何向東

(阿克蘇水文勘測局,新疆 阿克蘇 843000)

1 概述

木扎提河為渭干河源流,主要位于阿克蘇地區(qū)拜城縣境內(nèi)。河流經(jīng)出山口后折向東流,依次接納卡木斯浪河、臺勒維丘克河、卡拉蘇河、黑孜河,注入克孜爾水庫。流域出山口以上范圍界于東經(jīng)81°6′～80°15′,北緯41°47′～42°23′之間,河長117 km(至河源),集水面積2 845 km2。流域海拔最高6 769 m,源區(qū)冰雪資源極為豐富,發(fā)育有冰川295條,冰川面積1 235 km2,占流域山口以上集水面積的43%,為新疆冰川面積覆蓋比例較大的河流之一。冰川類型有山谷冰川、冰斗冰川、坡面冰川、懸冰川等。

源流自木扎爾特冰川末端向西南流約4 km,在左、右兩岸分別接納支流塔格什河和卡拉交勒河后折向南,下行15 km后在右岸接納支流土格別里其河轉(zhuǎn)向東南,又流經(jīng)17 km后復(fù)轉(zhuǎn)南流,其間兩岸接納7條較大支流,最終在阿合布隆引水樞紐以下流出山口進入山前沖積扇平原區(qū)。

徑流以冰川融水補給為主,出山口處破城子水文站多年平均徑流量為14.23億 m3, 主要集中在夏季6、7、8月,占全年徑流量的69.7%;洪水以融冰融雪型為主,水文站實測最大洪峰流量為635 m3/s;屬于多沙河流,水文站實測多年平均實測含沙量為3.58 kg/m3。

擬建水庫工程屬于木扎提河龍頭控制性樞紐工程,具有灌溉、防洪、工業(yè)供水兼顧發(fā)電,推薦壩址位于破城子水文站上游34.5 km(河道距離) 處,控制流域面積2 273 km2。

2 徑流時空分布

木扎提河流域冰川豐富,破城子水文站以上流域內(nèi)冰川面積比例高達43%,是徑流的主要產(chǎn)流區(qū)。冰川雪線以上降水量可達800 mm;經(jīng)中、低山區(qū)到河流出山口處一般在300 mm,進入拜城盆地后降水量僅為100 mm。降水的垂直地帶分布使河川徑流沿程有相應(yīng)變化,按其產(chǎn)流特征可分為三個區(qū):(1)高山區(qū),此區(qū)冰川消融源源不斷補給河川徑流,是河流的徑流主要形成區(qū)。(2)中低山區(qū),此區(qū)降水量明顯減少,但地下水、泉水補給量相對加強,隨集水面積的增加,河川徑流量增加的幅度不如前一區(qū)大。(3)山間沖積平原區(qū),河流經(jīng)出山口后徑流沿程滲入地下補給地下水,在下游地下水出露又逐步補給地表徑流,該區(qū)域產(chǎn)流能力較弱。

2.1 徑流年內(nèi)分配

木扎提河以冰川積雪融水補給為主,徑流年內(nèi)過程與氣溫變化關(guān)系密切。依據(jù)破城子水文站 1957～2020 年逐月徑流資料統(tǒng)計,可知徑流年內(nèi)分配不均,徑流主要集中在夏季 6、7、8 月,占全年徑流量的 69.7%。破城子水文站多年平均徑流年內(nèi)分配見表1。

表1 破城子水文站多年平均徑流年內(nèi)分配表(1957-2020)

2.2 徑流年際變化

依據(jù)破城子水文站1957-2020年逐月徑流系列分析木扎提河徑流年際變化,如表2所示,年徑流量豐枯比僅為1.81,可知木扎提河年際變化較小,徑流年際較穩(wěn)定。符合冰川積雪融水補給型河流的徑流特性。

表2 破城子水文站多年平均徑流特征表(1957-2020)

3 資料搜集及三性分析

本次計算所采用的資料均來自經(jīng)過整編、刊印的水文年鑒破城子水文站資料,水文站測驗方法、整編方法均符合相關(guān)規(guī)范要求,資料來源和成果可靠。水文站以上基本無用水,徑流過程可認為是天然狀態(tài),無需還原,具有1957-2020年連續(xù)觀測資料,無需插補延長。

破城子水文站控制流域受人為影響較小,基本呈天然狀態(tài),2015年之前破城子水文站以上流域僅英買里村、瓊阿爾帕連、破城子牧業(yè)隊、芒達勒克村零星用水;2015 年之后上游開建有木扎提河三級水電站,2018年建成運行,為中型引水式工程,電站尾水投入點位于水文站上游,該電站為純發(fā)電項目,不對洪水進行調(diào)節(jié),可認為破城子水文站以上流域條件具有一致性。破城子水文站原名為阿合布隆水文站,控制流域面積2 681 km2;1982年上遷6 km改名為破城子水文站,并同期觀測半年,控制流域面積2 667 km2;2016年起下遷6 km,改名為破城子(二)站,觀測至今,控制流域面積2 681 km2。阿合布隆水文站、破城子水文站控制流量面積僅相差0.5%(14 km2),1982年6-12月同期觀測資料反映徑流量僅相差0.7%?？紤]兩水文站觀測資料差異較小,可認為合并使用的徑流系列具有一致性。

依據(jù)破城子水文站1957-2020年徑流系列點繪年徑流量模比系數(shù)差積曲線和年徑流量模比系數(shù)累積平均曲線,如圖1所示。由年徑流量模比系數(shù)差積曲線圖可知,破城子水文站1957-2020年徑流系列分別包含有豐水年組、平水年組、枯水年組。由年徑流模比系數(shù)累積平均曲線圖中可知,破城子水文站1957-2020年徑流系列, 當(dāng)達到一定長度時(n≥30 a)其模比系數(shù)均值穩(wěn)定于1。綜合上述,破城子水文站1957-2020年徑流系列具有較好的代表性。

圖1 破城子水文站1957-2020 年徑流系列代表性分析圖

4 擬建壩址斷面徑流計算

本次以破城子水文站為參證站,分別采用徑流深等值線法、降水量等值線法、冰川面積比擬法、流域面積比擬法進行計算,并經(jīng)綜合比選后合理選取最終結(jié)果。

4.1 降水量等值線法

依據(jù)1:5萬地形圖、第三次水資源調(diào)查評價降水量等值線圖,量算的破城子水文站以上1956-2016 多年平均降水量為19.79×108m3( 738 mm ),擬建壩址 1956-2016多年平均降水量為17.97×108m3(791 mm),兩斷面降水量修正系數(shù)為0.908。

破城子水文站1957-2020年多年平均徑流量為14.23×108m3,按兩斷面降水量修正系數(shù)0.908計算,擬建壩址1957-2020多年平均徑流量為12.92×108m3。

4.2 面積比擬法

破城子1957-2020年多年平均徑流量為14.23×108m3,流域面積修正系數(shù)0.848計算, 擬建壩址1957-2020多年平均徑流量為12.07×108m3。

4.3 冰川面積比擬法

破城子水文站1957-2020年多年平均徑流量為14.23×108m3,按冰川面積修正系數(shù)0.943計算,擬建壩址1957-2020多年平均徑流量為13.42×108m3。

4.4 徑流深等值線法

5 壩址徑流成果選用

對比以上四種方法計算成果,如表3?？芍?除面積比擬法之外其它各種方法計算成果較為集中。

木扎提河流域冰川覆蓋率為43.4%,為新疆冰川面積覆蓋比例較大的河流之一,屬于典型的冰川補充型河流。直接使用面積比擬法計算壩址徑流,均化了流域面積上的冰川比例,不能反映流域上游冰川占比較大的實際情況,計算成果理論偏小。本次不采用面積比擬法計算成果。

其它三種方法成果已較為集中,考慮徑流深等值線圖利用出山口水文站實測資料進行控制,理應(yīng)具有一定精度,本階段最終選用該方法成果,即壩址1957-2020多年平均徑流量為13.38×108m3。

表3 擬建壩址斷面多年平均年徑量成果對比表(1957-2020)

以多年平均徑流量13.38×108m3為控制,縮放破城子水文站月徑流系列,可計算得推薦壩址1957-2020年逐月徑流系列,多年平均徑流年內(nèi)分配見表4。

6 擬建壩址設(shè)計徑流計算

依據(jù)推薦壩址斷面1957-2020年徑流量系列進行頻率計算,采用P-III型曲線,用矩法估算參數(shù),以大部分點群為主要趨勢,重點照顧中低水部分,目估定線。推薦壩址設(shè)計徑流成果見表5,頻率曲線見圖2。

表4 擬建壩址徑流年內(nèi)分配(1957-2020)

圖2 擬建壩址年徑流量頻率曲線(1957-2020)

表5 擬建壩址設(shè)計徑流成果表(1957-2020)

7 徑流成果合理性分析

擬建壩址徑流計算所采用的參證站為國家基本水文站,其水文測驗及資料整編均按國家行業(yè)技術(shù)標準執(zhí)行,水文基礎(chǔ)資料來源可靠。破城子水文站具有1957-2020共64 a徑流系列,徑流系列長度滿足規(guī)范要求,經(jīng)分析系列均具有較好的一致性和代表性。

根據(jù)流域徑流特性,分別使用降水量等值線圖法、面積比擬法、冰川面積比擬法、徑流深等值線圖法4種方案對壩址徑流進行分析。除面積比擬法不能反映冰川產(chǎn)流因素外,其它3種方案計算成果較為集中,最終推薦使用徑流深等值線圖法成果。使用的第三次全國水資源調(diào)查評價徑流深等值線圖已通過相關(guān)部門審查,在此基礎(chǔ)上使用破城子水文站實測徑流對其進行訂正,據(jù)此計算的成果與其它方案成果差異較小,認為推薦該方案成果是合理的。擬建壩址斷面徑流頻率適線參數(shù)中Cv小于0.2,符合冰川融水為主要徑流補給型河流的特點,頻率適線成果是合理的。