工程調(diào)節(jié)下新疆二塘溝河水文計(jì)算與分析

趙付勇

(吐魯番市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,新疆 吐魯番 838000)

1 項(xiàng)目概況

二塘溝發(fā)源于東天山博格達(dá)山南坡，流域坡度大，水流湍急，干流自源頭由西向東流，沿途兩岸先后接納庫(kù)烏克河、加干蘇河及喀日阿依提河后轉(zhuǎn)向南，左岸下游接納肯克薩依河、?？思崭潞雍涂扑雇泄蘸拥容^大支流，河流在二塘煤礦村流出山口，山口以上為徑流形成區(qū)；河流出山口后形成沖洪積傾斜平原，穿過(guò)火焰山到達(dá)色爾克甫溝溝口，最終匯入艾丁湖。

色爾克甫二閘引水渠首位于二塘溝下游色爾克甫溝出山口處，距二塘溝水庫(kù)54.2 km。二塘溝水庫(kù)至色爾克甫二閘引水渠首區(qū)間建有二塘溝一閘至二塘溝五閘5座引水渠首，二塘溝水庫(kù)以上建有二塘溝水文站[1]。

本次色爾克甫二閘引水渠首除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇(P=5%)，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇(P=2%)，根據(jù)區(qū)間各工程調(diào)節(jié)情況對(duì)其進(jìn)行水文計(jì)算與分析。

2 水文基本資料

二塘溝河設(shè)有二塘溝水文站，屬?lài)?guó)家基本站，觀測(cè)年份為1992—2011年。煤窯溝與二塘溝均發(fā)源于天山南坡中高山區(qū)，同處一個(gè)氣候區(qū)內(nèi)，水汽對(duì)流域影響較為一致，流域概況基本相同，河流均呈北南平行流向。二塘溝水文站與煤窯溝水文站集水面積、冰川條數(shù)、河流特征及特性較相似。兩站20 a徑流系列相關(guān)分析系數(shù)0.895，年徑流量過(guò)程具有一定同步性，因此選用煤窯溝水文站為徑流和洪水參證站，觀測(cè)年份為1956—1958年、1960—1967年、1969—1972年、1976—2011年[2]。

3 徑流計(jì)算

3.1 參證站設(shè)計(jì)年徑流量計(jì)算

煤窯溝站多年平均年徑流量采用56年系列算術(shù)平均值0.8083億m3，徑流系列頻率計(jì)算采用P-Ⅲ型理論曲線，統(tǒng)計(jì)參數(shù)Cv值為0.22，Cs/Cv比值為2.0，設(shè)計(jì)年徑流量成果如表1所示[3]。

表1 煤窯溝站設(shè)計(jì)年徑流量計(jì)算成果

3.2 二塘溝站設(shè)計(jì)年徑流量計(jì)算

考慮二塘溝站實(shí)測(cè)系列僅有20 a，對(duì)二塘溝站設(shè)計(jì)年徑流量采用長(zhǎng)、短系列訂正法和徑流深等值線圖法分別計(jì)算。利用參證站進(jìn)行長(zhǎng)、短系列訂正采用公式(1)計(jì)算:

(1)

徑流深等值線圖采用公式(2)計(jì)算:

(2)

表2 二塘溝站設(shè)計(jì)年徑流量計(jì)算成果

3.3 色爾克甫二閘引水渠首天然來(lái)水條件下設(shè)計(jì)年徑流量

天然來(lái)水條件下計(jì)算色爾克甫二閘設(shè)計(jì)年徑流量，不考慮二塘溝水庫(kù)蓄水及通過(guò)二塘溝一閘向灌區(qū)引水和灌區(qū)在下游退水的影響，僅考慮河流水量不受人為影響下的變化過(guò)程。二塘溝專(zhuān)用站至二塘溝三閘斷面以上為徑流產(chǎn)流區(qū)，二塘溝三閘斷面以下為大片戈壁，無(wú)支流匯入和支出，為徑流散失區(qū)。

3.3.1 徑流量產(chǎn)流計(jì)算

二塘溝一閘與二塘溝專(zhuān)用站區(qū)間面積102 km2。占一閘以上控制面積的22.9%，根據(jù)多年平均徑流深等值線圖量算其區(qū)間產(chǎn)水量為0.0236億m3，二塘溝三閘與一閘區(qū)間面積60 km2，其區(qū)間多年平均產(chǎn)水量為0.0093億m3。

3.3.2 徑流量損失估算

二塘溝河無(wú)徑流損失試驗(yàn)數(shù)據(jù)，選用鄰近及相似流域瑪納斯河徑流損失試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用其年平均每公里損失率進(jìn)行估算如式(3)所示:

W損=W上×Kp×Lsg

(3)

式中：W損為設(shè)計(jì)斷面設(shè)計(jì)年徑流量,m3；W上為上游斷面設(shè)計(jì)年徑流量,m3；Kp為沿程每公里損失率,km-1；Lsg為設(shè)計(jì)斷面距上游站距離,m。

由各區(qū)間水量、損失量疊加得到二塘溝專(zhuān)用站、一閘、三閘和色爾克甫二閘引水渠首天然條件下設(shè)計(jì)年徑流量成果，如表3所示。

表3 二塘溝專(zhuān)用站、一閘、三閘和色爾克甫二閘引水渠首天然條件下設(shè)計(jì)年徑流量成果 億m3

3.4 色爾克甫二閘引水渠首設(shè)計(jì)工況下設(shè)計(jì)年徑流量

色爾克甫二閘上游地表水一部分由二塘溝水庫(kù)蓄水后向下游灌區(qū)輸送，另一部分由二塘溝一閘渠首引水后輸送至下游灌溉區(qū)，著重考慮二塘溝水庫(kù)和下游各灌區(qū)用水情況后的設(shè)計(jì)徑流量成果。

水庫(kù)徑流調(diào)節(jié)計(jì)算按淤積30 a后庫(kù)容進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)河道P=85%的來(lái)水狀況，計(jì)入死庫(kù)容209萬(wàn)m3，水庫(kù)所需調(diào)蓄庫(kù)容為1834.2萬(wàn)m3；P=50%的來(lái)水狀況，水庫(kù)所需調(diào)蓄庫(kù)容為 1822.2萬(wàn)m3。

二塘溝一閘引水渠首與二塘溝水庫(kù)壩址區(qū)間面積91 km2，根據(jù)平均徑流深等值線圖量算其區(qū)間產(chǎn)水量為0.0194億m3，采用二塘溝專(zhuān)用站統(tǒng)計(jì)參數(shù)Cv=0.22、Cs/Cv=2.0，計(jì)算其不同保證率設(shè)計(jì)值。相同方法計(jì)算二塘溝一閘和三閘之間洪溝，處于等值線5～50 mm之間屬于產(chǎn)流區(qū)，三閘至匯合斷面區(qū)間為大片戈壁，無(wú)支流匯入，區(qū)間產(chǎn)水量忽略不計(jì)。考慮干渠損失，水利用率采用0.98，平均每公里損失率為0.54%。得到色爾克甫二閘引水渠首設(shè)計(jì)工況下設(shè)計(jì)年徑流量成果，如表4所示。

表4 色爾克甫二閘引水渠首設(shè)計(jì)工況下設(shè)計(jì)年徑流量成果 萬(wàn)m3

4 洪水計(jì)算

以1996年7月20日洪水過(guò)程為例，二塘溝河和煤窯溝河洪水成因及洪水過(guò)程基本相似，其洪水過(guò)程對(duì)比如圖1所示。

圖1 二塘溝站和煤窯溝站1996年最大洪水過(guò)程對(duì)比

4.1 參證站設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

煤窯溝站連續(xù)洪峰流量系列有36 a(1976—2011年)，其中洪峰流量把1969年洪水作為特大值處理，得到設(shè)計(jì)洪峰流量成果，如表5所示。

表5 煤窯溝站設(shè)計(jì)洪峰流量成果

4.2 二塘溝站設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

二塘溝站有1957年、1992—2011年實(shí)測(cè)洪水資料，加1939年和1991年調(diào)查資料，共有23 a洪水系列資料，系列較短。采用洪峰流量模比系數(shù)地區(qū)綜合法和長(zhǎng)、短系列訂正法計(jì)算洪水。兩種方法計(jì)算結(jié)果相近，可取其平均值作為設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果，如表6所示。

表6 二塘溝站設(shè)計(jì)洪峰流量成果對(duì)比

4.3 二塘溝水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)計(jì)算

二塘溝水庫(kù)位于二塘溝水文站下游1 km處，區(qū)間集水面積為11 km2，區(qū)間無(wú)支流匯入，直接引用二塘溝站設(shè)計(jì)洪水成果。二塘溝水庫(kù)大壩下游防洪標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)、校核洪水標(biāo)準(zhǔn)分別為20 a一遇、50 a一遇、1000 a一遇，其相應(yīng)最大洪峰流量分別為328 m3/s、461 m3/s和924 m3/s，安全泄量為200 m3/s，其調(diào)洪成果如表7所示。

表7 二塘溝水庫(kù)調(diào)洪成果

4.4 色爾克甫二閘引水渠首天然來(lái)水條件下設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

二塘溝一閘引水渠首與上游二塘溝專(zhuān)用站區(qū)間面積102 km2，屬暴雨多發(fā)區(qū)，缺乏洪水資料，出于偏安全考慮采用二塘溝站洪峰模數(shù)法計(jì)算成果。根據(jù)1984年發(fā)生的最大洪峰180 m3/s，其相應(yīng)二塘溝三閘5 a一遇設(shè)計(jì)洪峰為193 m3/s，推定二塘溝三閘與色爾克甫引水閘區(qū)間洪水衰減率按0.91%/km計(jì)算?？傻蒙珷柨烁Χl引水渠首天然來(lái)水條件下設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果,如表8所示。

表8 色爾克甫二閘引水渠首天然來(lái)水條件下設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果 /m3·s-1

4.5 色爾克甫二閘引水渠首設(shè)計(jì)工況下設(shè)計(jì)洪水計(jì)算

主要考慮二塘溝水庫(kù)洪水調(diào)節(jié)影響，根據(jù)調(diào)洪后下泄過(guò)程線，疊加二塘溝水庫(kù)與三閘區(qū)間產(chǎn)洪過(guò)程，衰減到色爾克甫二閘處，其計(jì)算成果如表9所示。

表9 色爾克甫二閘引水渠首設(shè)計(jì)工況下設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果

5 結(jié) 語(yǔ)

色爾克甫二閘引水渠首工程病險(xiǎn)嚴(yán)重，需對(duì)其進(jìn)行除險(xiǎn)加固。通過(guò)選取煤窯溝站為參證站，根據(jù)實(shí)測(cè)和調(diào)查洪水資料，采用長(zhǎng)、短系列訂正法和徑流深等值線圖法對(duì)參證站、二塘溝站的設(shè)計(jì)徑流和設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行計(jì)算，對(duì)工程場(chǎng)址處天然來(lái)水和工程調(diào)節(jié)情況下的設(shè)計(jì)徑流和洪水進(jìn)行分析和計(jì)算，最終得到了工程調(diào)節(jié)下二塘溝河水文計(jì)算與分析結(jié)果。通過(guò)色爾克甫二閘除險(xiǎn)加固工程的實(shí)施和水閘運(yùn)行情況來(lái)看，該分析和計(jì)算成果是合理的。