水文指数法确定河流生态需水_百度文库
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水文指数法确定河流生态需水|河​流​水​文​情​势​是​河​流​生​态​系​统​的​自​然​动​力​学​特​征​,​而​径​流​情​势​是​水​文​情​势​的​重​要​特​征​。​根​据​生​物​种​群​和​环​境​因​子​之​间​的​关​系​,​从​反​映​河​流​水​文​情​势​的​径​流​情​势​中​筛​选​水​文​指​数​,​构​建​河​流​生​态​需​水​的​计​算​方​法​。​从​径​流​情​势​中​提​取​流​量​、​频​率​、​历​时​、​发​生​时​间​、​变​化​率个​水​文​指​数​确​定​河​流​生​态
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玛纳斯河工程场址河段设计洪水位推求分析
来源：新疆水利
作者：时京林 李贤成 贾兵
摘要：本文对利用玛纳斯河上游出山口水文站肯斯瓦特站实测洪水资料，采用建立水位函数、频率组合法，对推求玛纳斯河下游兰州湾站至雷庄站河段设计洪水位进行了阐述。
关键词：玛纳斯河；设计洪水位；频率曲线；水面线
玛纳斯河位于天山北麓准噶尔盆地南缘，流域内地势由东南向西北倾斜，海拔最高5 242.5m，最低256m。海拔高程3 600m以上终年积雪，冰川面积1 037.68km2，是径流主要补给源。流域远离海洋，气候干燥，属于典型的大陆性气候。
在玛纳斯河下游兰州湾站和雷庄站附近各拟建一项工程，为了验证两工程场址处在遭遇100年一遇洪水时不受洪水灾害，需要推求兰州湾站与雷庄站河段100年一遇洪水位，并与该段河道防御洪水的能力进行对比分析。近年来，由于玛纳斯河下游洪水位既受自上而下的洪水波运动的影响，又受峡谷弯道顶托的影响，而且人类活动的影响也相当频繁，一般难以直接根据水位系列来推求设计洪水位。本文采用建立水位函数、频率组合法推求下游兰州湾站、雷庄站两拟建工程场址河段设计洪水位。
2 资料选用及可靠性分析
玛纳斯河来水集中于汛期，洪峰多尖瘦，洪水过程一般为陡涨陡落且历时短暂。玛纳斯河的洪水按成因可分为融雪型洪水、暴雨型洪水、暴雨融雪混合型洪水、溃坝型洪水。玛纳斯河下游没有设水文站，根据产汇流条件及河流特性、河流水文要素、区域自然地理和下垫面等因素，参证站选择玛纳斯河上游出山口肯斯瓦特水文站。肯斯瓦特水文站自1956年建站以来，断面没有较大迁移，测站以上区间没有引水、分水情况发生，人类大规模的开发利用活动较少，2010年开始正在兴建肯斯瓦特水利枢纽，建设期间无大洪水发生，水利枢纽的建设期间对该站洪水系列测量结果影响较小，可以认为肯斯瓦特站洪水资料系列一致性较好。
肯斯瓦特站年最大洪峰流量系列年际变化非常大。1999年最大洪峰流量为1 100m3/s，为历史之首；2003年最大洪峰流量仅为193m3/s,为历年最小峰值。洪峰年际绝对变幅达907m3/s，为洪峰流量多年平均值的2.5倍。
年最大洪峰流量均出现在6～8月。据57年洪水系列资料统计，各月发生年最大洪峰流量的频率分别为：6月4.1%、7月60.2%、8月35.7%，可见7月、8月发生年最大洪峰流量的机率最大。
2.1 肯斯瓦特站洪峰流量模比系数累积平均曲线分析
从玛纳斯河肯斯瓦特站洪峰流量累积曲线（见图1）中可以看出，系列达35年以上时，虽然洪峰流量模比系数累积平均值有些起伏，但有渐趋近于1的趋势，且其后年段曲线的收敛性较好，明显看出系列稳定性较好。
2.2 洪峰流量模比系数差积曲线分析
肯斯瓦特站洪峰流量模比系数差积曲线（见图2）可见，肯斯瓦特站年最大洪峰流量系列包含了大洪水多发年群及一个较长的小洪水年群。自1956年以来洪峰流量年际变化，大致可分为8个时段，即1956～1965年为小洪水年群，1965～1966年为大洪水年群，1966～1979年为小洪水年群，1979～1980年为大洪水年群，1980～1993年为小洪水年群，1993～2002年为大洪水年群，2002～2003年为小洪水年群，2003～2012年为大洪水年群。小、大洪水年群交替出现，说明肯斯瓦特站57年洪峰流量资料系列已具有一定的代表性。
2.3 肯斯瓦特站洪水频率计算
玛纳斯河有57年完整的实测洪水资料，洪水系列统计参数采用了Ｐ－Ⅲ曲线经计算机优选适线确定。频率计算成果见表1、图3。
3 设计洪水
3.1 推求兰州湾站、雷庄站场址河段设计洪峰流量
玛纳斯河下游兰州湾、雷庄站断面设计洪峰流量的计算原则是按水量平衡原理，从最不利原则考虑，计算区间引水工程按最大设计引水能力条件下兰州湾、雷庄站两断面设计洪峰流量。下节点设计洪峰流量=上节点洪峰流量-坦化衰减损失流量。其计算公式如下：
Q下设= KQ上设& (1)
K=Q下计/Q上计 &(2)
式中：Q上设、Q下设分别为上、下断面设计频率洪峰流量(m3/s)；Q上计、Q下计分别为上、下断面计算洪峰流量(m3/s)；K为上、下游断面各种频率设计洪峰流量衰减系数。
按上述方法将上游节点断面入流洪水演进至设计断面。采用的比例系数按新疆水文水资源局径流实验站天山北坡河流多年试验流量衰减系数，推算出100年一遇的兰州湾站设计洪峰流量为1250m3/s、雷庄站设计洪峰流量为2 220m3/s。
3.2 场址断面测量
经实地勘察，在兰州湾站址正西侧1.5km左右、玛纳斯电厂灰坝处，雷庄站址西侧5～6km处，分别设立了洪水调查断面，并进行了实地测绘。根据测绘成果计算兰州站上、下两个断面、雷庄站上、下两个断面水力参数，大断面河底高程计算结果见图4、图5。
3.3 推求兰州湾站、雷庄站场址河段设计洪水位
根据兰州湾站、雷庄站防洪保护对象的重要性，确定按1%频率进行设计洪峰流量计算。依据玛纳斯河各节点断面野外踏勘测量，采用大断面图计算出成果表及实测河床平均纵坡及选用河下断面的糙率，取上、中、下三个断面的平均糙率作为选用糙率。
按场址断面各级水位下相应流量，建立了断面的水位―流量关系（见图6、图7），从而推算出设计洪水位。故推算出100 年一遇的设计洪峰流量对应的洪水位，兰州湾站洪峰流量1 250 m3/s 对应的设计洪水位为432.99m；雷庄站洪峰流量2 220 m3/s 对应的设计洪水位为399.44m。
3.4 兰州湾站至雷庄站河段洪水水面线
根据实地勘察情况分析，兰州湾、雷庄站址都在玛纳斯河下游，从兰州湾正西位置的玛纳斯电厂灰坝，至雷庄站址正西处进行了高程测量，此段河道的东岸为人工修筑的河堤，全长5.98km，坡降为0.687％。点绘兰州湾站至雷庄站河堤沿程高程与频率为1%的洪水水面线关系图，见图8。从图8 中可以看出，频率为1%的洪水的水面线明显低于河堤。
4 结论和建议
从本文计算成果可以看出，玛纳斯河下游兰州湾站至雷庄站场址的防洪堤是可以防御频率为1%的洪水的。但河堤在距兰州湾站1 000m 左右的地方100 年一遇的洪水位接近河堤的高程，当遇大洪水时要多加防范。由于玛纳斯河下游多处为河道采沙地段，在河道内常堆积大量砂石料，如果管理不善，乱挖、乱采会破坏河道，发生阻水、壅水等洪水运行不畅现象，就很难保证河道的行洪能力和安全。从影响工程的防洪安全方面考虑，建议河道管理单位妥善管理，合理配置水资源，有序开发砂石料，保证河道沿线的防洪安全。
参考文献：
[ 1 ] 芮孝芳，陈洁云.感潮河段设计洪水位的推求[J].水利水电技术，1995，（11）：112-113.
[ 2 ] 郝锐，李亚光.分期汛限水位和设计洪水位的确定方法[J].水电能源科学，2002（01）：45.
[ 3 ] 周晓华.基于ArcGIS的设计洪水位分析[J].华北水利水电学院学报，2006，（04）：21.
[ 4 ] 王岚，周燕青.Excel在小流域设计洪水调洪演算中的应用[J].科技信息与教研，2008，（06）：78-80.
[ 5 ] 林伟平.两江交汇处的设计洪水位推求方法探讨[J].广东水利水电，2011，（01）：78-79.
作者简介：时京林（1976-），男，汉，山东济南人，工程师，从事水文水资源分析工作。非均匀流条件下植被河道水力学特性与曼宁公式的研究（可编辑）,塔恩 曼宁,佩顿 曼..
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