迪那河紅橋河引水閘徑流分析

麥買提·司馬義

（巴音郭楞水文勘測局，新疆庫爾勒 841000）

1 概況

迪那河發(fā)源于天山南坡的尤爾都斯達(dá)坂、巴什迪那達(dá)坂、科克鐵克達(dá)坂，河流正南流出，歸塔里木盆地。四面環(huán)山，深居大陸腹地，屬山溪性河流。根據(jù)干支流分布狀況，為扇型河系，河系水道總長約400 km，河網(wǎng)密度為0.25。迪那河出山口后，河道上修建有引水渠首，除洪水期，大部分河水被渠系引入農(nóng)田綠洲進(jìn)行灌溉。引水閘以上依次修建有五一水庫、迪那河引水樞紐、老引水沖沙閘等主要水利工程。在迪那河分叉口形成卡爾塔河和紅橋河，再經(jīng)38.7 km，為擬建紅橋引水閘。水利工程布置平面示意圖見圖1。

圖1 水利工程布置平面示意圖

2 徑流沿程變化分析

由于每年9 月～次年4 月迪那河引水樞紐將河水全部引走，河道無水下泄，野外調(diào)查時(shí)只能在迪那河引水樞紐以上河段進(jìn)行短期監(jiān)測。

2.1 2010 年徑流沿程變化分析

新疆維吾爾自治區(qū)水文局水文實(shí)驗(yàn)站2010 年10 月30 日，在迪那河引水樞紐以上選取四個(gè)斷面進(jìn)行流量測驗(yàn)，以推求徑流的沿程變化。徑流單位長度沿程相對(duì)變率計(jì)算公式如下：

式中：Ws為上游站計(jì)算時(shí)段年徑流量，108m3；Wx為下游站計(jì)算時(shí)段年徑流量，108m3；Di為上、下游斷面計(jì)算時(shí)段年徑流量差值，108m3；Ki為年徑流量單位長度沿程相對(duì)變率，%；Lsx為上、下游斷面之間的距離，km。

測驗(yàn)斷面位置及實(shí)測流量成果見表1。

表1 迪那河測流斷面位置及實(shí)測流量計(jì)算成果表

由于此時(shí)為枯水季，根據(jù)迪那河引水樞紐將河水全部引入渠道的觀測資料流量無明顯日變化，因此上述計(jì)算公式中以單次流量實(shí)測值進(jìn)行計(jì)算。收集到迪那河引水樞紐2010 年10 月29 日～10 月30 日水管站逐時(shí)流量觀測資料（由觀測水位換算為流量）見表2。

按四斷面分別計(jì)算兩測流斷面之間單位長度徑流沿程相對(duì)變率。1-2 斷面間距離7.3 km，單位長度沿程相對(duì)變率為-0.726%；1-3 斷面間距離10.15 km，單位長度沿程相對(duì)變率為-0.545%；1-4 斷面間距離12.49 km，單位長度沿程相對(duì)變率為-0.455%；2-3 斷面間距離2.85 km，單位長度沿程相對(duì)變率為-0.085%；2-4 斷面間距離5.19 km，單位長度沿程相對(duì)變率為-0.077%；3-4 斷面間距離2.34 km，單位長度沿程相對(duì)變率為-0.066%。

2.2 2019 年徑流沿程變化分析

2019 年12 月3 日，在迪那河引水樞紐以上設(shè)立3 個(gè)測流斷面，分別為a 號(hào)斷面、b 號(hào)斷面、c 號(hào)斷面，每個(gè)斷面均勻布設(shè)測深測速垂線（7 至12 條），用Ls25-3 型流速儀測桿相對(duì)水深0.6 一點(diǎn)法施測流量。測流斷面位置及實(shí)測流量計(jì)算成果見表3。

表3 測流斷面位置及實(shí)測流量計(jì)算成果表

徑流沿程損失計(jì)算：將收集整理的各節(jié)點(diǎn)斷面流量資料、對(duì)應(yīng)距離帶入公式（3）、（4）、（5）得出相應(yīng)的徑流沿程損失。

式中：P1、P2、P3為分別為a 號(hào)斷面至b 號(hào)斷面、a 號(hào)斷面至c 號(hào)斷面、b 號(hào)斷面至c 號(hào)斷面平均每公里損失率；Wa、Wb、Wc為a 號(hào)斷面、b 號(hào)斷面、c 號(hào)斷面的實(shí)測流量；L1為a 號(hào)斷面至b 號(hào)斷面的距離（6.25 km）；L2為a 號(hào)斷面至c號(hào)斷面的距離（10.25 km）；L3為b 號(hào)斷面至c 號(hào)斷面的距離（4.0 km）。

經(jīng)計(jì)算得：a 號(hào)斷面到b 號(hào)斷面平均每公里損失率為1.043%；a 號(hào)斷面到c 號(hào)斷面平均每公里損失率為0.993%；b 號(hào)斷面到c 號(hào)斷面平均每公里損失率為0.979%。

綜合以上分析，一是測流時(shí)間為汛后枯水季節(jié)，一般意義上，與汛前相比，徑流的沿程相對(duì)變率可能偏?。欢潜O(jiān)測河段處于迪那河上游河段，河道穩(wěn)定，而下游河道寬，多有漫灘現(xiàn)象，因此下游河段徑流沿程變率應(yīng)大于上游河段徑流沿程變率；三是由上自下推演設(shè)計(jì)徑流，宜從安全考慮，即不宜選取偏小的徑流沿程變率。因此，本次推薦單位長度沿程損失率較大的1.043%應(yīng)用于徑流的沿程衰減計(jì)算。

3 分叉口分流比例

由于本次徑流分析計(jì)算是為紅橋河中下游四村引水閘維修改造工程設(shè)計(jì)服務(wù)，所以本次設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)主要為紅橋河引水閘，涉及迪那河分叉口、紅橋河分叉口分流。

3.1 迪那河分叉口分流比例

迪那河分叉口處于迪那河水文站下游12.2 km，主要考慮其對(duì)紅橋河與卡爾塔河的徑流分配比。2019 年12 月1～4 日，對(duì)紅橋河與卡爾塔河分叉口進(jìn)行河道形態(tài)大斷面測量，以分叉口為中心，以多年形成的紅橋河與卡爾塔河之間臨時(shí)導(dǎo)流為計(jì)算分界點(diǎn)，分別推求紅橋河與卡爾塔河同一水面高程下的過水面積，按比降面積法公式計(jì)算過水流量。

紅橋河與卡爾塔河分叉口處河道形態(tài)大斷面圖見圖2。

圖2 迪那河分叉口處河道形態(tài)大斷面圖

經(jīng)過測量紅橋河與卡爾塔河大斷面，按比降面積法公式以每一0.1 m 水位級(jí)進(jìn)行計(jì)算。因河道無水，按紅橋河與卡爾塔河分別測量長距離河道底坡作為水面比降取值，相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計(jì)見表4。紅橋河與卡爾塔河分流比計(jì)算成果見表5。

表4 迪那河分叉口水文參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表5 紅橋河與卡爾塔河分流比計(jì)算成果表 單位：m3／s

續(xù)表5

3.2 紅橋河分叉口分流比例

紅橋河分叉口：處于迪那河分叉口下游38.7 km，主要考慮紅橋河右支（引水閘所在河道）與紅橋河左支的徑流分配比。2019 年12 月1～4 日，對(duì)紅橋河分叉口進(jìn)行河道形態(tài)大斷面測量，以分汊口為中心，以多年形成的臨時(shí)導(dǎo)流為計(jì)算分界點(diǎn)，分別推求紅橋河左支和右支（擬建閘址處）同一水面高程下的過水面積，按比降面積法公式計(jì)算過水流量。詳見大斷面圖3。

圖3 紅橋河分叉口（第二分叉口）處河道形態(tài)大斷面圖

按比降面積法公式以每一0.1 m 水位級(jí)進(jìn)行計(jì)算。分別測量長距離河道底坡作為水面比降取值，相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計(jì)見表6。紅橋河左支、右支分水比見統(tǒng)計(jì)表7。

表6 紅橋河分叉口水文參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表7 紅橋河左支與右支分流比計(jì)算成果表 單位：m3／s

4 引水閘設(shè)計(jì)年徑流及其年內(nèi)分配

4.1 天然條件下設(shè)計(jì)年徑流及年內(nèi)分配

天然狀況下，紅橋河引水閘設(shè)計(jì)年徑流及年內(nèi)分配推求，側(cè)重于不考慮五一水庫徑流調(diào)節(jié)，不考慮迪那河引水樞紐的引水，按徑流沿程變化及分流比將迪那河站不同保證率設(shè)計(jì)徑流及年內(nèi)分配推演至紅橋河引水閘處。根據(jù)迪那河水文站監(jiān)測資料，天然狀況迪那河站年徑流統(tǒng)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)年徑流量成果見表8。

表8 迪那河水文站（1957～2018）年徑流統(tǒng)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)年徑流量成果表

紅橋河引水閘設(shè)計(jì)年徑流及年內(nèi)分配具體計(jì)算過程為：

（1）將迪那河水文站不同保證率設(shè)計(jì)徑流按平均每公里損失率1.043%推演至下游12.2 km 迪那河分叉口處。

（2）按迪那河分叉口分流比53.4%，推求分叉口處紅橋河不同保證率設(shè)計(jì)徑流。

（3）將分叉口處卡紅橋河不同保證率設(shè)計(jì)徑流按平均每公里損失率1.043%推演至下游38.7 km 紅橋河分叉口處。

（4）按紅橋河分叉口分流比72.8%推求紅橋河右支（引水閘所在河道）不同保證率設(shè)計(jì)徑流。

（5）將紅橋河右支不同保證率設(shè)計(jì)徑流按平均每公里損失率1.043%推演至下游3.7 km 紅橋河引水閘處。

天然狀況下紅橋河引水閘設(shè)計(jì)年徑流及年內(nèi)分配見表9。

表9 天然狀況下紅橋河引水閘設(shè)計(jì)年徑流及年內(nèi)分配成果表

續(xù)表9

4.2 成果合理性分析

（1）徑流沿程變化分析采用實(shí)測流量進(jìn)行分析計(jì)算，考慮了實(shí)測流量的日變化，考慮了汛后與汛前徑流的沿程相對(duì)變率的差異，考慮了上游河段與下游河段徑流沿程變率的差異，考慮了由上自下推演設(shè)計(jì)徑流的安全因素，徑流沿程相對(duì)變率的取值有一定合理性。

（2）對(duì)比2010 年監(jiān)測的迪那河第一分叉口處紅橋河與卡爾塔河分水比可以看出，由于分叉口處無固定水利工程進(jìn)行分洪，加之河床為沙、石組成，河道受沖刷影響變化較大，2019 年實(shí)測的分水比與2010 年差異較大。再次證明了該河道自然沖刷對(duì)河床影響極大，分水比在不停變換。

2019 年12 月1 日，經(jīng)現(xiàn)場勘察：近幾年分叉口分洪比發(fā)生了很大變化，以前是卡爾塔河占60%，近幾年與以前剛好相反，現(xiàn)在是紅橋河占60%。而根據(jù)實(shí)際計(jì)算來看，現(xiàn)在紅橋河分水比占53.4%，這與勘察情況基本一致。

5 結(jié)語

紅橋河引水閘徑流受上游迪那河引水樞紐及迪那河分水、紅橋河分水影響較大，為了論證紅橋河引水閘處的徑流，通過分析計(jì)算，迪那河在下游分到紅橋河的水僅占53.4%，徑流沿程衰減率為1.043%，紅橋河引水閘多年平均徑流為7641×104m3，為工程引水建設(shè)提供了科學(xué)依據(jù)。