膘爾托闊依河引水渠徑流計(jì)算探析

克力奇別克·沙爾胡力

（新疆維吾爾自治區(qū)克孜勒蘇水文勘測局，新疆 阿圖什 845000）

膘爾托闊依河流域面積1427 km2，該區(qū)域僅有1989 年4 月～1990 年3 月，近似一個(gè)完整水文年的徑流、洪水、泥沙等實(shí)測資料，基本屬無資料地區(qū)。為確?？俗卫仗K自治州草料基地引水渠順利建設(shè)，需對工程處年徑流情況進(jìn)行計(jì)算分析，為項(xiàng)目建設(shè)提供科學(xué)支撐。

1 概況

膘爾托闊依河（又稱阿依嘎爾特河）是烏恰縣膘爾托闊依鄉(xiāng)生產(chǎn)、生活與人畜飲用的主要水源之一。膘爾托闊依河流域北、西、南三面高山環(huán)繞，流域地形總體上呈西南高、東北低之態(tài)勢。河源高程約4100 m。該河上游山區(qū)分布有39 條冰川，冰川總面積121.34 km2，冰儲(chǔ)量達(dá)11.828 km3，流域集水區(qū)冰川覆蓋率約為8.5%。

烏恰縣膘爾托闊依鄉(xiāng)是一個(gè)以牧為主，農(nóng)牧結(jié)合的半農(nóng)半牧的山區(qū)。長久以來膘爾托闊依河無調(diào)蓄、控制性工程，僅在距匯合口以上8 km 處，原建有一個(gè)原始的分水龍口，所引水量已不能滿足現(xiàn)時(shí)生產(chǎn)需要。為促進(jìn)農(nóng)村農(nóng)牧業(yè)發(fā)展，規(guī)劃在該流域建設(shè)3333.3 hm2人工飼料基地，為此要擴(kuò)大渠首引水量，擬新建渠首一座，新建渠首場址擬在出山口以下，膘爾托闊依河與克孜河匯合口處上游300 m 處，海拔高程1955 m。該處距原膘爾托闊依專用站10.7 km，距現(xiàn)分水龍口7.7 km。該渠首包括1 孔進(jìn)水閘（B×H=1.5×1.2 m）、沖沙閘2 孔（B×H=3×3 m）、干渠1840 m。工程等級Ⅳ級，主要建筑物4 級，次要建筑物5 級。

2 參證站及徑流分析

2.1 參證站選取

膘爾托闊依河無水文站?？俗卫仗K水文水資源局曾于1989 年4 月～1990 年3 月在該河的出山口處設(shè)立過專用站，集水面積1400 km2，進(jìn)行了為期一年的水位、流量、懸移質(zhì)泥沙、水化學(xué)測驗(yàn)。為滿足本次水文分析計(jì)算對水文基本資料的要求，選取并采用了同一氣候分區(qū)水文站和一些鄰近水文站作為參證站進(jìn)行分析比較。選取的水文站主要有鄰近的維他克河維他克站（1959 年建站，集水面積497 km2）、蓋孜河克勒克站（1958 年建站，集水面積9753 km2）、克孜河卡拉貝利站（1958年建站，集水面積13700 km2）及庫山河沙曼站（1958 年建站，集水面積2169 km2）等。并搜集了維他克河維他克站歷年水文資料和調(diào)查資料，資料截止年份為2000 年。所有水文資料均按相關(guān)國標(biāo)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測整編而獲得，資料精度較高。

2.2 參證站徑流分析

本次水文分析計(jì)算以維他克河流域維他克站作為參證流域和參證站，原因?yàn)椋?/p>

1）維他克水文站集水面積497 km2。維他克河與膘爾托闊依河同位于帕米爾高原昆蓋山北坡，一條在東一條在西，是相距較近并近于平行的兩條河流，屬同一氣候分區(qū)，下墊面條件也基本類同，徑流形成及其水文特征有其共同性。所不同的是，維他克河流域在西風(fēng)波動(dòng)影響下降水豐沛，冰川更加發(fā)育，冰川面積及冰川覆蓋率遠(yuǎn)大于膘爾托闊依河流域，冰雪融水補(bǔ)給占的比重更大。

2）維他克河于1956 年11 月在出山口以上10 km 處設(shè)立了維他克水文站，測驗(yàn)斷面未經(jīng)過遷移變動(dòng)，徑流系列的一致性較好。并從1958 年以來～2000 年，除1968 年～1973 年缺測流量資料外，有實(shí)測系列36 年，具有較長實(shí)測徑流資料系列，能滿足規(guī)范對設(shè)計(jì)年徑流的要求，以此徑流系列來反映未來工程運(yùn)行期間的年徑流變化是合理的，其多年平均徑流量為1.724×108m3。

3 工程處設(shè)計(jì)徑流計(jì)算方法分析

3.1 設(shè)計(jì)思路與依據(jù)

引水工程在出山口以下，膘爾托闊依河與克孜河匯合口以上300 m 處，流域面積1427 km2，距原來設(shè)立的膘爾托闊依專用站約10.7 km。其間無支流匯入，流域面積比專用站增加了27 km2，僅占原膘爾托闊依專用站流域面積的1.9%。故通過參證站或其他辦法設(shè)計(jì)年徑流時(shí)，先計(jì)算到膘爾托闊依河專用站徑流量，再由專用站計(jì)算到工程場址，但因原專用站與工程場址區(qū)間無支流匯入，流域面積增加僅1.9%，因此，根據(jù)水利水電年徑流設(shè)計(jì)規(guī)范，對膘爾托闊依專用站設(shè)計(jì)年徑流，即可作為工程場址處的設(shè)計(jì)年徑流。

3.2 比值法計(jì)算設(shè)計(jì)年徑流

由于膘爾托闊依站僅有近似一個(gè)水文年實(shí)測徑流資料，因?yàn)闆]有其它資料和可行方法，故用一年資料采用比值法進(jìn)行膘爾托闊依站多年平均徑流的估算。根據(jù)膘爾托闊依站一年實(shí)測徑流資料，與參證站維他克站同期徑流資料對比分析，兩站同步期實(shí)測徑流資料與多年徑流具有相同變化趨勢，則可用同步期徑流的相似性估算膘爾托闊依站多年平均徑流量，計(jì)算公式：

依據(jù)上式對膘爾托闊依站年徑流量（W1）進(jìn)行估算：

則用比值法估算膘爾托闊依設(shè)計(jì)站多年平均徑流量為1.715×108m3，取值為1.71×108m3。

3.3 年徑流深等值線圖法

閉合流域多年徑流量的主要影響因素是氣候因素，而氣候因素中的降雨量與蒸發(fā)量具有地理分布規(guī)律。因此，受降雨量和蒸發(fā)量影響的年徑流量也具有地理分布規(guī)律，利用這一特點(diǎn)繪制的等值線圖，用來推算無實(shí)測資料地區(qū)的多年平均年徑流量。當(dāng)遇到設(shè)計(jì)流域完全沒有水文系列資料，或系列資料太短，無法展延時(shí)，引入?yún)⒆C流域，用水文比擬法推求設(shè)計(jì)流域徑流量，它是缺乏等值線圖時(shí)一個(gè)較為有用的徑流計(jì)算方法，兩者相輔相成。

本次計(jì)算采用喀什噶爾河流域1956 年～1990 年多年平均年徑流深等值線圖量算。此等值線圖已經(jīng)過流域多年平均年降水量、蒸發(fā)量的綜合平衡和本次復(fù)核、成果較可靠。計(jì)算公式如下：

式中：W 為多年平均年徑流量設(shè)計(jì)值；Fi為流域界內(nèi)相鄰等值線間的面積，km2；Yi為相應(yīng)于Fi的平均徑流深，mm。

按上式計(jì)算膘爾托闊依河膘爾托闊依站多年平均年徑流量為1.710×108m3。

綜合比較以上兩種方法成果極為接近，方法一比方法二僅偏大2.9%，說明兩種方法成果均有一定的合理性，并能相互驗(yàn)證、校核。本文推薦使用多年平均徑流深等值線圖成果。

考慮到喀什噶爾流域多年平均徑流深等值線圖資料系列為1956 年～1990 年，本次對膘爾托闊依河膘爾托闊依站及工程項(xiàng)目區(qū)設(shè)計(jì)年徑流計(jì)算前，首先對維他克參證站徑流系列的一致性、代表性、和資料的可靠性及長短系列成果進(jìn)行了分析，其長系列（系列2）、短系列（系列1）結(jié)果見表1，又進(jìn)行了參證站維他克站長短系列年徑流均值的比較，成果見表1。

表1 維他克站長短系列均值比較表 單位：108m3

由表1 可見，參證站維他克站長短系列均值無明顯差異，可以運(yùn)用喀什噶爾流域1956 年～1990 年多年平均徑流深等值線圖進(jìn)行膘爾托闊依河多年平均徑流量的估算。用多年平均徑流深等值線圖法估算的膘爾托闊依河工程場址多年平均徑流量為1.710×108m3。

借用參證站維他克站的年徑流量統(tǒng)計(jì)參數(shù)Cv、Cs值和膘爾托闊依河多年平均徑流量，以皮爾遜Ⅲ型曲線之Kp值，推算膘爾托闊依河膘爾托闊依站不同保證率的設(shè)計(jì)年徑流量，計(jì)算成果參見表2，即為工程場址各頻率設(shè)計(jì)年徑流量。

表2 膘爾托闊依站設(shè)計(jì)年徑流量計(jì)算成果表 單位：108m3

4 設(shè)計(jì)年徑流量的年內(nèi)分配

膘爾托闊依河工程項(xiàng)目區(qū)設(shè)計(jì)年徑流量的年內(nèi)分配，采用兩種方法計(jì)算：一是以維他克站為參證站，用水文比擬法確定。計(jì)算結(jié)果顯示，年內(nèi)變化較大，最大四個(gè)月水量集中在5 月～8 月，占年徑流量的70.0%以上，最大月在7 月份，占年徑流量的20.0%以上，最小月在2 月份，不足年徑流量的2.0%；多年平均情況下四季水量的分配是：春季（3 月～5 月）占17.0%；夏季（5 月～8 月）占61.5%；秋季（9 月～11 月）占15.9%；冬季（12 月～2 月）占5.6%。

二是利用膘爾托闊依站1989 年在出山口處的實(shí)測資料為典型，按實(shí)測年份各月徑流占年徑流量的百分比進(jìn)行分配。經(jīng)過計(jì)算，膘爾托闊依河徑流的年內(nèi)分配比較均勻，最大四個(gè)月徑流量出現(xiàn)在7 月～10 月，占年徑流量的39.4%；7 月徑流量最大占年徑流量的11.9%，最小月份出現(xiàn)在2 月，其月徑流量占年徑流量的6.6%。年徑流的四季分配是：春季（3 月～5 月）徑流占24.4%，夏季（6 月～8 月）占29.1%；秋季（9 月～11 月）徑流占25.3%；冬季（12 月～2 月）徑流占21.2%。

兩者年內(nèi)分配為何有如此大的不同，經(jīng)分析其主要原因：①與徑流組成與補(bǔ)給源有關(guān)。從成因上分析喀什噶爾河流域各主要河流年徑流量補(bǔ)給源是兩類三型。兩類以有無冰川區(qū)分，三型為冰雪融水型、雨雪混合型和地下水型。維他克河主要以冰雪融水補(bǔ)給為主，約占65.0%左右，故年內(nèi)變化大，水量集中在夏季。而膘爾托闊依河流程短，源流發(fā)源于4100 m 的冰川區(qū)，以冰川融水補(bǔ)給為主，而支流源頭較低，靠雨水和季節(jié)性積雪補(bǔ)給，同時(shí)地下水（含泉水補(bǔ)給）補(bǔ)給比重大，該河屬冰雪融水、降雨和地下水的混合補(bǔ)給型，徑流補(bǔ)給的互補(bǔ)性強(qiáng)，因此年內(nèi)水量變化平穩(wěn)。②膘爾托闊依河水量不是很大，而流域集水面積較大，流域內(nèi)部各地徑流的不同期性比較顯著，說明了流域的調(diào)蓄能力強(qiáng)。

鑒于此，對設(shè)計(jì)年內(nèi)分配成果的應(yīng)用上，從工程運(yùn)行的不利因素考慮，建議采用以維他克站為參證站用水文比擬法確定的各典型年年內(nèi)分配成果。

5 結(jié)語

受傳統(tǒng)水文計(jì)算方法約束，無水文資料區(qū)的設(shè)計(jì)徑流計(jì)算一直是水利工程建設(shè)的困惑點(diǎn)。本文以膘爾托闊依河右岸引水渠處徑流計(jì)算為例，對引水工程水文分析計(jì)算盡可能采取兩種以上方法進(jìn)行相互驗(yàn)證和校核，經(jīng)分析比較，采用多年平均徑流深等值線圖法估算的膘爾托闊依河工程場址多年平均徑流量1.71×108m3較為科學(xué)。采用水文比擬法確定出各典型年年內(nèi)徑流分配成果。雖然計(jì)算方法有一定的局限性，但卻為無水文資料區(qū)水利工程建設(shè)中的設(shè)計(jì)徑流計(jì)算開創(chuàng)了一些新思路，為工程建設(shè)提供了一定的技術(shù)支撐，值得參考。