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(zhǔn)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]?？褪袞|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(jìn)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(yùn)動(dòng)，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(dá)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(duì)東郊水庫提供設(shè)計(jì)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(duì)其設(shè)計(jì)年徑流進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)設(shè)計(jì)年徑流計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，研究成果對(duì)于于東郊水庫工程設(shè)計(jì)具有重要的參考價(jià)值。

1 東郊水庫設(shè)計(jì)年徑流采用方法

由于東郊水庫內(nèi)無水文觀測站點(diǎn)，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(yàn)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(yàn)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(xiàng)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(jì)，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(gè)月徑流為6-9月，占全年徑流量的82.2%，連續(xù)最小三個(gè)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?yàn)椋合募?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(shí)段年徑流統(tǒng)計(jì)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(jì)參數(shù)對(duì)比，系列時(shí)段越長，其與長系列的相對(duì)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(jì)參數(shù)對(duì)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(jì)算成果表

3 東郊水庫設(shè)計(jì)年徑流計(jì)算

3.1 設(shè)計(jì)年徑流計(jì)算

喇嘛廟水文站測驗(yàn)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(jì)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(jí)東郊水庫壩址斷面以上集水面積，對(duì)東郊水庫壩址處多年平均年徑流量為0.081 9×108m3。計(jì)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(jì)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(jì)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(shí)測徑流資料，年徑流量、設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)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(jì)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(jì)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(shí)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(jì)算成果可靠。因此采用徑流深等值線圖法的計(jì)算成果，計(jì)算成果見表4。

表4 東郊水庫壩址年徑流量計(jì)算成果

表5 東郊水庫壩址設(shè)計(jì)年徑流量年內(nèi)分配成果表

3.3 設(shè)計(jì)年徑流量的年內(nèi)分配

東郊水庫壩址設(shè)計(jì)年徑流量年內(nèi)分配計(jì)算仍以喇嘛廟水文站年、月徑流系列資料進(jìn)行分析。根據(jù)喇嘛廟水文站年徑流系列，經(jīng)頻率計(jì)算，求得該站不同保證率下設(shè)計(jì)年徑流量成果。喇嘛廟水文站設(shè)計(jì)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(jì)年徑流量年內(nèi)分配計(jì)算，以喇嘛廟水文站實(shí)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(jìn)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(jì)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(jì)年徑流量(104m3)。由上式計(jì)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(jì)年徑流量年內(nèi)分配成果，見表5。

3.4 東郊水庫設(shè)計(jì)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(jì)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(jìn)入沖積扇上游的強(qiáng)透水層和獨(dú)山子—安集海斷裂層，水流擴(kuò)散、入滲、蒸發(fā)等原因，實(shí)際上能到達(dá)東郊水庫壩址的水量很少，偶有到達(dá)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(jì)算出的水庫壩址年徑流量、設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)算成果可靠，建議可首先采用徑流深等值線圖法對(duì)無資料徑流區(qū)域設(shè)計(jì)年徑流進(jìn)行計(jì)算。

(2)東郊水庫壩址以上設(shè)計(jì)年徑流量分配時(shí)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(jìn)入沖積扇上游的強(qiáng)透水層和獨(dú)山子—安集海斷裂層，水流擴(kuò)散、入滲、蒸發(fā)等原因，實(shí)際上能到達(dá)東郊水庫壩址的水量很少，偶有到達(dá)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。