玛河防洪初设报告(编辑修改稿)

玛河防洪初设报告(编辑修改稿)内容摘要：

)红山嘴站年平均流量逆累计均值曲线1954 1959 1964 1969 1974 1979 1984 1989 1994 1999 2020年份Q(m3/s) 17 平均为 356m3/s。 而多年平均一日洪量为 m3，相当于日均流量 265m3/s，与洪峰流量平均值相差不大。 ②持续时间长。 一次洪水过程少则三、五天，多则十几天。 多年平均一、三、七、十五日洪量相当于日均流量 265m3/s、 230m3/s、 200m3/s 和 177m3/s。 实测最大一、三、七、十五日洪量分别为 亿 m 亿 m 亿 m3和 亿 m3，折合日流量为 804m3/s、 523m3/s、 413m3/s和 404m3/s，均超过洪峰均值。 ③时间和水量集中。 洪水均发生于汛期，又多集中于 7月和 8月上旬 ， 占 85%以上。 历年平均十五日洪量占全年径流量的 %。 而实测最大十五日洪量接近多年平均径流量的一半 (43%)。 ④峰型多变。 对 40 余条实测过程线分析，一次洪水过程有单峰、双峰、多峰、尖瘦型、矮胖型、峰高量大等不同类型， 其中双峰和多峰型占到 65%以上。 洪水类型 玛河的洪水主要受气温和降水的影响。 按照不同的成因，洪水主要分为三种类型： ①融雪 (冰 )型洪水。 受气温控制，冰川及永久性积雪消融，洪水有明显的一日一峰，峰谷变化较有规律。 在整个汛期，这类洪水水量占很大的比重。 春季如果积雪量大，气温回升快，这时中、低山区和丘陵区的积雪融化也能形成较大的春洪。 ②暴雨型洪水。 受局部天气和地形的影响，降雨也可形成有较大破坏能力的洪水。 暴雨一般发生在中、低山区，汇流速度较快，形成的洪水具有陡涨陡落，峰高量少，水势汹猛的特点，这类洪 水的历时很短，在数小时内即可完成。 ③混合型洪水 混合型洪水主要发生于 7 月和 8 月，由高山区的融雪 (冰 )洪水和中低山区的暴雨洪水迭加而成。 特点是洪峰高、洪量大、历时长。 是水利工程、特别是拦河水库的重点防范对象。 据统计，玛河历年最大洪水过程大部分都是这类洪水。 如干流上 1963年 8月、 1996年 7月和 1999年 7月、 8月连续二次洪水过程，山区均有较大的暴雨出现。 历史洪水 对玛河的历史洪水，曾有多家单位先后进行过数次调查考证，其中包括铁道部第一设计院、自治区公路局、新疆农垦总局以及石河子水文水资源局。 距 今最近的调查是 1977 年由新疆农垦总局和石河子水文水资源局联合调查成果。 此次调查到 18 1906 年、 1923 年、 1931 年和 1940 年四次历史洪水，因调查年代已久，现在只能找到这次调查的部分分析计算成果，无法对其进行全面的复核与核实，但可以知道这次的计算存在着以下问题： (1)从找到的部分分析计算成果中可知，调查指认的洪痕大都在中、下游河段，而玛河出山口以下的河段冲淤变化和两岸冲刷都很严重，历史洪水发生的时间距调查计算年代已近 40年，在推求洪峰流量，没有对河床的变化做还原分析。 (2)在调查到的四次历史洪水中，只 有 1931 年和 1940 年的成果资料当时评为可靠。 由于调查到的洪痕大都在中、下游河段，因而，各站点 (煤窑、肯斯瓦特、红山嘴 )的洪峰流量是通过插补求得，插补计算时也没有对断面进行还原，查补方法及计算精度不详。 1931年在肯斯瓦特处的洪峰流量为 870m3/s， 1940 年在红山嘴出的洪峰流量为 1440m3/s。 鉴于以上两点原因，加之玛河 1999 年发生了有实测资料记录以来最大的一场洪水，红山嘴断面实测最大洪峰流量 1095m3/s，超过 1931年的调查值，接近 1940年调查值。 因此，在本次洪水设计中，仅采用 1940 年 红山嘴断面的较可靠的历史调查洪水，而且根据调查到历史洪水的最早年份 —— 1906 年至今从未发生过大于1440m3/s 的洪水，因此在本次工作中，将该次历史调查洪水的重现期确定为百年一遇。 洪水系列代表性分析 由于红山嘴站已有 51年 (1953年～ 2020 年 )的实测资料，可以满足规范中资料年限的要求。 从逐年洪峰流量过程线 (图 25)、峰流量差积曲线 (图 26)和洪峰流量逆累进均值过程线 (图 27)上可以看出，整个洪水系列中包含了大、中、小洪峰点据，说明现有 51年系列对总体也具有较好的代表性。 图 25 红山嘴站洪峰流量过程线0200400600800100012001953 1958 1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993 1998 2020年份Q(m3/s) 19 图 26 图 27 因 红山嘴站已有 51 年 (1953年～ 2020 年 )的实测资料系列，洪峰频率分析采用 PⅢ 型曲线，用矩法计算其参数，适线法目估适线。 适线原则为：曲线尽量通过点群中心，适当照顾高水点据。 洪峰流量设计成果见表 25，频率曲线见图 28。 另将 1940 年的历史调查洪水作为百年一遇的历史洪水加入实测洪水系列中进行频率分析，频率分析结果见表25。 从表中可以看出，同频率下是否加入历史洪水的结果仅差 1%，因红山嘴站洪峰流量差积曲线图1953 1958 1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993 1998 2020年份∑(K i / k 1 )红山嘴站洪峰流量逆累进均值过程线01002003004005006001953 1958 1963 1968 1973 1978 1983 1988 1993 1998 2020年份Q(m3/s) 20 此在本次工作中确定采用实测洪水系列的分析结果， 即方法一的结果。 红山嘴断面洪峰流量频率计算结果表 表 25单位： m3/s 项目 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：方法一为实测洪峰系列分析结果，方法二为加入 1940年历史洪水的分析结果。 红山嘴断面实测系列洪峰流量频率曲线图 图 28 泥沙 泥 沙成因及特性 玛河属于一条多沙河流。 泥沙来源于降雨融雪汇流对流域面的侵蚀和水流对河道的冲刷。 从河源至出山口，泥沙随高程的递减而逐渐增加。 各段情况为：高山区为永久性积雪和冰川所覆盖，水体含沙量极少，冰川下缘冰舌附近，由于冰碛物的存在，丰水期可随水流而下，产生泥沙。 海拔 1500m～ 3600m 地区，区域内植被发育良好，覆盖率高，虽本区降雨较丰沛，但对流域面的侵蚀不大，沙量主要来源于水流对汇流沟、河 21 的冲刷。 流域山区中下游范围，覆盖层松散破碎，植被稀少且多为草本，持水能力差，遇有降雨产 流，大量泥沙就随水体进入河道。 此段河床纵坡也较大，水流对河床的切割和两岸的冲刷也十分严重。 从各区域而言，泥沙主要来源于山区的中下部。 玛河的泥沙有如下特征： ①泥沙的年季变化很大。 降水是产沙多寡的主导因素，相应气温作用不大。 如果一年中降雨次数多、强度大，年输沙量就大，反之则少。 以肯斯瓦特站悬移质测验为例，实测最大年输沙量为 t(1999年 )，最小年输沙量为 万 t(1992 年 )，二者相差 35 倍之多，分别为均值的 倍和。 ②泥沙的年内分配集中。 6月 ～ 8 月输沙量占到全年输沙量的 %， 7月 ～ 8 月占 80%以上。 在这三个月中，特别是 7 月和 8 月，气温较高，流域覆盖层干燥松散，加之暴雨强度较大，河道水量大，易于泥沙的产生和输送。 冬季各月因水量小且平稳而且主要是冰川融水和地下水补给，水体含沙量基本为零。 ③含沙量集中。 与降雨有关，全年的沙量，主要集中在数日之内。 如1969年 7月 30日红山嘴站日均悬移质输沙率为 11200kg/s，相当于 万 t，占到全年输沙量的 %。 肯斯瓦特站 1987年 7月 14 日 ～ 15 日二天的输沙量达到 t，占当年总量的 %。 玛河泥沙的上述特征， 与新疆天山北坡同类型河流的产沙情况基本一致。 悬移质泥沙统计 红山嘴站悬移质泥沙测验自 1956年 ～ 1978 年共计 22 年资料，其中完整资料有 18 年，根据观测资料分析红山嘴站多年平均悬移质输沙量为 270 万 t，输沙率为 ，同期含沙量为 ，侵蚀模数524t/km2。 多年平均逐月悬移质泥沙统计表见表 27。 红山嘴站多年平均逐月悬移质泥沙统计表 表 27 22 月份 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 输沙率 (kg/s) 12 187 433 输沙量 (104t) 比例 (%) 月份 8月 9月 10月 11月 12月 年 输沙率 (kg/s) 317 输沙量 (104t) 270 比例 (%) 100 1979 年电站引水渠的建成，减少了 河道泥沙的量，因此只能采用1979 年以后的观测资料 (1983年～ 1989 年，其中 1988 年资料不完整，详见 28)进行分析。 从表中可以看出红山嘴断面的泥沙主要集中在洪水期，是符合肯斯瓦特站泥沙分布规律的。 设计断面由于人类活动的影响，而且河道较宽，因此该河段属于淤积河段。 红山嘴河道站逐月输沙率表 表 28单位： kg/s；万 t 项目 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 年输沙量 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 推移质泥沙的估算 玛河上各测站均缺少推移质泥沙测验资料。 对于推移质的量，可采用经验公式 W 推 =β178。 W 悬 ，并选择合适的经验系数β值推求。 巴音沟河属玛河流域内的一条较大河流，其黑山头站控制集水面积1579km3(出山口控制站 )，与玛河比较，流域纵坡、下垫面及产流和 气象条件均类似，可参照这条河上的β值计算肯斯瓦特断面的推移质输沙量。 黑山头站有 5年悬沙和推沙同期观测资料，见表 29。 23 从上表中可以看出，推沙与悬沙之比最小为 ，最大为 ，平均为 ，符合经验系数β值在山区 ～ 的取值范围。 参照其值，在肯斯瓦特站断面取β =，由此推算肯斯瓦特断面多年平均推移质输沙量为 W 推 =179。 270= t。 巴音沟河黑山头站推沙与悬沙比例值表 表 29 年份 项目 1964 1965 1966 1968 1969 平均 年推移质 (万吨 ) 年悬移质 (万吨 ) 198 148 203 112 262 β 从理论上分析，推移质沙量在年际变化和年内分配上，应与悬移质沙量一致。 设计洪水水面线 设计洪水水面线的计算是以红山嘴站的洪水资料以及本次拟建防洪堤段实测的 4 条横断面 (见图册中河道横断面现状图 )资料为设计依据。 从该图中可以看出该河段属于宽浅式河道，部分河段已无法区分出主河道和河漫滩， 而且主河道过流能力有限，绝大部分水量还是经河漫滩流向下游，因此在本次工作中将主河槽和河漫滩的糙率确定为统一的数值。 由于拟建的防洪堤工程位于红山嘴水文站附近，而且拟建的防洪堤仅 ，因此可以直接采用红山嘴站的洪水分析结果。 根据工程防洪标准以及施工组织安排，本次只计算 30年一遇洪水对应的水位。 计算采用断面比降法，结果见表 210。 河道水面线见图29。 各断面水位、流速及最大水深计算表 (P=%) 表 210 序号 桩号 水位 (m) 最大水深 (m) 过水断面 面积 (m2) 湿周 n I 24 1 0+000 2 0+800 3 2+000 4 2+600 5 3+200 防洪堤段河道水面线图 图 29 其他 冰情 由于红山嘴水文站断面以上泉水的汇入，根据红山嘴站的冰情观测资料(1955 年～ 1978 年 )可以看出，河道开始结冰结日期在 11 月中旬，最早在 11 月1 日 (1957 年 )，最晚为 12 月 20 日 (1958 年 )。 全部融冰日期为 3 月中下旬，最早为 1月 13日 (1957 年 )，最晚为 4 月 13日 (1957 年 )，但是河道基本不封冻，。