黃水溝出山口下游沿程河道斷面糙率分析

郭 濤 朱建春

(新疆巴音郭楞水文水資源勘測局，新疆 庫爾勒市 841000)

1 黃水溝概況

1.1 自然地理概況

黃水溝位于新疆巴音郭楞蒙古自治州和靜縣境內(nèi)，發(fā)源于中天山的天格爾山南坡，屬雨雪混合補給河流，其地理位置處于東徑 85°55'～ 86°54'，北緯 42°12'～ 43°09'。流域東西最寬處相距80.1 km，南北最長處相距106.1 km，黃水溝出山口以上地勢由北向南傾斜，海拔最高4 398 m，出山口以上河道河床水流集中。出山口以下地勢由西北向東南傾斜，最低1 047 m，河道河床自出山口處的粗大的卵礫石組成向下游逐漸演變?yōu)樯暗[石組成，出山口后山前洪積扇區(qū)域，河道變寬流速變緩，洪水攜帶的泥沙在此大量堆積，為河流洪水、徑流的散失區(qū)。黃水溝出山口上下游河道兩岸沿線分布著公路和鐵路，是南北疆交通運輸?shù)闹匾ǖ馈?/p>

1.2 河流水系

流域中部巴侖臺鎮(zhèn)以上有兩條支流，西支巴音溝，東支為烏拉斯臺溝，后者為黃水溝的主流。巴侖臺以下還有老巴侖臺及哈布其干郭楞等支流匯入，全流域呈扇狀。流域面上的降水，經(jīng)過10余條一級支流，10余條二級支流及若干條三級支流的匯集調(diào)蓄，自北向南匯集于山口(即黃水溝水文站位置)。水文站黃?；娓叱虨?1 313.504 m，集水面積4 311 km2，至河源河道長度為110 km。水文站下游約12 km至黃水溝防洪分水閘，此處黃水溝河道分為東西兩條支流。東支沿途地主要用于工、農(nóng)業(yè)用水，最后注入博斯騰湖大湖。西支在黃水溝防洪分水閘下游2.5 km處又分為兩支，西支的兩支支流流經(jīng)和先公路后在開都河入河口處匯合，是匯入開都河下游河段最大的一條支流。

2 洪水沿程觀測

2.1 洪水沿程觀測位置

在黃水溝山口水文站以及下游河段上選擇控制條件較好的觀測斷面，黃水溝水文站的測流斷面簡稱斷面1。黃水溝防洪閘東支和西支閘口處斷面分為兩處，東支河道簡稱斷面2－1，西支河道簡稱斷面2－2，斷面河道距離距黃水溝水文站斷面11.82 km。黃水溝在靜縣至先行鄉(xiāng)公路處，河道分成三支，防洪分水閘以下東支河道在公路橋處簡稱斷面3－1，此斷面距離距黃水溝水文站斷面18.2 km;防洪分水閘以下西支河道在和靜縣至先行鄉(xiāng)公路處分為兩支，西支靜先公路東側公路橋處簡稱斷面3－2，此斷面距離黃水溝水文站18.7 km;和西支靜先公路西支西側公路橋處簡稱斷面3－3，此斷面河道距離黃水溝水文站19.3 km。

2.2 斷面洪水監(jiān)測及測驗方法

當發(fā)生洪水時，各斷面進行流速儀法流量測驗，在流速儀法測流的同時進行比降面積法的試驗觀測。每次流速儀法測流時均進行過水斷面面積的測量，垂線布置的原則是主河槽加密布設，測深及測速垂線間距一般不大于4 m，當河道有汊溝時各股水流均要布設測深及測速垂線。每條測速垂線的測點位置，盡可能采用相對水深0.6處測量垂線平均流速。每次流量測驗前后都要觀測基本斷面及上下比降斷面的水位。

河道比降觀測和糙率分析，用流速儀法施測河道流量，同時觀測測驗河段比降斷面的上下水位，試驗河段的糙率用曼寧公式推算。

其中:n為河道糙率、A為過水斷面面積、Q為河道中的流量、R為河段平均水力半徑、I河道比降。

2.3 斷面洪水監(jiān)測情況

在2007～2010年4年的洪水監(jiān)測測量過程中，斷面2－1、斷面2－2、斷面3－1、斷面3－2和斷面 3－3分別對黃水溝2007年7月10日、7月15日、2008年7月 20日、2009年 6月14日、7月5日和2010年6月23日的洪水過程進行實測，各次洪水過程觀測項目有過水斷面出大斷面測量、水位觀測、流速儀法實測流量以及比降水位、流量的觀測。在以上7場洪水觀測過程中，在2－1、2－2斷面分別觀測水位 179次，3－1、3－2、3－3斷面分別觀測水位136余次，各觀測斷面測到了各次洪水變化的完整過程。7場洪水觀測過程中，在2－1、2－2斷面分別用流速儀法實測流量26份，其中，在2－1斷面測到最大洪峰流量68.7 m3/s，測到最小流量7.30 m3/s;在2－2斷面測到最大洪峰流量67.9 m3/s，測到最小流量0.553 m3/s。在3－1、3－2、3－3斷面分別用流速儀法實測流量19份，其中，在3－1斷面測到最大洪峰流量68.1 m3/s，測到最小流量 4.54 m3/s;在3－2斷面測到最大洪峰流量16.5 m3/s，測到最小流量 0.261 m3/s，在 3 －3 斷面測到最大洪峰流量 27.4 m3/s，測到最小流量 0.905 m3/s。

3 河道斷面糙率系數(shù)分析

3.1 河道過水斷面糙率系數(shù)

在2007年～2010年4年的洪水試驗測量過程中，斷面1進行了18次比降水位、流量的觀測;斷面2－1進行了14次比降水位、流量的觀測;斷面2－2進行了16次比降水位、流量的觀測;斷面3－1進行了14次比降水位、流量的觀測;斷面3－2進行了13次比降水位、流量的觀測;斷面3－3進行了12次比降水位、流量的觀測，各斷面比測試驗成果見表1～表 3。

表1 黃水溝水文站測驗斷面糙率分析計算成果

斷面糙率成果分析，黃水溝水文站測驗斷面的糙率比較穩(wěn)定，測流斷面水位與流量關系比較穩(wěn)定，同時斷面水位與糙率相關關系呈帶狀分布，隨著水位和斷面流量的變化，斷面糙率的取值在0.013～0.036之間。黃水溝防洪閘處東支河道測驗斷面，由于洪水前后斷面整體性沖淤變化較大，造成斷面水位與糙率關系點據(jù)分布散亂，斷面糙率的取值在0.018～0.063之間。黃水溝防洪閘處西支河道測驗斷面的糙率極較穩(wěn)定，測流斷面水位與流量關系比較穩(wěn)定，同時斷面水位與糙率相關關系呈帶狀分布，隨著水位和斷面流量的變化，斷面糙率的取值在0.022～0.049之間。黃水溝在靜縣至先行鄉(xiāng)公路的三處公路橋3－1、3－2和3－3河道測驗斷面的河床沖淤影響較大，但斷面河床為經(jīng)常性的局部性沖淤變化，由于過水斷面面積的沖淤互補，斷面糙率相對較穩(wěn)定，斷面水位與糙率相關關系也呈帶狀分布，斷面3－1的糙率取值在 0.026～0.047之間，斷面 3－2的糙率取值在0.023～0.045之間，斷面 3－3的糙率取值在 0.028～0.060之間。

表2 黃水溝防洪閘處東支和西支河道測驗斷面糙率分析計算成果

3 結語

由于黃水溝特殊的地理位置，肩負著和靜縣的鄉(xiāng)、農(nóng)場和農(nóng)二師團場的工農(nóng)業(yè)用水及人蓄飲水的重任，同時沿河道兩岸還修建有公路、鐵路和工業(yè)園區(qū)等，從它的洪水沿程斷面變化特征來看，黃水溝出山口由于河道縱坡坡降較大，洪水主流左右擺動沖刷成幾條較大的支溝，同時從斷面河床的穩(wěn)定性來講，河道河床組成向下游由卵石河床逐漸演變?yōu)樯呈哟玻樗畬ο掠魏拥罃嗝娴暮哟矝_淤影響較大，在每次洪水時斷面河床整體性沖淤變化較大，是造成斷面水位與糙率關系點據(jù)分布散亂的主要原因。

表3 黃水溝在靜縣至先行鄉(xiāng)公路處各測驗斷面糙率分析計算成果