喬拉布拉水庫水文分析計算

李仁豪

（第九師聯拓勘測設計研究有限公司,新疆 塔城 834601）

1 流域及工程概況

喬拉布拉河位于中哈邊境的塔爾巴哈臺山以南,塔額盆地北端,發源于塔爾巴哈臺山東段,由北向南,出山口后流程大約28 km,散失于山前沖積平原。喬拉布拉河水系屬于扇形水系,河流上游有4條支流,在距離出山口上游2.8 km處匯入喬拉布拉干流。喬拉布拉河出山口以上平均海拔為1815 m,平均縱坡為7.6%。河流兩岸植被生長較好。流域內無永久性積雪和冰川發育,徑流補給來源主要是季節性融雪水、降雨和地下水。

擬建的喬拉布拉水庫位于喬拉布拉河出山口上游1.6 km處,是一座以農業灌溉、防洪為主,兼顧工業和人畜供水的具有綜合開發任務的水利樞紐工程。水庫行政區歸屬額敏縣,庫區在第九師一六六團范圍內,下游500 m處為喬拉布拉河渠首。工程興建后,可存蓄夏季洪水及冬季棄水,緩解灌區供需水矛盾,同時能提高下游防洪工程標準,減輕防洪負擔,減少洪災損失,使灌區各族人民生命財產安全得到保障。

2 水文資料

喬拉布拉河未設水文觀測站,只有一六六團在出山口引水渠首處設有水管站,該水管站是為灌溉服務的,1964年設站至今,僅觀測流量。水管站的測流斷面位于引水干渠處,該河平、枯水期水量較小,因干渠采用襯砌型式,斷面穩定,采用水位流量關系推算河道來水,在此期間,所測河道來水精度較高；洪水期因流量較大,斷面沖淤變化較大,測驗采用一點法,每日進行兩次觀測,測驗精度有限。平枯水期流量觀測資料符合國家規范的要求,可以作為設計依據。但是由于洪水期觀測次數較少,不能滿足規范要求,需要進行還原計算。

在塔額盆地與其臨近的且有較長系列實測資料的水文站有3處,分別是卡瑯古爾站,沙烏什水站和哈拉依敏站,測站的基本情況見表1。

表1 各參證站情況

3 參證站的選取

由于水管站實測徑流資料洪水期精度不足,難以滿足水文分析計算要求,因此選擇卡瑯古爾河上的卡瑯古爾站作為參證站進行計算[1-2]。喬拉布拉河與卡瑯古爾河同位于塔爾巴哈臺山南坡,徑流補給來源一致,氣候、流域植被覆蓋率等條件基本一致,流域平均海拔高程較為接近,所以兩河流年內分配相近。通過修正后長系列年徑流系列,與塔額盆地其它幾條同源于塔爾巴哈臺山的河流對比分析,年徑流豐、平、枯周期和徑流年內分配均存在相似性。根據喬拉布拉河現有完整年資料與卡瑯古爾水文站同期資料建立相關關系,通過信度α=0.01的檢驗,相關顯著,相關系數達0.96,因此,喬拉布拉河多年平均年徑流計算成果符合該區域河流的基本特征。

4 徑流分析

由于喬拉布拉水管站觀測的僅是渠首的引水流量,平枯水期流量較小,觀測精度較高,誤差較小,而在洪水期（4月～5月）受引水渠首規模的限制,當遇到較大洪峰時,有部分棄水無法實測到,所觀測的流量不能完全反應河道的天然來水。為保證徑流分析計算的準確性,多年平均凈流量計算采用水庫壩址處實測值修正法確定,并用徑流深等值線法進行驗證,用頻率分析法確定年徑流系列統計參數,最后確定豐、平、偏枯、枯4個典型年的年內徑流分配。

4.1 實測值修正法

選用卡瑯古爾站作為徑流修正參證站,利用平枯水期徑流資料計算出水文比擬法中的面積修正系數n（公式1）。

式中：Q1為喬拉布拉河平枯水期徑流,萬m3；Q2為卡瑯古爾河平枯水期徑流,萬m3；F1為水庫壩址以上集水面積,km2；F2為卡瑯古爾站集水面積,km2；n為面積修正系數。

根據喬拉布拉水管站與卡瑯古爾站平枯水期實測徑流,計算的水文比擬法中的面積修正系數為0.99。然后采用水文比擬法,利用卡瑯古爾水文站實測多年徑流資料進行喬拉布拉河洪水期4月、5月平均徑流量的還原計算。經計算,以卡瑯古爾站為參證站推算的喬拉布拉水管站處多年平均徑流量為1657.94萬m3。

4.2 徑流深等值線法

根據《新疆1956-2000年平均徑流深等值線圖》,喬拉布拉河所在流域年平均徑流深約為370 mm,喬拉布拉水庫壩址斷面以上集水面積44.6 km2,則喬拉布拉水庫壩址斷面處多年平均徑流量按公式（2）計算[3]。

式中：W為徑流量,萬m3；F為水庫壩址斷面以上集水面積,km2；P為流域年平均徑流深,mm。

經計算,水庫壩址斷面處多年平均徑流量為1650.2萬m3。

4.3 徑流的年內分配

以上2種方法計算得到的多年平均徑流量相差不大,選用實測值修正分析后計算結果,即流域多年平均徑流量1657.94萬m3。將喬拉布拉水管站修正后的年徑流系列資料進行頻率曲線分析,理論頻率曲線采用P-Ⅲ型曲線,以矩法估算年徑流系列統計參數[4-5]。經P-Ⅲ型曲線適線確定,喬拉布拉水壩庫址處頻率計算結果見表2。

表2 水庫壩址處年徑流量頻率計算結果表

喬拉布拉水庫主要任務是灌溉和防洪,設計代表年的年內分配,根據年徑流頻率計算的結果,選擇豐水年、平水年、偏枯水年和枯水年作為典型年進行縮放。所選典型年主要考慮2個原則：①年徑流量接近設計保證率；②年徑流系列對防洪和灌溉不利。選取若干個滿足以上兩個條件的實測年份,分析比較其月內分配,從中選擇資料齊全、年內分配不均的年份為典型年。設計代表年的年內分配按所選典型年的年內分配同倍比縮放,結果見表3。

表3 水庫壩址設計年徑流及年內分配

5 洪水計算

喬拉布拉河洪水過程多為單峰型,一次洪水歷時相對較短,一般在3日以內,最長不超過7日,因此需分析計算水庫壩址最大1日、3日、7日設計洪量和7日洪水過程。由于喬拉布拉水庫壩址無實測的洪水過程線,采用相鄰流域水文分區內有較長洪峰流量系列的卡瑯古爾站為參證站進行計算。

5.1 設計洪峰流量

應用水文比擬法推求喬拉布拉水庫壩址設計洪峰流量?？ì樄艩栒竞樗盗邪舜?、中、小洪峰點據,豐、平、枯周期明顯,洪峰流量模比系數累計平均值過程線穩定趨近于1,可以認為其系列資料對于總體分布具有較好的代表性。參照公式（1）及卡瑯古爾站設計洪峰流量成果,計算得到喬拉布拉水庫壩址設計洪峰流量,見表4。

表4 水庫壩址處設計洪峰流量成果

5.2 設計洪量

以植被條件、洪水成因和發生時間上均比較一致的卡瑯古爾河作為參證河流,采用洪量模數法將卡瑯古爾水文站的設計洪量模數移至喬拉布拉水庫壩址處,由式（3）求得喬拉布拉水庫壩址不同頻率設計洪量成果見表5。

表5 水庫壩址設計洪量成果表

式中：W設、W站分別為水庫壩址斷面和參證水文站斷面的設計洪量,萬 m3；F設、F站為水庫壩址斷面及參證水文站斷面所控制的流域面積,km2。

5.3 設計洪水過程線

選擇卡瑯古爾水文站實測的1993年大洪水過程為典型洪水,其洪水過程呈單峰,陡漲陡落,一次洪峰流量達127 m3/s,且此次洪水過程完整,觀測精度較高,可為水庫調洪演算和水庫安全設計提供可靠的依據。參照該站此次洪水過程,模擬出設計流域設計洪水過程。典型洪水過程線的縮放計算,采用同頻率放大法,根據洪水期特征參數計算各重現期的設計值,洪峰與不同時段洪量系列采用不同縮放倍比K值[6-7]。各時段縮放倍比按照公式（4）～式（7）計算。

式中：Qp、Wp為設計洪水過程的峰量值；Q典、W典為典型洪水過程的峰量值。

采用不同頻率的縮放倍比以及卡瑯古爾水文站的典型洪水過程,對不同時段節點處,按水量平衡原則進行修正,確保各時段洪量與設計洪量值一致。計算得到的喬拉布拉壩址的設計洪水過程線成果見圖1。

圖1 水庫壩址不同頻率洪水過程線

6 結語

（1）通過選取卡瑯古爾水文站作為參證站,對喬拉布拉河水文數據進行修正,計算得到了壩址處的洪峰、洪量和洪水過程,計算結果能較好的代表本區域水文特性,具有較強的可靠性,可為喬拉布拉水庫設計提供依據。

（2）喬拉布拉水庫建成后,可通過建設水文測報系統對水文數據進行收集、分析、整理,通過一定時期的流域降水、徑流資料的積累,分析建立流域降雨徑流模型,可為水庫的水資源利用、防洪調度創造有利條件。