新疆奎屯市東郊水庫工程水文分析計算

徐 勇

(新疆石河子水文勘測局，新疆 石河子 832000)

東郊水庫工程區(qū)位于準噶爾盆地西南、天山山脈依連哈比爾尕山北麓之間的沖洪積平原地帶。自南向北區(qū)域地貌，可分為：高中山區(qū)、低山丘陵區(qū)、山間洼地、安集海山-哈拉安德隆起、山前沖洪積平原區(qū)，總地勢呈南高北低的趨勢[1]。奎屯市東郊水庫為擬建水庫工程，庫區(qū)位于奎屯市中心以東約8 km的市郊，工程主要任務(wù)為奎屯市南工業(yè)區(qū)提供工業(yè)供水，水庫規(guī)劃總庫容為978×104m3，最大壩高29 m；工程規(guī)模屬小一型工水庫程，該水庫工程由大壩、進出水口水工建筑物組成，水庫壩址采用碾壓式土石壩[2]。與奎屯市相鄰的兩條較大水系為奎屯河和巴音溝河，但由于該兩河劇烈的造床運動，致使兩河在出山口后的一段距離內(nèi)，河谷下切很深，河谷呈U形，河床寬都在300～500 m之間，河岸比高均在數(shù)10 m以上[3]。東郊水庫工程區(qū)多年平均年降水量185.5 mm，其中4-7月占全年的50.9%，1月最少，僅為6.5 mm，占全年的3.50%，5月最大，達26.0 mm，占全年的14.0%；多年平均年蒸發(fā)量1 795.2 mm，其中5-8月占全年的67.2%[4-10]。為對東郊水庫提供設(shè)計依據(jù)，以八音溝河喇嘛廟水文站為參考站，分別采用水文比擬法[11]以及徑流等值線方法[12]對其設(shè)計年徑流進行計算，并對設(shè)計年徑流計算結(jié)果進行驗證，研究成果對于于東郊水庫工程設(shè)計具有重要的參考價值。

1 東郊水庫設(shè)計年徑流采用方法

由于東郊水庫內(nèi)無水文觀測站點，因此選用區(qū)域附近的八音溝河喇嘛廟水文站作為其參證站，結(jié)合喇嘛廟水文站多年平均年徑流量、測驗斷面以上集水面積以及東郊水庫壩址斷面以上集水面積，采用水文比擬方法推算水庫壩址處年徑流量，采用公式如下：

W東郊/F東郊=W參考站/F參考站

(1)

在方程中 W東郊為東郊水庫壩址處多年平均年徑流量(m3)；F東郊為東郊水庫壩址以上集水面積(km2)；W參考站為參證水文站多年平均年徑流量(m3)；F參考站為參證水文站測驗斷面以上集水面積(km2)。

2 喇嘛廟年徑流資料概況

2.1 年徑流年內(nèi)分配概況

喇嘛廟水文站為八音溝河區(qū)域基本代表站，位于烏蘇市八音溝牧場向陽村，設(shè)立于1981年5月，現(xiàn)隸屬于塔城水文水資源勘測局。以水文站為控制斷面，河長61 km，集水面積1 092 km2，多年平均年徑流量3.401×108m3，主要觀測項目為水位、流量、水溫、氣溫、降水、蒸發(fā)、懸移質(zhì)泥沙、水質(zhì)、冰情等。依據(jù)喇嘛廟水文站33 a徑流資料系列統(tǒng)計，巴音溝河春季(3-5月)徑流量占全年的6.70%，夏季(6-8月)占69.5%，秋季(9-11月)占17.5%，冬季(12-2月)只占全年徑流量的6.30%。連續(xù)最大四個月徑流為6-9月，占全年徑流量的82.2%，連續(xù)最小三個月(1-3月)徑流量占年徑流量的4.47%，四季分配不均勻，占年徑流量按大小排列順序為：夏季(6-8月)>秋季 (9-11月)> 春季(3-5月)>冬季(12-2月)，多年平均徑流量年內(nèi)分配見表1。

表1 喇嘛廟水文站天然多年平均徑流量年內(nèi)分配表

2.2 年徑流年代際變化特征

取喇嘛廟水文站不同時段年徑流統(tǒng)計其參數(shù)，見表2。從表中可看出，各短系列與1981-2018年39 a系列統(tǒng)計參數(shù)對比，系列時段越長，其與長系列的相對誤差愈小，代表性越好。隨著系列的增長，均值穩(wěn)定性好，Cv值越來越小，系列趨于穩(wěn)定。

表2 喇嘛廟水文站年徑流量長短系列統(tǒng)計參數(shù)對比表

表3 東郊水庫壩址斷面集水面積所產(chǎn)生的徑流量計算成果表

3 東郊水庫設(shè)計年徑流計算

3.1 設(shè)計年徑流計算

喇嘛廟水文站測驗斷面集水面積1 092 km2，多年平均年徑流量3.339×108m3，東郊水庫壩址斷面集水面積340.8 km2，由公式(1)可推算出東郊水庫可推算出東郊水庫壩址處多年平均年徑流量為1.042×108m3，此外本文新疆多年平均地表徑流深等值線圖，依據(jù)該等值線圖，經(jīng)周邊流域徑流深區(qū)域平衡計算，可得到烏蘭布拉克河流域年徑流深等值線圖，并基于烏蘭布拉克河流域年徑流深等值線分布級東郊水庫壩址斷面以上集水面積，對東郊水庫壩址處多年平均年徑流量為0.081 9×108m3。計算成果見表2。

因徑流深等值線圖法使用資料年限截止到2000年，需把東郊水庫壩址計算成果修正到2018年，肯斯瓦特站1956-2000年多年平均年徑流量為12.20×108m3，將其延長至2018年為12.57×108m3，修正系數(shù)為1.030，利用該修正系數(shù)修正后，東郊水庫壩址處多年平均年徑流量為0.084 4×108m3。

3.2 設(shè)計徑流成果合理性分析

東郊水庫所在的依什克他烏溝沒有實測徑流資料，年徑流量、設(shè)計年徑流量及年內(nèi)分配只有通過其它途徑來推求。本次年徑流分析計算主要采用了兩種方法，即水文比擬法、年徑流深等值線圖法。水文比擬法是以臨近流域參證站實測徑流系列資料為基礎(chǔ)，按面積比的方法，將參證站徑流計算成果，推算至工程壩址斷面。該方法由于未考慮周邊平衡，產(chǎn)匯流面積、流域平均高程有一定的差異，計算成果有一定的誤差，供參考。年徑流深等值線圖法，從區(qū)域平衡的角度出發(fā)，并考慮水資源、地形、氣候、下墊面等綜合因素，根據(jù)選用站實測年徑流資料繪制，選用站資料可靠，系列長，年徑流深等值線圖繪制精度較高，年徑流計算成果可靠。因此采用徑流深等值線圖法的計算成果，計算成果見表4。

表4 東郊水庫壩址年徑流量計算成果

表5 東郊水庫壩址設(shè)計年徑流量年內(nèi)分配成果表

3.3 設(shè)計年徑流量的年內(nèi)分配

東郊水庫壩址設(shè)計年徑流量年內(nèi)分配計算仍以喇嘛廟水文站年、月徑流系列資料進行分析。根據(jù)喇嘛廟水文站年徑流系列，經(jīng)頻率計算，求得該站不同保證率下設(shè)計年徑流量成果。喇嘛廟水文站設(shè)計年徑流量年內(nèi)分配采用典型年法，根據(jù)當(dāng)?shù)氐恼{(diào)查訪問按照年水量接近，春季河流來水量偏枯的原則選取1999年、1997年、1996年、1986年、1983年、1993年為豐(P=10%)、偏豐(P=25%)、平(P=50%)、偏枯(P=75%)、枯(P=90%)、特枯(P=95%)水典型年。東郊水庫壩址處設(shè)計年徑流量年內(nèi)分配計算，以喇嘛廟水文站實測徑流系列典型年的分配為依據(jù)，按選出的喇嘛廟水文站典型年各月徑流量占年總徑流量的百分比進行縮放，公式如下：

W月=(W喇月/W喇年)/W年

(2)

W月為東郊水庫壩址設(shè)計月徑流量(104m3)；W喇月為喇嘛廟水文站典型年月徑流量(108m3)； W喇年為喇嘛廟水文站典型年年徑流量(108m3)；W年為東郊水庫壩址設(shè)計年徑流量(104m3)。由上式計算出東郊水庫壩址不同保證率P=10%(豐水)、P=25%(偏豐水)、P=50%(平水)、P=75%(偏枯水)、P=90%(枯水)、P=95%(枯水)的設(shè)計年徑流量年內(nèi)分配成果，見表5。

3.4 東郊水庫設(shè)計徑流成果的合理性分析

根據(jù)東郊水庫工程區(qū)的地形、地貌、地質(zhì)構(gòu)造和河流水系的介紹，可知，盡管理論上東郊水庫壩址可計算出0.084 4×108m3的年徑流量，但由于烏蘭布拉克河出山口后進入沖積扇上游的強透水層和獨山子—安集海斷裂層，水流擴散、入滲、蒸發(fā)等原因，實際上能到達東郊水庫壩址的水量很少，偶有到達壩址斷面的來水，主要由暴雨洪水形成，且集中產(chǎn)生于每年6-8月期間。本次計算出的水庫壩址年徑流量、設(shè)計年徑流量及其年內(nèi)分配成果合理。

4 結(jié)語

(1)年徑流深等值線圖法，從區(qū)域平衡的角度出發(fā)，并可考慮水資源、地形、氣候、下墊面等綜合因素，根據(jù)選用站實測年徑流資料繪制，選用站資料可靠，系列長，年徑流深等值線圖繪制精度較高，年徑流計算成果可靠，建議可首先采用徑流深等值線圖法對無資料徑流區(qū)域設(shè)計年徑流進行計算。

(2)東郊水庫壩址以上設(shè)計年徑流量分配時豐水期的保證率為10%、偏豐水期的保證率為25%，平水期保證率為50%，偏枯水期的保證率為75%，枯水期以及特枯水期的保證率分別為90%和95%。

(3)由于烏蘭布拉克河出山口后進入沖積扇上游的強透水層和獨山子—安集海斷裂層，水流擴散、入滲、蒸發(fā)等原因，實際上能到達東郊水庫壩址的水量很少，偶有到達壩址斷面的來水，主要由暴雨洪水形成，且集中產(chǎn)生于每年6-8月期間。