查安塞溝擬建渠首場址區(qū)輸沙量計(jì)算分析

阿迪力江·買買提

(新疆喀什水文勘測局，新疆 喀什 844000)

查安塞溝位于新疆博爾塔拉蒙古自治州溫泉縣北部的阿拉套山南坡，流向?yàn)橛杀钡侥?，為博爾塔拉河支流，河源高程約3 350 m，查安塞溝流域面積33.4 km2，河道全長約15.6 km，是以降水補(bǔ)給為主、積雪融水補(bǔ)給為輔要的河流。山口以上為產(chǎn)流區(qū)，山口以下為散失區(qū)。在農(nóng)業(yè)灌溉期，絕大部分的河流水量被引入灌區(qū)，僅有洪水散失于沖洪積扇及平原區(qū)。流域灌溉范圍內(nèi)主要有扎勒木特鄉(xiāng)和蔡克特隊(duì)，居住著漢、蒙、哈、回、維等民族，下游灌溉面積約1 500畝，種植作物為小麥、油葵、玉米。查安塞溝無其他水利工程調(diào)蓄徑流過程，水資源利用系數(shù)較低，影響了當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧民的生活需求。

圖1 查安塞溝擬建渠首工程水文計(jì)算斷面位置示意圖

1 查安塞溝擬建渠首概況

查安塞溝在出山口處現(xiàn)有攔河引水渠首一處，地理坐標(biāo)東經(jīng)81°04′13″，北緯45°04′20″，漿砌石引水渠約4.5 km，年徑流量約300萬 m3。查安塞溝灌區(qū)有扎勒木特鄉(xiāng)和蔡克特隊(duì)，居住著漢、蒙、哈、回、維等民族。下游灌溉面積約1 500畝，種植作物為小麥、油葵、玉米。查安塞溝再無其他水利工程調(diào)蓄徑流過程，水資源利用系數(shù)較低，影響了當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧民脫貧致富。查安塞溝擬建渠首位置與水利工程分布見圖 1。工程建設(shè)方案為在現(xiàn)有引水渠首上游約1 km處修建重力式擋水建筑物，擋水建筑物由溢流堰、1孔泄洪排沙閘及1孔引水閘組成，溢流堰采用細(xì)石混凝土砌石結(jié)構(gòu)，高約6 m，頂寬2 m，底寬約12 m，基礎(chǔ)深約6 m，配套及改造引水渠約5 km，設(shè)計(jì)流量0.2～0.3 m3/s，匡算工程投資約1 500萬元。

根據(jù)業(yè)主與設(shè)計(jì)部門要求，現(xiàn)今選定擬建渠首處斷面，擬建渠首斷面地理坐標(biāo)為：東經(jīng)45°04′34.77″，北緯81°03′51.72″，海拔高程1 678 m。擬建工程場址以上河長9.68 km，集水面積23.80 km2。

2 研究區(qū)泥沙變化特征分析

河流泥沙是反映流域水土流失程度和河川徑流質(zhì)量的重要指標(biāo)。河流泥沙含量影響水資源的使用價(jià)值，影響湖泊、水庫以及水工建筑物的使用壽命。河流泥沙與流域自然地理、氣候特征及人類活動(dòng)有直接關(guān)系。查爾塞溝屬于博爾塔拉河流域，而該流域的河流泥沙主要集中在山區(qū)暴雨洪水期，平水期及枯水期泥沙很少。本次對(duì)查安塞溝泥沙的分析選用溫泉水文站和阿合奇水文站泥沙資料進(jìn)行分析，研究結(jié)論可供設(shè)計(jì)部門參考。

2.1 以溫泉水文站為參證站分析

溫泉水文站有1983-1989和1993-2016年的懸移質(zhì)泥沙輸沙率和含沙量資料，由于影響泥沙資料的因素比較復(fù)雜，在此不做插補(bǔ)處理，可對(duì)多年已有數(shù)據(jù)進(jìn)行整理后計(jì)算分析。

2.1.1 溫泉水文站泥沙變化

博爾塔拉河流域山區(qū)河流比較多，但整體河流徑流量不大，山區(qū)植被覆蓋較好，地表土壤侵蝕較輕，博爾塔拉河的主要徑流量來源于冰雪融水和地下水的補(bǔ)給，除了支流大河沿子河外，主要河流年平均含沙量在0.21～1.81 kg/m3之間，只有天山北坡精河以東諸河含沙量小。從整個(gè)流域的縱向分布看，自河源向下游出山口，河流的懸移質(zhì)含沙量在逐漸增加，至出山口處會(huì)達(dá)到最大。從出山口出來后，河流沿程的含沙量會(huì)逐漸減小。河流含沙量的多少，受當(dāng)時(shí)流域氣候干旱程度、暴雨強(qiáng)度、下墊面條件影響。博爾塔拉河山區(qū)植被較好，坡度較小，暴雨相對(duì)較少，地下水補(bǔ)給量較大，河流含沙量變化較小。博爾塔拉河溫泉水文站多年平均含沙量資料截至2015年為0.58 kg/m3。詳見表1。

博爾塔拉河上游山區(qū)坡降大，流速快，輸沙能力強(qiáng)，溫泉水文站多年平均輸沙量18.6萬 t，河流侵蝕造成的災(zāi)害不容忽視。溫泉水文站含沙量、輸沙量的年際變化較大，最大年輸沙量是最小年輸沙量的8.6倍，最大年平均含沙量是最小年平均含沙量的7.5倍。含沙量、輸沙量年際變化情況見表2。

表1 溫泉水文站泥沙特性成果表

表2 溫泉水文站含沙量、輸沙量年際變化表

2.1.2 查安塞溝多年平均輸沙量估算

1)懸移質(zhì)輸沙量

本次查安塞溝多年平均輸沙量采用水文比擬法估算。計(jì)算公式為：

Ws=Ms×f

(1)

式中：Ws為多年平均年懸移質(zhì)輸沙量(104t)；Ms為參證站多年平均年懸移質(zhì)輸沙模數(shù)(t/km2)；f為集水面積(km2)

查安塞溝擬建渠首以上集水面積為23.8 km2，參證站溫泉水文站以上集水面積為2 206 km2，溫泉水文站多年平均年懸移質(zhì)輸沙量18.6×104t，求得其多年平均年懸移質(zhì)輸沙模數(shù)為84.3 t/km2，查安塞溝擬建渠首多年平均年懸移質(zhì)輸沙量為0.201×104t。

2)推移質(zhì)輸沙量

由于缺少推移質(zhì)泥沙資料，通常推移質(zhì)輸沙量采用懸移質(zhì)輸沙量乘經(jīng)驗(yàn)系數(shù)推求。計(jì)算公式為：

Wb=β×Ws

(2)

式中：Wb為推移質(zhì)輸沙量(t)；Ws為懸移質(zhì)輸沙量(t)；β為推移質(zhì)輸沙量與懸移質(zhì)輸沙量的比值，β在一般情況下可參考下列數(shù)值：平原地區(qū)河流：β=0.01～0.05；丘陵地區(qū)河流：β=0.05～0.15；山區(qū)河流：β=0.15～0.30

考慮到查安塞溝屬山區(qū)，本報(bào)告選取推懸比系數(shù)β=0.20。

由此推求得查安塞溝擬建渠首推移質(zhì)輸沙量為0.040×104t。

則查安塞溝擬建渠首輸沙總量為0.241×104t。

2.2 以阿合奇水文站為參證站分析

烏爾達(dá)克賽河有阿合奇水文站1964-1966年，1979-993年泥沙資料，1967-1978年間停測12年，阿合奇水文站懸移質(zhì)泥沙實(shí)測資料連續(xù)時(shí)間最長的為1979年-1993年的15年資料。本報(bào)告依據(jù)阿合奇水文站實(shí)測泥沙資料，進(jìn)行簡單分析。

2.2.1 阿合奇水文站泥沙變化

根據(jù)阿合奇水文站懸移質(zhì)泥沙實(shí)測資料，多年平均輸沙量為5.985×104t，實(shí)測最大年輸沙量25.6×104t，多年平均輸沙模數(shù)63.81 t/km2，多年平均含沙量0.39 kg/m3，歷年最大含沙量1.33 kg/m3。烏爾達(dá)克賽河徑流量年內(nèi)分配相對(duì)較均勻，連續(xù)最大四個(gè)月徑流量占年徑流量的76.2%，但河流懸移質(zhì)泥沙年內(nèi)分配卻極不均勻，連續(xù)最大四個(gè)月輸沙量出現(xiàn)在夏季6-9月，其輸沙量占年輸沙量的91.9%，最大月輸沙量出現(xiàn)在7月，占年量的53.6%。

2.2.2 查安塞溝多年平均輸沙量估算

1)懸移質(zhì)輸沙量

查安塞溝擬建渠首以上集水面積為23.8 km2，參證站阿合奇水文站以上集水面積為938 km2，阿合奇水文站多年平均年懸移質(zhì)輸沙量5.985×104t，求得其多年平均年懸移質(zhì)輸沙模數(shù)為63.81 /km2，根據(jù)公式(2)，查安塞溝擬建渠首多年平均年懸移質(zhì)輸沙量為0.152×104t。

2)推移質(zhì)輸沙量

根據(jù)公式(2)，本報(bào)告選取推懸比系數(shù)β=0.20。

由此推求得查安塞溝擬建渠首推移質(zhì)輸沙量為0.030×104t。

則查安塞溝擬建渠首輸沙總量為0.182×104t。

2.3 泥沙分析成果比選

經(jīng)分析、比較，推薦以溫泉水文站為參證站的估算成果，即查安塞溝擬建渠首多年平均年輸沙總量為0.241×104t。

3 結(jié)語

查安塞溝洪水及降水資料貧乏，為進(jìn)行流域水資源合理開發(fā)利用，對(duì)泥沙、蒸發(fā)等基本水文氣象特征進(jìn)行研究很有必要。本文在進(jìn)行水文計(jì)算分析時(shí)，通過依靠收集到的博爾塔拉河溫泉水文站和烏爾達(dá)克賽河阿合奇水文站年最大洪峰流量、逐日流量、逐月降水、蒸發(fā)、氣溫和泥沙等基礎(chǔ)水文資料，對(duì)查安塞溝流域泥沙變化進(jìn)行計(jì)算分析，可為在查安塞溝渠首以上區(qū)域進(jìn)行水資源開發(fā)利用和水利工程建設(shè)提供基礎(chǔ)依據(jù)。