基于多項引水工程下的河道徑流計算

祖麗皮耶·努爾

（喀什水文勘測局,新疆 喀什 844000）

1 概況

蓋孜河發(fā)源于帕米爾高原公格爾山東側(cè),水源主要為冰雪消融補給,在中山、淺山地帶,夏、秋季常有暴雨洪水發(fā)生。西與克孜河、東與庫山河為鄰,由南向北流入下游灌區(qū)。蓋孜河上游由喀拉庫里河與木吉河兩支流組成,在布侖口凹地匯合后稱為蓋孜河,臨近出山口處左岸有維他克河支流匯入。蓋孜河流域?qū)俚湫偷拇箨懶詺夂?多年平均降水量為64.8m。冰川作為“固態(tài)水庫”,一方面對徑流有多年調(diào)節(jié)作用,使徑流的年際變化較穩(wěn)定；另一方面,其對河流補給又與氣溫的季節(jié)變化密切相關(guān),使徑流年內(nèi)分配極不均衡。

2 蓋孜河沿河水利工程分布情況

2.1 塔什米里克引水樞紐

始建于1961 年的塔什米里克引水樞紐位于蓋孜河出山口處,屬于喀什噶爾河流域管理處管理,主要為蓋孜河流域4縣72600 hm2耕地的農(nóng)業(yè)灌溉供水。該引水樞組工程由進水閘、排沙閘、人工彎道、泄洪閘、梯級潰壩及左、右岸攔河堤組成,為蓋孜河出山口以下引水水量控制站,

2.2 引克濟蓋渠

引克濟蓋渠于1977 年建成,渠道從克孜河卡爾瑪克渠首引水,在三道橋上游約10 km 處投入蓋孜河,渠道設(shè)計引水流量為20 m3/s,加大流量為25 m3/s。

2.3 三道橋引水樞紐工程

1984 年7 月開閘放水的三道橋引水樞紐工程,位于蓋孜河出山口處塔什米里克渠首下游48.8 km 的疏勒縣巴合其鄉(xiāng),距上游保爾黑太水文站7 km,引水流量為105 m3/s。

2.4 合理閘引水樞紐工程

合理閘引水樞紐工程位于喀什地區(qū)疏勒縣庫木西力克鄉(xiāng)境內(nèi),在三道橋渠首下游35.7 km 的蓋孜河上,為岳普湖縣、農(nóng)三師42 團、疏勒縣庫木西力克鄉(xiāng)39600 hm2耕地的農(nóng)業(yè)灌溉供水。該引水樞紐工程采用一字型排開的布置形式,由上下游整治段、泄洪閘、高渠進水閘、社教渠進水閘、阿其克進水閘等組成。高渠進水閘設(shè)計流量12 m3/s,校核流量15 m3/s,社教渠進水閘設(shè)計流量30 m3/s,校核流量均為40 m3/s,阿其克進水閘設(shè)計流量15 m3/s,校核流量均為20 m3/s。

2.5 吐遜木閘引水樞紐工程

吐遜木閘引水樞紐工程位于喀什地區(qū)岳普湖縣阿其克鄉(xiāng)怕力克其村境內(nèi),1955 年修建了梢木結(jié)構(gòu)臨時引水樞組,主要作用是把河水引到岳普潮縣昆都孜水庫,設(shè)計引水流量15 m3/s。由于吐遜木閘為梢木結(jié)構(gòu)臨時引水口,當(dāng)河道來水較大時梢木結(jié)構(gòu)即被沖毀,引水保證率低,每年的維修成本較高,故進行除險加固。

3 參證站設(shè)計年徑流量分析

蓋孜河自20 世紀(jì)50 年代以來新疆水文水資源局（原水文總站）先后設(shè)立6 處國家基本水文站,經(jīng)站網(wǎng)調(diào)整后已有4處水文站撤消,本次選用蓋孜河克勒克水文站、維他克河維他克水文站、庫山河沙曼水文站、三道橋水管站為主要參證站。水文站網(wǎng)與水管站情況一覽表見表1。

表1 水文站網(wǎng)與水管站情況一覽表

維他克站從1957 年～2021 年,資料系列長度58 年,其中1958 年、1968 年～1973 年停測,故采用1974 年～2021 年徑流資料進行頻率計算。克勒克站有1959 年～2021 年連續(xù)系列資料,系列長度63 年,為與維他克站資料系列對應(yīng),分別按長系列和短系列進行設(shè)計年徑流量計算。根據(jù)參證站實測年徑流量資料,年徑流量均值采用算術(shù)平均值。變差系數(shù)CV值采用矩法初估,然后以P-Ⅲ型頻率曲線適線優(yōu)選。偏態(tài)系數(shù)CS值用CS/CV比值確定,CS/CV比值根據(jù)P-Ⅲ型頻率曲線適線確定。維他克站和克勒克站長、短系列不同保證率設(shè)計年徑流量成果見表2。將長短系列進行比較,兩者在-1.15%～-4.06%之間變化,變化不大,說明短系列代表性也較好。

表2 克勒克站、維他克站（1974 年～2021 年）不同保證率設(shè)計年徑流量成果表

4 徑流分析

4.1 塔什米里克渠首設(shè)計徑流量計算

4.1.1 兩站合成系列成果

合成克勒克站、維他克站1974 年～2021 年逐年月、年徑流量,得到合成系列和均值,進行頻率計算理論頻率曲線采用P-Ⅲ型曲線,在擬合點群趨勢的基礎(chǔ)上,側(cè)重考慮平、枯水年的點據(jù),得到兩站合成不同設(shè)計頻率設(shè)計徑流成果,見表4。

4.1.2 區(qū)間設(shè)計徑流

塔什米里克渠首距上游克勒克站約38 km,距維他克站約16 km,距維他克河與蓋孜河的匯合口10 km,渠首以上河長215 km,集水面積10140 km2。克勒克站和維他克站以下至渠首區(qū)間集水面積為431 km2,區(qū)間河段沒有水文站和水文資料。采用新疆水文水資源局所做的喀什噶爾流域1956 年～2018 年多年平均年徑流深等值線圖,應(yīng)用時將成果修正至2021 年,計算公式如下：

式中：W 為流域多年平均年徑流量,m3/s；f1、f2、…、fn為流域界線內(nèi)相鄰兩等值線間的面積,km2：y1、y2、…、yn為相鄰兩等值線間讀數(shù)的平均值,mm。

經(jīng)計算,區(qū)間斷面多年平均年徑流量為0.6176×108m3,區(qū)間徑流量計算見表3。

表3 克勒克、維他克和塔什米里克區(qū)間徑流量計算表

按兩站合成設(shè)計徑流參數(shù)計算區(qū)間設(shè)計徑流成果見表4,將兩站合成和區(qū)間設(shè)計徑流疊加得到塔什米里克渠首設(shè)計徑流成果,見表4。

表4 塔什米里克站（1974 年～2021 年）設(shè)計年徑流量成果表

4.2 合理閘渠首設(shè)計徑流量計算

4.2.1 各渠首分水原則

根據(jù)《喀什噶爾流域水利管理規(guī)章》規(guī)定蓋孜河分水制度,塔什米里克渠首分水原則是：每年7 月～8 月各渠道引水比例10.41%,其它月份引水比例9.426%,其余水量下泄河道。三道橋渠首分水原則是：每年2 月20 日～11 月30 日各渠道引水比例50.81%,其它月份各渠道引水比例47%,其余水量下泄河道。合理閘分水原則是：每年6 月～9 月各渠道引水比例58%,其余水量下泄河道,10 月～5 月各渠道引水比例100%。

4.2.2 塔什米里克渠首以下徑流沿程相對變率的分析計算

（1）用1959 年～1960 年資料進行分析（天然情況）

蓋孜河上先后設(shè)立了多處國家基本水文站,其中只有1959 年～1960 年克勒克、維他克和保爾黑太站具有同步觀測資料,其年徑流量分析見表5。計算方法為：合成克勒克和維他克站按月累加徑流,區(qū)間徑流是采用多年平均年徑流深等值線圖法計算區(qū)間設(shè)計年徑流量成果0.6176 與兩站合成設(shè)計徑流成果11.0 比例（見表4,0.6176/1.01=0.56,1959 年0.56×13.45=0.75,1960 年0.56×12.29=0.69,）來推算的,塔什米里克為兩站合成加區(qū)間,塔什米里克與保爾黑太距離為41.8 km,相對變率是按下式計算：

表5 克里克、維他克與保爾黑太年徑流量分析表 單位：108m3

式中：R 為徑流損失率,%/km；Qs為上游站斷面年徑流量,億m3；Qx為下游站斷面年徑流量,億m3；L 為上下游站間的距離,km。

1959 年～1960 年期間還沒有建設(shè)永久渠首工程,引水量較少,基本為天然徑流系列?？菟谒吭黾?是地下水補給地表水,汛期水量減少,是地表水補給地下水,塔什米里克與保爾黑太的相對變率從-1.45%/km～2.189%/km,年平均為0.89%/km。

圖1 蓋孜河1959 年～1960 年徑流演算節(jié)點網(wǎng)絡(luò)

（2）用水管站同期多年徑流資料進行分析（現(xiàn)有工況）

本次計算不考慮引克濟蓋渠的引入水量,根據(jù)表4 計算結(jié)果,用塔什米里克渠首多年平均徑流量11.64×108m3,用塔什米里克渠首引水比例計算引水量下泄水量,用水管站提供的三道橋渠首多年平均徑流量計算塔什米里克渠首至三道橋渠首的相對變率,成果見表6。

表6 塔十米里克與三道橋、合理閘年徑流量分析表 單位：108m3

4.2.3 合理閘渠首設(shè)計徑流量分析計算

按照水量平衡原理采用表6 分析成果,自塔什米里克渠首河道斷面向下游逐級演算的方法推求合理閘址河道斷面設(shè)計年徑流,成果見表7。

表7 蓋孜河各渠首不同水平年設(shè)計年徑流表 單位：108m3

5 結(jié)語

由于上游有多個引水工程,加之維它河的匯入和水文資料、水管資料的系列不一,使得吐遜木閘處的河道徑流計算較為困難。經(jīng)合成克勒克站、維他克站1974 年～2021 年年徑流量和均值,進行頻率計算得到兩站合成設(shè)計徑流成果；疊加區(qū)間多年平均年徑流量并推算塔什米里克渠首設(shè)計徑流成果。按照水量平衡原理,繪制徑流演算節(jié)點網(wǎng)絡(luò)圖,根據(jù)各節(jié)點分水比例,采用自塔什米里克渠首河道斷面向下游逐級演算的方法推求吐遜木閘址河道斷面設(shè)計年徑流為1.414×108m3,可為工程除險加固后的引水提供科學(xué)依據(jù)。