新疆孔雀河第三分水樞紐徑流分析與計(jì)算

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（巴音郭楞水文勘測局，新疆 庫爾勒 841000）

1 概況

1.1 孔雀河第三分水樞紐概況

孔雀河第三分水樞紐位于孔雀河的中游段，建于1990 年，樞紐工程主要由攔河橡膠壩、檢修沖砂閘、左右岸進(jìn)水閘等組成。橡膠壩長20.2 m，設(shè)計(jì)過水流量為150 m3/s，校核過水流量為200 m3/s。左岸進(jìn)水閘1 孔，孔凈寬3.0 m，為開敞式手電兩用螺桿啟閉平板鋼閘門，為永豐渠引水，引水流量為6.0 m3/s。右岸進(jìn)水閘1 孔，孔凈寬2.0 m，為開敞式手電兩用螺桿啟閉平板鋼閘門，為團(tuán)結(jié)渠引水，引水流量為3.0 m3/s。為提高樞紐的引水能力，擴(kuò)大灌溉面積，需對工程引水處不同保證率的年徑流量進(jìn)行分析計(jì)算。

1.2 流域水文站網(wǎng)及水工程概況

他什店水（五）文站位于庫爾勒市塔什店鎮(zhèn)，是孔雀河上唯一的水文站，1948 年7 月11 日設(shè)立，先后經(jīng)歷7 次遷站，1982年6 月由石灰窯水文站上遷16.84 km而來，觀測項(xiàng)目包括水位、流量、降水、蒸發(fā)、氣溫、水質(zhì)，是孔雀河水量控制站，屬國家基本水文站。

他什店（五）水文站下游9.51 km處1966 年建有鐵門關(guān)水庫，鐵門關(guān)水庫壩址下游11.33 km處1968 年建成孔雀河第一分水樞紐，第一分水樞紐下游5.28 km處，1998 年建成第二分水樞紐，第二分水樞紐下游32.11 km處為第三分水樞紐位置，第三分水樞紐位置下游58.19 km有普惠水庫。流域水系及工程分布見圖1。

圖1 孔雀河水利工程及流域水系圖

2 參證站多年平均徑流分析

2.1 參證站確定

孔雀河第三分水樞紐徑流分析計(jì)算，是為擴(kuò)大灌溉面積服務(wù)，分析計(jì)算節(jié)點(diǎn)為分水樞紐處?？兹负拥谌炙畼屑~屬資料比較少的區(qū)域，由于上游有哈滿溝的暴雨洪水匯入。徑流分析計(jì)算選用孔雀河水量控制站的石灰窯水文站（1954年～1981年）年和他什店（五）水文站（1982年～2011年）為孔雀河第三分水樞紐徑流分析的參證站。兩站實(shí)測年徑流資料，均由新疆水文水資源局審查、驗(yàn)收，成果可靠。雖然他什店（五）水文站至石灰窯水文站之間河道徑流沿程變化量中，有季節(jié)性山洪溝產(chǎn)生的地表徑流量，也存在河道徑流沿程蒸發(fā)損失的情況，但影響程度非常小，可忽略不計(jì)，因此，兩站短系列年徑流資料可直接合并為長系列徑流資料。

2.2 參證站徑流系列資料插補(bǔ)

參證站1954年～2011年58年實(shí)測年徑流資料系列中，有缺測資料，如1966年10月～12月；1967年1月～4月、11月～12月；1968年1月～3月、9月和11月～12月；1969年1月～4月和9～月12月；1970年1月～5月和9月～12月；1971年1月～4月和8月～12月；1972年1月～3月；1973年12月；1974年1月～5月。為較準(zhǔn)確反映徑流過程，對缺測年份的月、年徑流資料采用歷年相關(guān)月徑流量與歷年年徑流量相關(guān)資料進(jìn)行插補(bǔ)延長。經(jīng)插補(bǔ)，得到參證站1954年～2011年連續(xù)的長系列徑流量資料，該站年徑流系列在運(yùn)用矩法對系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)估算的基礎(chǔ)上，用適線法選配型頻率曲線推算設(shè)計(jì)年徑流量。適線時，在擬合點(diǎn)群趨勢的基礎(chǔ)上，側(cè)重考慮平、枯水年的點(diǎn)據(jù)。計(jì)算的多年平均年徑流量為13.50×108m3。參證站1954年～2011年年徑流量頻率曲線見圖2。

圖2 參證站年設(shè)計(jì)年徑流量頻率曲線圖

2.3 參證站設(shè)計(jì)年徑流

按照《水利水電工程水文計(jì)算規(guī)范》（SL/T 278-2020）要求，采用頻率曲線法對參證站進(jìn)行設(shè)計(jì)年徑流量計(jì)算。該站年徑流系列在運(yùn)用矩陣法對系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)估算的基礎(chǔ)上，用適線法選配型頻率曲線推算設(shè)計(jì)年徑流量。適線時，在擬合點(diǎn)群趨勢的基礎(chǔ)上，側(cè)重考慮平、枯水年的點(diǎn)據(jù)。采用典型年法對參證站設(shè)計(jì)年徑流量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算成果見表1。

表1 參證站年徑流頻率計(jì)算成果表 單位：億m3

典型年選擇盡可能選用設(shè)計(jì)流域?qū)崪y徑流資料、選擇年徑流量與設(shè)計(jì)年徑流量盡量接近的年份。根據(jù)上述原則，在參證站徑流系列中選擇1999 年徑流量20.16 億m3、1994 年徑流量15.89 億m3、1976 年徑流量12.32 億m3、1957 年徑流量9.836 億m3，分別作為保證率為25%、50%，75%，95%的典型年進(jìn)行徑流計(jì)算。

3 孔雀河徑流損失分析

3.1 第三分水樞紐以上水工程影響分析

他什店（五）水文站以下，孔雀河第三分水樞紐以上有已建鐵門關(guān)電站水庫、石灰窯電站引水閘；孔雀河第一分水樞紐和第二分水樞紐，這些工程的運(yùn)行將對孔雀河第三分水樞紐設(shè)計(jì)年徑流產(chǎn)生影響。鐵門關(guān)電站水庫和石灰窯電站引水閘，是一座日調(diào)節(jié)水庫，對月、年徑流不產(chǎn)生影響。第一分水樞紐位于鐵門關(guān)水庫壩址下游11.33 km處。左岸進(jìn)水閘2孔，為庫塔干渠引水，設(shè)計(jì)引水流量為35 m3/s；右岸進(jìn)水閘4 孔，為十八團(tuán)大渠引水，設(shè)計(jì)引水流量為23 m3/s。第二分水樞紐位于第一分水樞紐下游5.28 km處，左岸為多浪渠引水，引水閘1 孔，設(shè)計(jì)引水流量為8.0 m3/s；右岸為新下戶渠引水，引水閘1 孔，設(shè)計(jì)引水流量為8.0 m3/s。第三分水樞紐位于第二分水樞紐下游32.11 km處，左岸為永豐渠引水，引水閘1孔，設(shè)計(jì)引水流量為6.0 m3/s；右岸為團(tuán)結(jié)渠引水，引水閘1孔，設(shè)計(jì)引水流量為3.0 m3/s。

3.2 徑流沿程損失計(jì)算

孔雀河通過他什店（五）水文站的水量流經(jīng)20.84 km后到達(dá)第一分水樞紐，經(jīng)左岸庫塔干渠和右岸十八團(tuán)大渠引出部分水量，其余水量由攔河閘下泄至孔雀河；這部分水量流經(jīng)5.28 km后到達(dá)第二分水樞紐，經(jīng)左岸多浪渠和右岸新下戶渠引出部分水量，其余水量由橡膠壩下泄至孔雀河；這部分水量流經(jīng)32.11 km后到達(dá)第三分水樞紐，經(jīng)左岸永豐渠和右岸團(tuán)結(jié)渠引出部分水量，其余水量由橡膠壩下泄至孔雀河，這部分水量再流經(jīng)58.19 km后到達(dá)普惠水庫。本次收集到普惠水庫處1999 年～2009 年的引水量和水庫下泄水量，根據(jù)同期他什店（五）水文站的年徑流量，進(jìn)行徑流損失率計(jì)算分析。

他什店（五）水文站至普惠水庫116.42 km，其間沒有其它較大的常年有水河流匯入，僅在他什店（五）水文站下游20.84 km處的第一分水樞紐處，26.12 km處的第二分水樞紐處和58.23 km處的第三分水樞紐處左右岸有引水渠將部分水量引入灌區(qū)，從第三分水樞紐以下至普惠水庫之間沒有水量引出。根據(jù)河道上下游斷面間水量平衡原理，在一定時間內(nèi)，上游斷面水量-區(qū)間引出或（+區(qū)間匯入）水量-區(qū)間河道損失水量=下游斷面水量。依據(jù)他什店（五）水文站1999年～2009年多年徑流均值20.60×108m3和普惠水庫處1999年～2009年多年年徑流均值8.910×108m3，以及第一分水樞紐處、第二分水樞紐處、第三分水樞紐處1999年～2009年多年平均引流量分別為49754×104m3、8800×104m3、3298×104m3。從他什店（五）水文站至石灰窯水文站16.84 km的河段上，區(qū)間有季節(jié)性山洪溝洪水匯入，也存在河道徑流沿程損失等情況。由于季節(jié)性山洪溝產(chǎn)生的地表徑流量對孔雀河年徑流量影響程度很小，僅為0.015×108m3；而河道徑流沿程損失量中，鐵門關(guān)水庫和河道的蒸發(fā)量及滲漏損失為0.009×108m3，在區(qū)間季節(jié)性山洪溝洪水匯入和河道徑流沿程損失量產(chǎn)生相互抵消的情況下，區(qū)間因素對他什店（五）和石灰窯水文站年徑流量影響程度較小。石灰窯水文站1984年已撤銷，后續(xù)無觀測資料。采用水文站和水管站實(shí)測多年平均年水量，以及他什店（五）水文站至普惠水庫之間各分水樞紐處的引出水量和相對位置關(guān)系，考慮了由上自下推演時各引水樞紐水量引出因素，根據(jù)河道上下游斷面間水量平衡原理，分析推算出他什店（五）水文站至普惠水庫處平均每公里損失率為0.350%。

4 孔雀河第三分水樞紐壩址處設(shè)計(jì)年徑流

4.1 天然條件下設(shè)計(jì)年徑流

天然狀況下，孔雀河第三分水樞紐設(shè)計(jì)年徑流推求，在不考慮上游水利工程（第一分水樞紐、第二分水樞紐）引水。根據(jù)參證站他什店（五）水文站不同保證率設(shè)計(jì)年徑流，和他什店（五）水文站多年平均年徑流，將石灰窯水文站不同保證率設(shè)計(jì)年徑流和多年平均年徑流，按他什店（五）水文站至孔雀河第三分水樞紐處平均每公里損失率，采用耗損公式推算出下游58.23 km處孔雀河第三分水樞紐壩址的設(shè)計(jì)徑流。見表2。

表2 天然狀況下孔雀河第三分水樞紐設(shè)計(jì)年徑流 單位：億m3

4.2 工況下設(shè)計(jì)年徑流

他什店（五）水文站至孔雀河第三分水樞紐之間共有2處分水樞紐水利工程，根據(jù)2處水利工程的位置關(guān)系和運(yùn)行狀況，確定水利工程對孔雀河第三分水樞紐設(shè)計(jì)徑流及年內(nèi)分配的影響。按孔雀河水量從他什店（五）水文站流至孔雀河第三分水樞紐時，河道水量在通過他什店（五）水文站流至第一分水樞紐、第一分水樞紐至第二分水樞紐、第二分水樞紐至第三分水樞紐時各河段中的水量沿程損失，及通過各樞紐時渠道的引出水量，將他什店（五）水文站不同保證率設(shè)計(jì)年徑流推演至孔雀河第三分水樞紐壩址處的設(shè)計(jì)徑流，工況情況下普惠水庫設(shè)計(jì)年徑流具體計(jì)算過程為：

1）依據(jù)他什店（五）水文站不同保證率設(shè)計(jì)年徑流情況，根據(jù)徑流沿程損失率，計(jì)算河道水量流經(jīng)20.84 km后衰減至第一分水樞紐處的年徑流，在此減去不同來水量情況下第一分水樞紐左和右岸引水渠合計(jì)引出水量，得到不同設(shè)計(jì)頻率下的第一分水樞紐以下孔雀河下泄的月、年徑流量。

2）依據(jù)第一分水樞紐以下孔雀河下泄水量的年徑流量，根據(jù)徑流沿程損失率，計(jì)算河道下泄水量流經(jīng)5.28 km后衰減至第二分水樞紐處的年徑流，在此減去不同來水量情況下第二分水樞紐左和右岸引水渠合計(jì)引出水量，得到不同設(shè)計(jì)頻率下的第二分水樞紐以下孔雀河下泄的年徑流量。

3）依據(jù)第二分水樞紐以下孔雀河下泄的年徑流量，根據(jù)徑流沿程損失率，計(jì)算河道下泄水量流經(jīng)32.11 km后衰減至第三分水樞紐處的年徑流，在此減去不同來水量情況下第三分水樞紐左和右岸引水渠合計(jì)引出水量，得到不同設(shè)計(jì)頻率下第三分水樞紐以下孔雀河下泄的年徑流量。計(jì)算經(jīng)果及結(jié)果見表3。多年平均見表4。

表3 設(shè)計(jì)工況下孔雀河第三分水樞紐壩址年徑流及年內(nèi)分配成果表 單位：104m3

表4 設(shè)計(jì)工況下第三分水樞紐壩址多年平均年徑流 單位：104m3

續(xù)表3

4.3 成果合理性分析

他什店（五）水文站至石灰窯水文站16.84 km的河段上，區(qū)間有季節(jié)性山洪溝洪水匯入，也存在河道徑流沿程損失等情況。由于季節(jié)性山洪溝產(chǎn)生的地表徑流量對孔雀河年徑流量影響程度很小，僅為0.015×108m3；而河道徑流沿程損失量中，鐵門關(guān)水庫和河道的蒸發(fā)量為0.009×108m3及滲漏損失，在區(qū)間季節(jié)性山洪溝洪水匯入和河道徑流沿程損失量產(chǎn)生相互抵消的情況下，區(qū)間因素對他什店（五）和石灰窯水文站年徑流量影響程度較小。因此，本次將石灰窯水文站1954年～1981年的年徑流資料，合并到他什店（五）水文站1982年～2011年的年徑流資料系列中，這得到的他什店（五）水文站1954年～2011年58年的長系列年徑流資料，這種處理方法是目前資料狀況下的一種解決辦法，其設(shè)計(jì)成果也具有一定合理性。

徑流沿程變化分析采用水文站和水管站1999年～2009年實(shí)測多年平均年水量，以及他什店（五）水文站至普惠水庫之間各分水樞紐處的引出水量和相對位置關(guān)系，根據(jù)河道上下游斷面間水量平衡原理，分析計(jì)算出石灰窯水文站至普惠水庫之間的平均每公里水量損失率，考慮了由上自下推演時各引水樞紐水量引出因素，徑流沿程水量損失率取值有一定合理性。

由于資料處理方法和徑流沿程變化分析方法合理，其計(jì)算思路清晰，所推求計(jì)算成果具有一定合理性。

5 結(jié)語

為了擴(kuò)大灌溉面積，需根據(jù)來水量進(jìn)行徑流核算。文中以石灰窯、他什店（五）水文站為參證站，通過將兩站資料合并，插補(bǔ)缺測資料，形成長系統(tǒng)年徑流資料。通過計(jì)算出參證站年徑流量，減去沿程損失和上游引水工程引水量，推算出第三分水樞紐壩址的各保證率的設(shè)計(jì)年徑流，為工程擴(kuò)大灌溉面積提供技術(shù)支撐。