疏勒河昌馬舊總干第二排砂道進水閘除險加固工程水文特征分析

張 楠

（甘肅省酒泉市水利科學(xué)研究院,甘肅 酒泉 735000）

1 工程概況

昌馬舊總干第二排砂道進水閘位于疏勒河昌馬渠首下游16 km 處的昌馬舊總干渠道上,距玉門市區(qū)22.5 km。水閘主要建筑物由節(jié)制閘、排砂閘及上、下游連接段組成,節(jié)制閘軸線與舊總干渠垂直,排砂閘位于節(jié)制閘右側(cè),與昌馬舊總干渠呈70°夾角,布置形式為正面進水、側(cè)面排砂,由3 孔節(jié)制閘及3 孔排砂閘組成,主要作用是攔砂排砂,從而降低昌馬新、舊總干渠來水的含沙量,使較為清澈的上層水繼續(xù)通過節(jié)制閘供下游灌區(qū)使用。昌馬總干渠渠首是疏勒河流域主河道上的引水、防洪樞紐工程,始建于20 世紀50 年代,由進水閘、沖砂閘、泄洪閘、大壩、自潰壩等組成。進水閘3 孔,最大引水流量65 m3/s；沖砂閘3 孔,泄洪閘7 孔,防洪標準按百年一遇設(shè)計,最大泄洪流量40 m3/s；泄洪閘7 孔,最大泄流量1177.3 m3/s,第一排砂閘泄洪70 m3/s。

2 徑流特征

昌馬舊總干第二排砂道進水閘輸水量全部來源于疏勒河,河水經(jīng)昌馬水庫調(diào)蓄后沿河道輸水至昌馬總干渠渠首,經(jīng)總干渠渠首引水進入昌馬總干渠,總干渠輸水至昌馬新舊總干渠進水閘處分配給新總干渠和舊總干渠,保證下游正常輸水安全。昌馬總干渠渠首上游昌馬峽中建成的大（2）型水庫—昌馬水庫為多年調(diào)節(jié)型水庫,該庫調(diào)蓄后的疏勒河水極大地改變了昌馬灌區(qū)季節(jié)性缺水,成為疏勒河流域重要的水源調(diào)蓄工程。

2.1 流域水資源時空分布特點

疏勒河流域山區(qū)河流的徑流補給由冰川雪山融水和降雨補給,冰川雪山融水受山區(qū)氣溫等影響較大,一般汛期7 月～9 月氣溫高,冰川雪山融水流量大,暴雨洪水較多,河道流量較大,非汛期10 月至次年6 月河道水流流量基本穩(wěn)定,因此徑流的年內(nèi)分配呈現(xiàn)汛期大,非汛期基本平穩(wěn)的狀況。玉門盆地地表水源主要來自于上游疏勒河河道,昌馬堡水文站斷面來水20 世紀90 年代平均年徑流為8.50 億m3,2006 年后連續(xù)5 年水量大于10.0 億m3,來水量呈現(xiàn)前期小后期增大的態(tài)勢。

2.2 徑流資料插補延長

疏勒河水分配斷面為昌馬水庫大壩斷面,該斷面為疏勒河出山口處徑流控制斷面。昌馬水庫大壩上游18.5 km 處有昌馬堡水文站,水庫大壩和水文站之間有小昌馬河匯入,故昌馬水庫大壩斷面年徑流總量大于昌馬堡水文站實測徑流值。昌馬水庫大壩斷面不同頻率下年徑流需利用昌馬堡站實測徑流通過相關(guān)等關(guān)系計算。

昌馬水庫大壩斷面有5 年（1964 年～1968 年）專用水文站實測資料,1995 年甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院進行《昌馬水庫樞紐工程初步設(shè)計》時,利用昌馬峽實測資料與上游昌馬堡水文站相應(yīng)月份的平均流量相關(guān)系數(shù)0.996,關(guān)系良好,由此插補出昌馬峽自1952 年～1989 年徑流系列,作為水庫設(shè)計徑流分析依據(jù)[1]。本次昌馬舊總干第二排砂道進水閘除險加固工程徑流分析過程中,仍然采用前述插補延長公式：

式中：Q峽為疏勒河昌馬峽站月均流量,m3/s；Q堡為疏勒河昌馬堡站月均流量,m3/s。

由昌馬堡站1953 年～2018 年實測資料插補延長昌馬峽站（昌馬水庫大壩斷面）資料,作為入庫徑流分析的依據(jù)。

2.3 昌馬水庫設(shè)計年徑流

利用昌馬峽站（昌馬水庫）經(jīng)插補延長后1953 年～2018 年共66 年資料系列進行頻率分析計算,通過適線得：Wo=10.46 億m3、CV=0.23、CS=2.0 CV。昌馬水庫入庫設(shè)計年徑流成果見表1。

表1 昌馬水庫入庫年徑流分析成果表

2.4 徑流分析成果的合理性

通過將徑流分析成果與昌馬水庫原設(shè)計成果進行對比,本次分析得到的昌馬水庫入庫水量較水庫初設(shè)成果略有增加,多年平均增加0.15 億m3,平水年（P=50%）增加0.15 億m3,但增加幅度不足1.5%,分析原因為昌馬水庫初設(shè)采用1953 年～1996 年資料系列分析得到結(jié)果,本次復(fù)核采用1953 年～2018 年資料系列分析成果,因資料系列延長,且2000 年以來疏勒河河水處于豐水時段,總體來水量較大,尤其近10 年河道來水呈現(xiàn)量增、季節(jié)分配稍有變化的趨勢,分析計算采用水文參數(shù)基本相似和相近,分析方法相同,故成果合適。因此,本次昌馬舊總干第二排砂道進水閘工程分析成果合理。

2.5 昌馬水庫水量配置

疏勒河項目建設(shè)完成以后,流域內(nèi)地表水分配依據(jù)相關(guān)報告中水資源配置劃分,在P=50%來水條件下,疏勒河昌馬水庫入庫年徑流量為10.123 億m3,分配給赤金峽水庫的水量7000 萬m3,分配給四〇四廠的水量8275 萬m3,分配給昌馬灌區(qū)的水量為4.911 億m3,分配給雙塔灌區(qū)的水量為2.052 億m3,向干海子省級自然保護區(qū)調(diào)水0.20 億m3,水庫年滲漏總量0.503 億m3,蒸發(fā)損失0.118 億m3,年棄水量0.811 億m3,棄水主要是汛期洪水,棄水量用于疏勒河流域河道生態(tài)及末端湖泊濕地生態(tài)環(huán)境補水。

盡管河道來水量有所增加,但是因《敦煌水資源合理利用與生態(tài)保護綜合規(guī)劃》確定疏勒河流域通過節(jié)水向下游河道輸水,保證河道生態(tài),因此昌馬灌區(qū)灌溉輸水量按照節(jié)水后水量計量,不再增加,故配水以新的配水方案為主,本次分析水量與其他項目分析成果相近,分水水量沿用已經(jīng)批復(fù)的水量。

昌馬水庫蓄水分配不僅在水庫大壩斷面控制流量,而且在昌馬總干渠渠首處分水配水,故本項目引水以昌馬總干渠渠首引水量為主,經(jīng)昌馬總干渠渠首引入總干渠的流量和總水量與新、舊總干渠分水總流量相同。

2.6 昌馬總干渠引水量

昌馬總干渠承擔(dān)著向昌馬灌區(qū)輸水、向花海灌區(qū)調(diào)水的任務(wù),疏勒河昌馬水庫蓄水的大部分水量由該渠道輸送,渠道設(shè)計引水流量35 m3/s～65 m3/s,昌馬水庫分配給昌馬灌區(qū)的水量4.911 億m3、分配給花海灌區(qū)的水量7000 萬m3均通過該渠道輸送。據(jù)統(tǒng)計,近三年昌馬總干渠輸水量年均為7.89 億m3/a,最大8.09 億m3/a,最小7.63 億m3/a,包括昌馬灌區(qū)灌溉水量及疏花干渠輸水量等。

3 洪水特征

昌馬舊總干第二排砂道進水閘處于河道外渠道上,不在疏勒河河道上,也不在洪溝溝道上,該水閘上游側(cè)為舊總干渠渠道和新總干渠渠道,無成洪集雨面積,故不考慮該水閘的防洪問題。

4 泥沙特征

4.1 泥沙輸沙量

根據(jù)昌馬堡水文站泥沙資料統(tǒng)計,該站多年平均懸移質(zhì)輸沙量為296 萬t,其中歷年實測最大日平均輸沙率為15300 kg/s（1981 年8 月3 日）,最大斷面含沙量為99.3 kg/m3,歷年最小年輸沙量為43.7 萬t（1956 年）,最大年輸沙量為880 萬t（1972 年）。昌馬水庫壩址處多年平均懸移質(zhì)輸沙量為359 萬t。釆用推移質(zhì)輸沙量占總沙量的20%來估算,水庫壩址處年推移質(zhì)輸沙量為90.0 萬t,輸沙總量為449 萬t。

4.2 昌馬水庫出庫沙量

疏勒河泥沙主要集中在年內(nèi)的七、八兩個月內(nèi),因為這兩個月是疏勒河年最大洪水的多發(fā)期,這兩個月沙量占全年總輸沙量的82.3%。其中七月份懸移質(zhì)輸沙量為160 萬t,推移質(zhì)輸沙量為40.4 萬t,輸沙總量200.4 萬t,占全年的44.6%；八月份懸移質(zhì)輸沙量為135 萬t,推移質(zhì)輸沙量為34.4 萬t,輸沙總量為169.3 萬t,占全年的37.7%。

根據(jù)《昌馬水庫樞紐工程初步設(shè)計報告》可知,水庫在七月份暢泄,沖沙排沙,為滿足水庫灌溉要求,從八月上旬開始蓄水,七月來沙中僅懸移質(zhì)沙量排除庫外,推移質(zhì)沙量均淤在庫中,其他月份幾乎無懸移質(zhì)沙排出。昌馬水庫至該樞紐區(qū)間無支流匯入,其侵蝕模數(shù)參考昌馬堡水文站,區(qū)間產(chǎn)沙量為3.65 萬t,即該段河道攜沙量。

2013 年以來,昌馬總干渠渠首完成除險加固后,渠首進水閘前攔沙坎解決了推移質(zhì)大顆粒砂礫石入渠的問題,使得昌馬灌區(qū)總干渠輸沙量大幅度降低,推移質(zhì)泥沙量大幅度減少,加之上游昌馬水庫的蓄積沉積作用明顯,水庫大壩以上河段的大部分泥沙淤積在庫中,水庫下泄水流泥沙含量小,也減輕了渠道淤積、陡坡磨損等壓力。

5 結(jié)語

1）經(jīng)多年徑流資料頻率分析計算,疏勒河昌馬水庫入庫年徑流量為10.123 億m3,分配給赤金峽水庫的水量7000 萬m3,分配給四〇四廠的水量8275 萬m3,分配給昌馬灌區(qū)的水量為4.911 億m3,分配給雙塔灌區(qū)的水量為2.052 億m3,向干海子省級自然保護區(qū)調(diào)水0.20 億m3,水庫年滲漏總量0.503 億m3,蒸發(fā)損失0.118 億m3,年棄水量0.811 億m3,棄水主要是汛期洪水,棄水量用于疏勒河流域河道生態(tài)及末端湖泊濕地生態(tài)環(huán)境補水。

2）昌馬舊總干第二排砂道進水閘處于河道外渠道上,不在疏勒河河道上,也不在洪溝溝道上,該水閘上游側(cè)為舊總干渠渠道和新總干渠渠道,無成洪集雨面積,故該水閘不涉及防洪問題。

3）進水閘處泥沙入渠量少,屬于水庫沉積推移質(zhì)后的清澈水流,汛期懸移質(zhì)泥沙含量隨水庫蓄水時段變化而變化,但入渠泥沙量較建庫前大幅減少,現(xiàn)狀項目建設(shè)段渠道縱坡較陡,水閘前泥沙量較小。