托克遜縣烏斯通溝水庫徑流量分析

木娜瓦爾·買買提

（新疆維吾爾族自治區(qū)吐魯番水文勘測(cè)局，新疆 吐魯番 838000）

地處天山中段天格爾山東部低山區(qū)的烏斯通溝，最高山峰海拔3981 m，流域平均高程2045 m。擬建的烏斯通溝水庫位于托克遜縣伊拉湖鄉(xiāng)西南側(cè)烏斯通溝溝口以上1.4 km 處，距縣城65 km，控制流域面積616 km2，根據(jù)水庫建設(shè)需要，對(duì)水庫徑流量進(jìn)行分析。

1 徑流影響因素

1.1 河流水系

烏斯通溝為阿拉溝河的下游支流之一，發(fā)源于阿拉溝河右岸的天山支脈阿勒古爾烏拉山東南麓，屬狹長的樹枝狀水系，河流出山口后，流經(jīng)山前洪積扇匯入阿拉溝河。出山口以上控制流域面積617 km2，河長68 km，河槽坡度46‰。阿拉溝河發(fā)源于天格爾山南側(cè)和阿拉溝山北側(cè)，上游由阿拉溝、夏爾溝、烏拉斯臺(tái)溝三大支流匯合后進(jìn)入托克遜縣境內(nèi)，下游接納支流—艾維爾溝后流出山口，阿拉溝水文站以上控制流域面積1861 km2，多年平均徑流量1.325×108m3。烏斯通溝流域水系分布情況見圖1。

圖1 烏斯通溝流域水系

1.2 氣候

托克遜縣屬典型大陸性暖溫帶荒漠氣候，光熱資源豐富，多年平均氣溫10.1℃，無霜期可達(dá)219 天，降水量5.7 mm，年均風(fēng)速8 m/s，素有“風(fēng)庫”之稱。阿拉溝多年平均降雨量44.6 mm，歷年最大85.7 mm，日最大27.4 mm。自然降雨和積雪融水是烏斯通溝徑流主要來源，其中夏季占72.2%；9 月至次年5 月占27.8%。

2 參證站徑流分析

2.1 主要參證站的選擇

烏斯通溝是阿拉溝河一條支流，阿拉溝水文站與烏斯通溝河青年渠首距離約為20 km，集水面積為1861 km2，多年平均徑流量為1.331×108m3(2016 年)；克爾古提水文站位于烏斯通溝河以西約100 km 處，集水面積1016 km2，多年平均徑流量1.231×108m3。本次計(jì)算將阿拉溝水文站作為主要參證站進(jìn)行分析，原因如下：

（1）兩河均發(fā)源于天山南坡，同為西東流向，流域概況及河流特性較相似。

（2）兩河流域?yàn)橄噜徚饔?，處在同一個(gè)氣候區(qū)內(nèi)，北來及西北來水汽對(duì)兩河源頭的山區(qū)降水影響較為一致。

（3）阿拉溝水文站有連續(xù)61 年的實(shí)測(cè)徑流資料，且精度較高。

2.2 參證站徑流系列分析

阿拉溝水文站為國家基本水文站，于1956 年設(shè)立，1956 年～1997 年測(cè)流斷面未變動(dòng)，1997 年斷面下遷約5 km，集水面積增加19 km2，新、舊站區(qū)間無匯入水量，也無引出水量。河道滲漏量很小，可忽略不計(jì)。水文資料可靠，徑流系列一致性較好，精度較高。為了保證水文站資料與1956 年～2015 年繪制的徑流深等值線資料年限一致，需對(duì)阿拉溝（二）站1956 年～2016年缺測(cè)年份和部分缺測(cè)月份的流量資料進(jìn)行插補(bǔ)；插補(bǔ)方法為：年徑流量是用阿拉溝站7 月～9 月平均流量與年徑流量相關(guān)插補(bǔ)而得，各月流量是用阿拉溝站多年月平均流量占多年平均徑流量的百分比反推而得。將阿拉溝站的天然年徑流資料，根據(jù)矩法估算不同長度系列的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。當(dāng)系列長度達(dá)到50年時(shí)均值的相對(duì)差為3.10%，表明阿拉溝站的年徑流資料系列相對(duì)穩(wěn)定。從繪制的阿拉溝站徑流量模比系數(shù)累積平均曲線（圖2）和年徑流量模比系數(shù)差積曲線（圖3）中可以看出，系列的代表性較好。

圖2 阿拉溝站年徑流量模比系數(shù)累積曲線

圖3 阿拉溝站年徑流量模比系數(shù)差積曲線

2.3 參證站設(shè)計(jì)年徑流量計(jì)算

2.3.1 設(shè)計(jì)年徑流量計(jì)算

本次對(duì)阿拉溝站1956 年～2016 年共61 年的年徑流量進(jìn)行頻率計(jì)算，理論頻率曲線采用P－Ⅲ型曲線，均值采用61 年年徑流量的算術(shù)平均值，CV、CS值采用適線法確定，計(jì)算成果見表1。

表1 阿拉溝站設(shè)計(jì)年徑流量頻率計(jì)算表

2.3.2 參證站徑流成果比較

烏斯通溝水庫可研設(shè)計(jì)時(shí)，阿拉溝站徑流系列為1956～2012 年57 年實(shí)測(cè)系列。而本次計(jì)算采用1956 年～2016 年實(shí)測(cè)系列共61 年。通過兩個(gè)階段多年平均徑流量和設(shè)計(jì)年徑流量結(jié)果對(duì)比，阿拉溝站前后兩個(gè)成果相對(duì)誤差在0.5%以內(nèi)，因次推薦采用可研成果，其結(jié)果見圖4。

圖4 阿拉溝水文站年徑流量頻率曲線圖（1956 年～2012 年）

3 烏斯通溝水庫壩址設(shè)計(jì)年徑流量計(jì)算

3.1 擬建水庫壩址概況

烏斯通溝水庫擬建上壩線位于烏斯通溝溝口青年渠首上游1.4 km處，壩址以上流域平均高程2258 m，控制流域面積616 km2，占烏斯通溝流域集水面積的99.5%；下壩線位于上壩線下游370 m，控制流域面積616.3 km2，上、下壩線之間無支流匯入和流出。

3.2 壩址設(shè)計(jì)徑流量的計(jì)算

（1）徑流深等值線法：根據(jù)《吐魯番盆地多年平均徑流深等值線圖》(2012 年1 月審查通過)量算，烏斯通溝壩址1956 年～2010 年多年平均徑流量算值為0.4105×108m3。計(jì)算公式為：

表2 烏斯通溝水庫壩址各區(qū)徑流深和水資源量算成果表

各項(xiàng)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果見表2。與烏斯通溝相鄰的煤窯溝水文站位于煤窯溝河出山口的七泉湖鎮(zhèn)煤窯溝村，在水文年限資料上相近，所以采用阿拉溝、煤窯溝站1956 年～2015 年與1956 年～2010 年長短系列訂正值（平均值0.995）訂正，壩址徑流量為0.4084×108m3。

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（2）水文比擬法：分別以兩站作為參證站，由下式計(jì)算烏斯通溝壩址多年平均徑流量。

由于參證流域與設(shè)計(jì)流域集水面積相差較大，因此采用修正因子公式進(jìn)行修正。其中：H設(shè)、H參為所在流域平均高程（在 1∶25 萬地圖中量算）；P設(shè)、P參；為流域平均降水深（1∶25 萬降水深等值線圖見圖5）,量算結(jié)果為阿拉溝流域平均高程3420 m，流域平均降水深284.3 mm。壩址流域平均高程2258 m，流域平均降水深208.2 mm。以阿拉溝站為參證站、修正系數(shù) KH、KP分別為0.066、0.73；以克爾古提站作為參證站，修正系數(shù) KH、KP分別0.63、0.65，修正結(jié)果見表3。多年平均徑流量2012 年阿拉溝1.325×108m3，克爾古提站1.231×108m3。

圖5 烏斯通溝流域及臨近站降水量等值線圖

（3）多年平均徑流量的確定：擬建水庫壩址多年平均徑流量見表3。

表3 烏斯通溝水庫壩址多年平均徑流量計(jì)算比較表

水文比擬法：阿拉溝河及清水河是烏斯通溝周邊具有長系列水文資料的流域。但清水河流域水汽來源為天山支脈阿勒古爾烏拉山南麓，較烏斯通溝流域豐富。烏斯通溝流域水汽來源與處于同一氣候區(qū)的阿拉溝流域較為一致。但其水庫壩址集水面積與阿拉溝站集水面積相差較大。通過分別用修正因子（兩流域平均高程、流域平均降水深）修正水文比擬法計(jì)算成果（見表3）比較分析，用流域平均降水深修正后的成果較符合該河流水文特性。

徑流深等值線法：本次繪制徑流深等值線圖采用了1956 年～2012 年的系列值，并參照周邊地區(qū)水文站的長、短系列實(shí)測(cè)徑流資料來把握和控制徑流深等值線的趨勢(shì)和走向。因此，其量算值符合地區(qū)水文特性，而量算的結(jié)果又與其以阿拉溝水文站作為參證站用流域平均降水深修正后的結(jié)果接近，因此，本次計(jì)算推薦采用徑流深等值線法（訂證后）計(jì)算結(jié)果。

3.3 設(shè)計(jì)年徑流量的計(jì)算

烏斯通溝流域周邊主要河流年徑流量統(tǒng)計(jì)參數(shù)值基本接近，即CV=0.32，CS/CV=5.5。本次烏斯通溝壩址設(shè)計(jì)徑流量統(tǒng)計(jì)參數(shù)值均采用此均值。水庫壩址設(shè)計(jì)年徑流量計(jì)算成果見表4。本次烏斯通溝壩址設(shè)計(jì)年徑流量計(jì)算成果與工程可研階段成果一致。

表4 烏斯通溝水庫壩址設(shè)計(jì)年徑流量計(jì)算成果表

4 徑流量成果的合理性分析

4.1 參證站成果的合理性分析

本次選擇鄰近長系列水文資料的阿拉溝水文站作為參證站。阿拉溝站是國家基本水文站，其水文測(cè)驗(yàn)及資料精度較高，水文資料成果可靠，資料代表性較好，設(shè)計(jì)徑流計(jì)算采用規(guī)范的計(jì)算方法，依據(jù)可靠，方法正確，成果合理。

4.2 設(shè)計(jì)年徑流量成果的合理性分析

（1）采用徑流深等值線圖量算值，充分考慮了周邊地區(qū)長、短系列河流徑流系列的多年均值，其結(jié)果與新疆地表水資源評(píng)價(jià)中的等值線圖基本吻合，符合地區(qū)綜合水文特性。

（2）將相鄰流域測(cè)站的統(tǒng)計(jì)參數(shù)進(jìn)行綜合分析后確定計(jì)算統(tǒng)計(jì)參數(shù)，其設(shè)計(jì)成果具有一定的合理性。

（3）烏斯通溝上、下游無實(shí)測(cè)引水資料，通過調(diào)查，烏斯通溝年內(nèi)及常年來水量較穩(wěn)定，來水頻率與阿拉溝河同步性較好，只是水量大小差異而已。因此，在無水文、水管資料的情況下，選用鄰近有長系列資料水文站的典型年作為烏斯通溝水庫壩址的設(shè)計(jì)典型年是合理的。

（4）在流域無實(shí)測(cè)來水量和引水資料的條件下，通常用流域灌溉面積粗略估算該流域來水量。烏斯通溝流域現(xiàn)狀年實(shí)際灌溉面積6.05 萬畝，其毛灌溉定額750 畝/m3，則估算烏斯通溝流域水量為0.4538×108m3；按凈灌溉定額523 畝/m3估算，烏斯通溝流域水量為0.3164×108m3。由于烏斯通溝流域出山口水量基本都被引向灌區(qū)，因此說明本次估算的烏斯通溝壩址多年平均徑流量0.4084×108m3的成果大致合理。

5 結(jié)語

烏斯通溝是阿拉溝河一條支流，上下游無水文站和實(shí)測(cè)引水資料，為了論證烏斯通溝溝口青年渠首上游1.4 km 處的烏斯通溝水庫建設(shè)是否科學(xué)，文章以阿拉溝水文站為參證站，采用徑流深等值線圖法等多種方法計(jì)算河溝徑流，經(jīng)過比較論證，提出烏斯通溝壩址多年平均徑流量為0.4084×108m3，并用流域灌溉面積粗略估算該流域來水量，經(jīng)估算檢驗(yàn)，該徑流量成果合理。