0.73 0.173 26.67 3.36 460 表4阿奇克苏谷洪沟出山口沟流量 ( I=32.5‰ n=0.0375) 高程 湿 周 河 宽 过水面积 R^2/3 I^1/2 1/n V Q 1559.80 0.00 0.00 0.0 0.00 0.180 26.67 0.00 0 1559.90 31.75 31.75 0.79 0.09 0.180 26.67 0.43 0.34 1560.00 83.74 83.74 6.74 0.19 0.180 26.67 0.91 6.16 1560.10 130.79 130.79 17.5 0.26 0.180 26.67 1.25 21.9 1560.20 169.89 169.89 32.6 0.33 0.180 26.67 1.59 51.7 1560.30 201.09 201.09 51.2 0.40 0.180 26.67 1.92 98.5 1560.40 272.28 272.27 74.3 0.42 0.180 26.67 2.02 150 1560.50 293.60 293.59 102 0.50 0.180 26.67 2.40 245 1560.60 302.22 302.22 132 0.58 0.180 26.67 2.79 368 1560.70 312.33 312.32 163 0.65 0.180 26.67 3.12 509 根据已计算的防洪节点设计洪水,结合绘制的各防洪节点水位流量对照表,计算出各防洪点的设计洪水位,如表5所示。

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