基于多项引水工程下的河道径流计算

祖丽皮耶·努尔

（喀什水文勘测局,新疆 喀什 844000）

1 概况

盖孜河发源于帕米尔高原公格尔山东侧,水源主要为冰雪消融补给,在中山、浅山地带,夏、秋季常有暴雨洪水发生。西与克孜河、东与库山河为邻,由南向北流入下游灌区。盖孜河上游由喀拉库里河与木吉河两支流组成,在布仑口凹地汇合后称为盖孜河,临近出山口处左岸有维他克河支流汇入。盖孜河流域属典型的大陆性气候,多年平均降水量为64.8m。冰川作为“固态水库”,一方面对径流有多年调节作用,使径流的年际变化较稳定；另一方面,其对河流补给又与气温的季节变化密切相关,使径流年内分配极不均衡。

2 盖孜河沿河水利工程分布情况

2.1 塔什米里克引水枢纽

始建于1961 年的塔什米里克引水枢纽位于盖孜河出山口处,属于喀什噶尔河流域管理处管理,主要为盖孜河流域4县72600 hm2耕地的农业灌溉供水。该引水枢组工程由进水闸、排沙闸、人工弯道、泄洪闸、梯级溃坝及左、右岸拦河堤组成,为盖孜河出山口以下引水水量控制站,

2.2 引克济盖渠

引克济盖渠于1977 年建成,渠道从克孜河卡尔玛克渠首引水,在三道桥上游约10 km 处投入盖孜河,渠道设计引水流量为20 m3/s,加大流量为25 m3/s。

2.3 三道桥引水枢纽工程

1984 年7 月开闸放水的三道桥引水枢纽工程,位于盖孜河出山口处塔什米里克渠首下游48.8 km 的疏勒县巴合其乡,距上游保尔黑太水文站7 km,引水流量为105 m3/s。

2.4 合理闸引水枢纽工程

合理闸引水枢纽工程位于喀什地区疏勒县库木西力克乡境内,在三道桥渠首下游35.7 km 的盖孜河上,为岳普湖县、农三师42 团、疏勒县库木西力克乡39600 hm2耕地的农业灌溉供水。该引水枢纽工程采用一字型排开的布置形式,由上下游整治段、泄洪闸、高渠进水闸、社教渠进水闸、阿其克进水闸等组成。高渠进水闸设计流量12 m3/s,校核流量15 m3/s,社教渠进水闸设计流量30 m3/s,校核流量均为40 m3/s,阿其克进水闸设计流量15 m3/s,校核流量均为20 m3/s。

2.5 吐逊木闸引水枢纽工程

吐逊木闸引水枢纽工程位于喀什地区岳普湖县阿其克乡怕力克其村境内,1955 年修建了梢木结构临时引水枢组,主要作用是把河水引到岳普潮县昆都孜水库,设计引水流量15 m3/s。由于吐逊木闸为梢木结构临时引水口,当河道来水较大时梢木结构即被冲毁,引水保证率低,每年的维修成本较高,故进行除险加固。

3 参证站设计年径流量分析

盖孜河自20 世纪50 年代以来新疆水文水资源局（原水文总站）先后设立6 处国家基本水文站,经站网调整后已有4处水文站撤消,本次选用盖孜河克勒克水文站、维他克河维他克水文站、库山河沙曼水文站、三道桥水管站为主要参证站。水文站网与水管站情况一览表见表1。

表1 水文站网与水管站情况一览表

维他克站从1957 年～2021 年,资料系列长度58 年,其中1958 年、1968 年～1973 年停测,故采用1974 年～2021 年径流资料进行频率计算。克勒克站有1959 年～2021 年连续系列资料,系列长度63 年,为与维他克站资料系列对应,分别按长系列和短系列进行设计年径流量计算。根据参证站实测年径流量资料,年径流量均值采用算术平均值。变差系数CV值采用矩法初估,然后以P-Ⅲ型频率曲线适线优选。偏态系数CS值用CS/CV比值确定,CS/CV比值根据P-Ⅲ型频率曲线适线确定。维他克站和克勒克站长、短系列不同保证率设计年径流量成果见表2。将长短系列进行比较,两者在-1.15%～-4.06%之间变化,变化不大,说明短系列代表性也较好。

表2 克勒克站、维他克站（1974 年～2021 年）不同保证率设计年径流量成果表

4 径流分析

4.1 塔什米里克渠首设计径流量计算

4.1.1 两站合成系列成果

合成克勒克站、维他克站1974 年～2021 年逐年月、年径流量,得到合成系列和均值,进行频率计算理论频率曲线采用P-Ⅲ型曲线,在拟合点群趋势的基础上,侧重考虑平、枯水年的点据,得到两站合成不同设计频率设计径流成果,见表4。

4.1.2 区间设计径流

塔什米里克渠首距上游克勒克站约38 km,距维他克站约16 km,距维他克河与盖孜河的汇合口10 km,渠首以上河长215 km,集水面积10140 km2。克勒克站和维他克站以下至渠首区间集水面积为431 km2,区间河段没有水文站和水文资料。采用新疆水文水资源局所做的喀什噶尔流域1956 年～2018 年多年平均年径流深等值线图,应用时将成果修正至2021 年,计算公式如下：

式中：W 为流域多年平均年径流量,m3/s；f1、f2、…、fn为流域界线内相邻两等值线间的面积,km2：y1、y2、…、yn为相邻两等值线间读数的平均值,mm。

经计算,区间断面多年平均年径流量为0.6176×108m3,区间径流量计算见表3。

表3 克勒克、维他克和塔什米里克区间径流量计算表

按两站合成设计径流参数计算区间设计径流成果见表4,将两站合成和区间设计径流叠加得到塔什米里克渠首设计径流成果,见表4。

表4 塔什米里克站（1974 年～2021 年）设计年径流量成果表

4.2 合理闸渠首设计径流量计算

4.2.1 各渠首分水原则

根据《喀什噶尔流域水利管理规章》规定盖孜河分水制度,塔什米里克渠首分水原则是：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。三道桥渠首分水原则是：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。合理闸分水原则是：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径流沿程相对变率的分析计算

（1）用1959 年～1960 年资料进行分析（天然情况）

盖孜河上先后设立了多处国家基本水文站,其中只有1959 年～1960 年克勒克、维他克和保尔黑太站具有同步观测资料,其年径流量分析见表5。计算方法为：合成克勒克和维他克站按月累加径流,区间径流是采用多年平均年径流深等值线图法计算区间设计年径流量成果0.6176 与两站合成设计径流成果11.0 比例（见表4,0.6176/1.01=0.56,1959 年0.56×13.45=0.75,1960 年0.56×12.29=0.69,）来推算的,塔什米里克为两站合成加区间,塔什米里克与保尔黑太距离为41.8 km,相对变率是按下式计算：

表5 克里克、维他克与保尔黑太年径流量分析表 单位：108m3

式中：R 为径流损失率,%/km；Qs为上游站断面年径流量,亿m3；Qx为下游站断面年径流量,亿m3；L 为上下游站间的距离,km。

1959 年～1960 年期间还没有建设永久渠首工程,引水量较少,基本为天然径流系列。枯水期水量增加,是地下水补给地表水,汛期水量减少,是地表水补给地下水,塔什米里克与保尔黑太的相对变率从-1.45%/km～2.189%/km,年平均为0.89%/km。

图1 盖孜河1959 年～1960 年径流演算节点网络

（2）用水管站同期多年径流资料进行分析（现有工况）

本次计算不考虑引克济盖渠的引入水量,根据表4 计算结果,用塔什米里克渠首多年平均径流量11.64×108m3,用塔什米里克渠首引水比例计算引水量下泄水量,用水管站提供的三道桥渠首多年平均径流量计算塔什米里克渠首至三道桥渠首的相对变率,成果见表6。

表6 塔十米里克与三道桥、合理闸年径流量分析表 单位：108m3

4.2.3 合理闸渠首设计径流量分析计算

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断面向下游逐级演算的方法推求合理闸址河道断面设计年径流,成果见表7。

表7 盖孜河各渠首不同水平年设计年径流表 单位：108m3

5 结语

由于上游有多个引水工程,加之维它河的汇入和水文资料、水管资料的系列不一,使得吐逊木闸处的河道径流计算较为困难。经合成克勒克站、维他克站1974 年～2021 年年径流量和均值,进行频率计算得到两站合成设计径流成果；叠加区间多年平均年径流量并推算塔什米里克渠首设计径流成果。按照水量平衡原理,绘制径流演算节点网络图,根据各节点分水比例,采用自塔什米里克渠首河道断面向下游逐级演算的方法推求吐逊木闸址河道断面设计年径流为1.414×108m3,可为工程除险加固后的引水提供科学依据。