烏魯木齊河干流河段水量傳播關(guān)系研究

郭華

烏魯木齊河干流河段水量傳播關(guān)系研究

郭華

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆烏魯木齊830000）

基于烏魯木齊河大西溝水庫、烏拉泊水庫、紅雁池水庫聯(lián)合調(diào)度計(jì)算需要，針對(duì)烏魯木齊河大西溝水庫至烏拉泊水庫之間干流河段，分析在已建水利工程影響下的烏魯木齊河上下游水量傳播演進(jìn)規(guī)律。根據(jù)不同的下墊面條件及工程節(jié)點(diǎn)，將烏魯木齊干流河段劃分為上中下三段；采用烏魯木齊河干流上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的水文資料，對(duì)烏魯木齊河干流上段、中段、下段的水量傳播演進(jìn)關(guān)系分別進(jìn)行分析計(jì)算，通過實(shí)測(cè)和調(diào)查洪水對(duì)烏魯木齊河干流水量傳播關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證，模擬值與調(diào)查實(shí)測(cè)值相差幅度僅4.22%，分析認(rèn)為烏魯木齊河干流大西溝水庫壩址至烏拉泊水庫入口水量傳播一維模型合理，且具有較高的應(yīng)用精度。

水量傳播；關(guān)系；干流；烏魯木齊河

1 研究區(qū)概況及河段劃分

1.1 研究區(qū)概況

烏魯木齊河干流大西溝水庫壩址至烏拉泊水庫入口河段內(nèi)分布有多處引水工程，其中攔河引水工程有大西溝渠首和青年渠渠首，設(shè)計(jì)引水流量分別為13 m3/s和25 m3/s。大西溝渠首位于大西溝水庫壩址下游約15 km處，大西溝水庫壩址與大西溝渠首之間有一在建的石門子渠首；青年渠渠首位于大西溝水庫壩址下游約21 km處，其下游干流河道長(zhǎng)約1 km處，建有青年渠二次引水口（未攔河）；下游干流河道長(zhǎng)5.7 km處，建有西山潛壩引水渠首（攔河式）。烏魯木齊河干流水系及水利工程示意圖見圖1所示。

1.2 河段劃分

本次研究河段為烏魯木齊河干流大西溝水庫壩址至烏拉泊水庫入口河段，根據(jù)不同的下墊面條件及引水工程的分布情況，可將該河段大致分為上、中、下三段。

干流上段為大西溝水庫壩址至大西溝渠首之間河段，河段長(zhǎng)約10 km，區(qū)間流域面積為73 km2，區(qū)間內(nèi)有7條支溝匯入干流，但常年流水的僅英雄橋溝和南臺(tái)子溝。干流上段屬烏魯木齊河的凈產(chǎn)流區(qū)，該河段屬春季融雪及降雨徑流補(bǔ)給河段。河段內(nèi)無農(nóng)業(yè)、工業(yè)用水，且下墊面為堅(jiān)硬的基巖，基本無水量下滲。

圖1 烏魯木齊河干流水系及水利工程示意圖

圖2 青年渠泄洪斷面與烏拉泊河壩入庫斷面逐日平均流量相關(guān)圖

圖3 烏魯木齊河干流下段（青年渠渠首至烏拉泊水庫）不同流量下水量損失率

干流中段為大西溝渠首至青年渠渠首之間河段，河段長(zhǎng)11 km，區(qū)間流域面積為135 km2，區(qū)間內(nèi)有13條支溝匯入干流，常年流水的河溝有兩岸的東、西白楊溝，兩溝流域面積分別約為71.3 km2和19 km2。

干流下段為青年渠渠首至烏拉泊水庫之間河段，河段長(zhǎng)約39 km，區(qū)間流域面積為235 km2。區(qū)間內(nèi)有9條較大的溝河匯入干流。其中左岸有卡亞溝、白楊樹溝、南溝、荀子溝、頭號(hào)溝等5條溝匯入；右岸有陰溝、常家溝、扁擔(dān)溝、大溝等4條溝經(jīng)黃草梁子一帶灌區(qū)匯入烏魯木齊河干流。

2 烏魯木齊河干流水量傳播關(guān)系

烏魯木齊干流上大西溝渠首無水文觀測(cè)資料，青年渠渠首設(shè)有青年渠水管站，烏拉泊水庫設(shè)有烏拉泊水管站，受限于資料條件并結(jié)合選擇的典型河段，本次從烏魯木齊河干流下段開始，從下游至上游分別研究各河段水量傳播關(guān)系。

2.1 干流下段（青年渠渠首至烏拉泊水庫）水量傳播規(guī)律

烏魯木齊河干流下段（青年渠渠首至烏拉泊水庫）河長(zhǎng)約39 km，選擇青年渠水管站作為干流下段起點(diǎn)控制站，選擇烏拉泊水管站作為干流下段末點(diǎn)控制站，青年渠水管站所屬引水道斷面控制上游烏魯木齊河河道來水量，所屬干渠斷面控制青年渠渠首引水量，所屬泄洪斷面控制經(jīng)青年渠渠首下泄至烏魯木齊河道的水量，青年渠渠首的管控原則是首先滿足青年渠灌溉引水，若有多余棄水則會(huì)通過青年渠泄洪斷面經(jīng)烏魯木齊河道輸向下游，因此青年渠泄洪斷面僅在非灌溉期或汛期有水量下泄。烏拉泊水管站所屬河壩入庫斷面控制經(jīng)烏魯木齊干流進(jìn)烏拉泊水庫的入庫水量。

若汛期流速按3 m3/s～4 m3/s計(jì)，烏魯木齊河干流下段水量傳播時(shí)間在2.7 h～3.6 h之間，即上下游斷面流量滯后時(shí)間差并不顯著，可認(rèn)為瞬時(shí)流量與日平均流量同步性較好。此外由于水管站僅有逐日平均流量記錄，因此本次根據(jù)上下游斷面日平均流量分析河段水量的傳播規(guī)律。

根據(jù)1981～2011年青年渠泄洪斷面與烏拉泊河壩入庫斷面逐日平均流量相關(guān)圖（圖2）中流量點(diǎn)據(jù)與關(guān)系線的擬合情況，可知下部的小流量級(jí)別的點(diǎn)群趨勢(shì)向左偏離關(guān)系線，說明小流量的傳播損失小于中大流量的傳播損失。統(tǒng)計(jì)逐年上下游斷面對(duì)應(yīng)的逐日流量過程線，在河道通暢情況下，此時(shí)初損填洼作用消失，且西山潛壩引水干擾甚微，受歷時(shí)因素影響小流量下河道的下滲損失趨于平穩(wěn)，水量損失相對(duì)較小；而對(duì)于中大流量，由于過流斷面的濕周顯著增大，因而損失增大。依據(jù)點(diǎn)群趨勢(shì)分析，在暢流期，青年渠下泄流量約在15 m3/s以下發(fā)生偏轉(zhuǎn)。對(duì)于15 m3/s以下的小流量，通過逐年對(duì)比上下游斷面的日流量過程線，發(fā)現(xiàn)2003年干流河段青年渠下泄與烏拉泊水庫河壩入庫流量相關(guān)關(guān)系好，本次以2003年的點(diǎn)據(jù)（表1）反映出的上下游相關(guān)關(guān)系代表烏魯木齊河干流河段下段小流量下的水量傳播關(guān)系。

表1 2003年青年渠泄洪與烏拉泊河壩實(shí)測(cè)逐日平均流量

則烏魯木齊河干流下段（青年渠下泄至烏拉泊水庫入口河段）水量傳播關(guān)系為：

式中，Q河壩為烏魯木齊河干流進(jìn)入烏拉泊水庫斷面流量（m3/s）；Q青渠泄為烏魯木齊河干流經(jīng)青年渠首下泄流量（m3/s）。

若不考慮區(qū)間小洪溝的季節(jié)性匯入水量，烏魯木齊河干流下段河段損失水量為：

進(jìn)而可得不同流量下的水量損失率，見圖3。由圖可知小流量下河段水量損失率較大，隨著流量增大河段水量損失率K逐漸減小并趨于平穩(wěn)值0.35即損失百分比為35%。

2.2 干流中段（大西溝渠首至青年渠渠首）水量傳播關(guān)系

限于大西溝渠首斷面無實(shí)測(cè)資料，本次假定中游段河道水量損失規(guī)律與下游段河道相同，即烏魯木齊河干流中段和下段的單位河長(zhǎng)損失量一致。則烏魯木齊干流中段河道水量損失Q西至青SS可由下式計(jì)算得出：

式中，L西至青為大西溝渠首至青年渠渠首段烏魯木齊河干流河長(zhǎng)（m）；L青至烏為青年渠渠首至烏拉泊水庫入庫段烏魯木齊河干流河長(zhǎng)（m）。

大西溝渠首至青年渠渠首之間的干流河段分別有東、西白楊溝的水量匯入，為便于計(jì)算，假定區(qū)間水量在中游河段起點(diǎn)大西溝渠首處匯入，即區(qū)間匯入水量?jī)H影響中游河段入口的來水量?；谶@個(gè)假定，可認(rèn)為干流中段僅為水量損失，且損失規(guī)律同干流下段。對(duì)于干流中段首尾兩個(gè)斷面流量，存在以下關(guān)系：

式中，Q西渠道為大西溝渠首斷面流量（m3/s）；Q青引道為青年渠渠首引水道斷面流量（m3/s）；若不考慮干渠引水，單就烏魯木齊河道的進(jìn)出水量而言，則Q青引道=Q青泄洪。

表2 烏魯木齊河干流中段節(jié)點(diǎn)水量推算成果表

根據(jù)公式（1）、（2）可推求在給定不同青年渠泄洪斷面流量下的烏拉泊河壩斷面流量，根據(jù)公式（4）及（5）可計(jì)算出對(duì)應(yīng)流量下大西溝渠首斷面流量，計(jì)算成果見表2所示。

由表2計(jì)算成果，可建立基于干流下段水量損失規(guī)律上，烏魯木齊河干流中段（大西溝渠首至青年渠渠首河段）水量傳播關(guān)系，如下：

2.3 干流上段（大西溝水庫至大西溝渠首）水量傳播關(guān)系

烏魯木齊河干流上段大西溝水庫壩址至大西溝渠首之間河段為基巖河床，水量無下滲損失，同時(shí)現(xiàn)狀區(qū)間無引水設(shè)施（石門子渠首在建），則烏魯木齊河干流上段（大西溝水庫至大西溝渠首河段）水量傳播關(guān)系為：

式中，Q西庫泄為大西溝水庫出庫下泄流量（m3/s）；Q西渠道為大西溝渠首河道來水流量（m3/s）；

根據(jù)推導(dǎo)出的烏魯木齊河大西溝水庫壩址至烏拉泊水庫入口干流水量傳播模型，可得不同工況下烏魯木齊河干流各節(jié)點(diǎn)處的水量傳播成果。

3 模型成果驗(yàn)證

1953年8月4日烏魯木齊河發(fā)生洪水，烏拉泊水文站實(shí)測(cè)最大流量為359 m3/s；2006年6月新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院在大西溝水庫壩址附近對(duì)1953年洪水進(jìn)行了歷史洪水調(diào)查工作，調(diào)查到1953年大西溝水庫壩址處洪峰流量為680 m3/s，該成果經(jīng)專業(yè)部門審核后評(píng)定為可靠。利用烏魯木齊河干流大西溝水庫壩址至烏拉泊水庫入口干流水量傳播模型進(jìn)行檢驗(yàn)，由于洪水期引水影響甚微，經(jīng)計(jì)算，大西溝渠首處的洪峰流量為604 m3/s，根據(jù)河長(zhǎng)比例將該洪峰值插延至大西溝壩址處，計(jì)算得到相應(yīng)的大西溝壩址處洪峰流量為652 m3/s，較調(diào)查洪峰值相差幅度為-4.22%?？紤]洪水調(diào)查本身具有一定誤差，可認(rèn)為烏魯木齊河干流大西溝水庫壩址至烏拉泊水庫入口水量傳播一維模型合理，且具有較高的應(yīng)用精度。

[1]雒文生．河流水文學(xué)[M]．北京：水利電力出版社，1992，6-74．

[2]詹道江，葉守澤．工程水文學(xué)[M]，北京：中國水利水電出版社，1999，7-50．

[3]丁晶，劉權(quán)授．隨機(jī)水文學(xué)[M]，北京：中國水利水電出版社，1997，16-27．

[4]潘文學(xué)，孫淑俠，雷智昌.一種適用于水量傳播特點(diǎn)的流量演算公式[J]．水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2010，2：23－26．

[5]蘇茂林.河流水庫系統(tǒng)枯水徑流模擬及水量精細(xì)調(diào)度研究[D].南京：河海大學(xué)，2009：17-45．

[6]吳迪軍，孫海燕，黃全義等.應(yīng)急平臺(tái)中一維洪水演進(jìn)模型研究[J]．武漢大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，5：542-545．

Study on the relationship between river river water transmission in Urumqi

Guo Hua
（Xinjianginstitute ofwater resources and hydro-power exploration and design Urumqi 830000,Xinjiang）

Based on calculation requirement of united regulation of Daxigou reservoir,Wulabo reservoir,Hongyanchi reservoir,for the river sections fromDaxigou reservoir to Wulabo reservoir ofUrumqi river,The article analyzed the evolution of water qualityin the upper and lower reaches ofUrumqi River under the influence ofthe established water conservancyprojects. Accordingtothe different conditions ofthe underlyingsurface and the engineeringnode,the Urumqi Mainstreamis divided into upper,middle and lower section.The hydrological data ofthe various nodes in the main stream ofthe Urumqi River are used to analyze and calculate the evolution relationship of the water flowin the upper,middle and lower reaches of the Urumqi River. The simulation results showthat the difference is only 4.22%between the simulated and the measured values.In summary,s of the Urumqi River Mainstream from Daxigou Reservoir Dam to the Wulabo Reservoir entrance,the water flow is one-dimensional model reasonable and and has a high application accuracy.

Water propagation；relationship；the mainstreamand Urumqi river

TV143

A

1673-9000（2017）02-0149-03

2017-02-16

郭華(1987-)，女，新疆烏魯木齊人，工程師，主要從事水文及水資源規(guī)劃專業(yè)設(shè)計(jì)工作。