若羌縣托格勒薩依引水樞紐處徑流與洪水分析

王振龍

1 概況

依引水樞紐處不同保證率的設(shè)計(jì)年徑流量和設(shè)計(jì)洪峰流量進(jìn)行分析計(jì)算。

薩爾布臘阿蘇河發(fā)源于若羌縣祁漫塔格山南坡，河流上部自西向東流趟，而后折向東北與古爾嘎赫德河匯合，沿阿爾金山和祁漫塔格山之間的凹地自西向東流趟注入青海境內(nèi)的尕斯特勒湖。薩爾布臘阿蘇河為山區(qū)性河流，流域有25 km2的冰川覆蓋。托庫勒薩依引水樞紐以上集水面積1561 km2，流域平均高程4407 m，流域內(nèi)引水樞紐以上河長97 km，河床平均坡降約15.5‰。

薩爾布臘阿蘇河流處于未開發(fā)利用狀態(tài)。位于薩爾布臘阿蘇河口13 km處的托庫格勒薩依引水樞紐主要由底欄柵、沖砂閘、溢流堰、引水廊道、沉砂池組成。托格勒薩依引水樞紐流量一般在2.10 m3/s左右，引水樞紐處河流下切不深，河床為沙石和卵石組成，植被稀少，滲漏嚴(yán)重。若羌縣屬于水資源極度匱乏區(qū)域，為緩解若羌縣水資源供需矛盾，若羌縣人民政府決定實(shí)施調(diào)水工程，以薩爾布臘阿蘇河口為起點(diǎn)，修建防滲渠道，調(diào)薩爾布臘阿蘇河水至若羌河西支流的約馬克其河，以緩解若羌河灌區(qū)干旱缺水和工業(yè)園用水需求。為此，需對(duì)若羌縣托格勒薩

2 徑流分析

2.1 參證站設(shè)計(jì)年徑流

薩爾布臘阿蘇河流域無水文測(cè)站，年徑流量計(jì)算采用水文比擬法，參證站選取發(fā)源于昆侖山，集水面積相近、流域產(chǎn)流區(qū)高程接近的克里雅、尼雅河、且末、若羌河4個(gè)水文站作為設(shè)計(jì)年徑流計(jì)算的參證站。根據(jù)推算的克里雅出山口處（1957～2016年）、尼雅出山口處（1978～2016年）和車爾臣河出山口（1957～2016年）長系列徑流資料，結(jié)合國家水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水利水電工程水文計(jì)算規(guī)范》（SL278-2002）的內(nèi)容，采用頻率曲線法對(duì)參證站進(jìn)行設(shè)計(jì)年徑流量的計(jì)算。在運(yùn)用矩法對(duì)系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)估算的基礎(chǔ)上，用適線法選配型頻率曲線推算設(shè)計(jì)年徑流量。適線時(shí)，在擬合點(diǎn)群趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，側(cè)重考慮平、枯水年的點(diǎn)據(jù)。計(jì)算得參證站設(shè)計(jì)年徑流量及年徑流CV和CS參數(shù)，統(tǒng)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)年徑流量成果見表1。

表1 參證站年徑流統(tǒng)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)年徑流量成果表 單位：108m3

2.2 托格勒薩依引水樞紐設(shè)計(jì)年徑流

2.2.1 托格勒薩依引水樞紐設(shè)計(jì)年徑流

設(shè)計(jì)流域托格勒薩依與參證站車爾臣河流域徑流都發(fā)源于阿爾金山，流域源頭接壤，下墊面條件等相似，流域植被也都較好。在托格勒薩依擬建引水樞紐處缺少實(shí)測(cè)資料的情況下，統(tǒng)計(jì)參數(shù)直接移用參證站且末水文站還原至出山口處1957～2016年的年徑流CV和CS，根據(jù)托格勒薩依擬建引水樞紐處多年平均年徑流均 0.556×108m3、CV=0.390和CS=1.755求得托格勒薩依擬建引水樞紐處不同保證率設(shè)計(jì)年徑流量成果，見表2。

表2 托格勒薩依擬建引水樞紐處不同保證率設(shè)計(jì)年徑流量成果表

2.2.2 托格勒薩依引水樞紐設(shè)計(jì)年徑流量年內(nèi)分配

典型年選擇原則：按照水量相近的原則選取，即選取典型年徑流量與設(shè)計(jì)年徑流量相近的年份；對(duì)引水工程較為不利的原則選取。

通過托格勒薩依引水樞紐處2015年的水文實(shí)測(cè)資料分析，其年徑流量為0.830×108m3，其中各月的徑流占到年徑流量分布較為均勻；而車爾臣河5、6、7、8月的多年平均月徑流只占年徑流的56.2%，兩流域的多年平均月徑流分配比相差較大，故設(shè)計(jì)年徑流年內(nèi)分配時(shí)，枯水年、平水年、偏豐水年和豐水年均采用托格勒薩依引水樞紐實(shí)測(cè)2015年年徑流年內(nèi)分配比。用年內(nèi)分配比乘以托格勒薩依引水樞紐處對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)年徑流量，即得到引水樞紐處設(shè)計(jì)典型年的年內(nèi)分配，見表3。

表3 引水樞紐處不同保證率設(shè)計(jì)年徑流量年內(nèi)分配表 單位：104m3

3 洪水

托格勒薩依引水樞紐無洪水監(jiān)測(cè)資料，從相鄰流域情況以及洪水調(diào)查資料分析，薩爾布臘阿蘇河流域洪水來源主要是河源區(qū)高山冰雪融雪和雨夾雪形成，其洪水類型分別有：融雪型洪水、雨融雪混合型洪水。本次利用參證站克里雅水文站的實(shí)測(cè)洪水資料來進(jìn)行洪水分析。

3.1 歷史洪水調(diào)查

2017年3月5日，在托格勒薩依擬建引水樞紐處進(jìn)行了洪水調(diào)查。本次洪水調(diào)查在河段內(nèi)設(shè)二處過水?dāng)嗝妫謩e為上、下斷面，二處過水?dāng)嗝骈g隔155 m。按《水文調(diào)查規(guī)范》的技術(shù)要求，計(jì)算出上游斷面洪水過水?dāng)嗝婷娣e107.67 m2，水力半徑R=0.76 m、水面比降I=73.7×10-4，河段比較順直，河床平整，河床組成均為沙礫石，沙礫石直徑約為5～20 mm左右，糙率參照“水文測(cè)驗(yàn)手冊(cè)”，選用0.037。下游斷面洪水過水?dāng)嗝婷娣e 94.85 m2，水力半徑 R=0.74 m、水面比降 I=99.1×10-4，河段比較順直，河床平整，河床組成均為沙礫石，直徑約為5～20 mm左右，糙率選用0.037，得到調(diào)查斷面1999年的平均洪峰流量為208 m3/s。是1984到2016年間最大的洪水，洪水重現(xiàn)期為34年。

3.2 參證站設(shè)計(jì)洪水

將確定的克里雅河出山口處1957～2016年60年、尼雅河出山口處1978～2016年39年和車爾臣河出山口處1958～2016年59年的連序年最大洪峰樣本，運(yùn)用矩法對(duì)系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)估算，選配型頻率曲線。適線時(shí)，側(cè)重考慮上部和中部的點(diǎn)據(jù)。計(jì)算三站設(shè)計(jì)洪水成果見表5。

3.3 托格勒薩依引水樞紐設(shè)計(jì)洪水

3.3.1 地區(qū)綜合洪峰流量模比系數(shù)頻率曲線法

選取克里雅河、尼雅河、車爾臣河為參證站點(diǎn)繪最大洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線。其中：克里雅河有1957～2016年共60年的長系列連續(xù)樣本，尼雅河有1978～2016年共39年的長系列連續(xù)樣本，車爾臣河有1958～2016年共59年的長系列連續(xù)樣本，無特大洪水及歷史洪水調(diào)查值處理，均為水文站實(shí)測(cè)資料，采用連續(xù)系列適線。采用洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法，推求引水樞紐處的設(shè)計(jì)洪峰流量結(jié)果，見表4。

表4 引水樞紐設(shè)計(jì)洪峰流量成果表 單位：m3/s

3.3.2 面積比指數(shù)法

選取處于同氣候區(qū)內(nèi)的或產(chǎn)洪方式相近內(nèi)的尼雅河尼雅水文站、克里雅河克里雅水文站、車爾臣河且末水文站作為參證站，托格勒薩依克引水樞紐處不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算公式：

式中：Q為設(shè)計(jì)流域和參證站的設(shè)計(jì)洪峰流量，m3/s；F為設(shè)計(jì)流域和參證站的集水面積，km2；n為面積比修正因子。

托格勒薩依處的設(shè)計(jì)洪峰流量成果見表5。

表5 托格勒薩依引水樞紐設(shè)計(jì)洪峰流量成果表 單位：m3/s

本次采用洪峰模數(shù)法推求設(shè)計(jì)洪峰流量時(shí)，所選參證站和設(shè)計(jì)站存有一定的產(chǎn)洪能力差異，根據(jù)其地形差異、匯流差異、降水特性差異，特別是產(chǎn)洪區(qū)集水面積差異等確定面積比修正因子。車爾臣河和克里雅河集水面積與薩爾布臘阿蘇河出山口集水面積相差很大，因此，面積比修正因子取值為1/2；尼雅河集水面積與薩爾布臘阿蘇河集水面積比較接近，面積比修正因子取值為1。

3.3.3 成果合理性分析

薩爾布臘阿蘇河洪水資料貧乏，本次水文分析計(jì)算采用洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法、面積比指數(shù)法進(jìn)行洪水分析計(jì)算。面積比指數(shù)法：選取了與薩爾布臘阿蘇河發(fā)源于同一山脈，同處于昆侖山，相距較近、自然地理?xiàng)l件相似且具有長系列最大洪峰流量資料系列的克里雅、尼雅、且末三個(gè)參證站，由于參證站集水面積與引水樞紐以上集水面積相差較大，而面積比修正因子的確定也具有一定的局限性，所以，面積比指數(shù)法推求的設(shè)計(jì)洪峰流量成果可作對(duì)比分析及參考用。

洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合頻率曲線法選用了同一水文分區(qū)內(nèi)幾個(gè)與之相鄰流域的洪峰流量模比系數(shù)，作地區(qū)綜合頻率分析，可以有效降低計(jì)算成果的抽樣誤差，也可消除因單站特大值影響而帶來的偶然誤差和分區(qū)內(nèi)各河流水文特性的差別。同時(shí)，洪峰流量頻率曲線繪制時(shí)從偏安全角度出發(fā)，適當(dāng)兼顧中、上部點(diǎn)據(jù)，對(duì)引水樞紐安全比較有保證。綜上所述，本次水文分析計(jì)算推薦使用綜合洪峰流量模比系數(shù)頻率曲線法推求的成果。

4 結(jié)語

為充分利用柴達(dá)木盆地西部流域區(qū)水資源量，緩解若羌縣用水矛盾，擬修建引水工程，進(jìn)行調(diào)水。通過計(jì)算托格勒薩依引水樞紐處不同保證率的設(shè)計(jì)年徑流量、設(shè)計(jì)洪峰流量，得出引水樞紐處多年平均流量為0.556×108m3，其水量可有效緩解若羌縣缺水矛盾，可以放心進(jìn)行引水工程建設(shè)。在引水樞紐設(shè)計(jì)中，要充分考慮薩爾布臘阿蘇河的洪水問題，其20年一遇洪水為173 m3/s、50年一遇洪水為234 m3/s，工程設(shè)計(jì)要高于此標(biāo)準(zhǔn)。