托克逊县乌斯通沟水库径流量分析

木娜瓦尔·买买提

（新疆维吾尔族自治区吐鲁番水文勘测局，新疆 吐鲁番 838000）

地处天山中段天格尔山东部低山区的乌斯通沟，最高山峰海拔3981 m，流域平均高程2045 m。拟建的乌斯通沟水库位于托克逊县伊拉湖乡西南侧乌斯通沟沟口以上1.4 km 处，距县城65 km，控制流域面积616 km2，根据水库建设需要，对水库径流量进行分析。

1 径流影响因素

1.1 河流水系

乌斯通沟为阿拉沟河的下游支流之一，发源于阿拉沟河右岸的天山支脉阿勒古尔乌拉山东南麓，属狭长的树枝状水系，河流出山口后，流经山前洪积扇汇入阿拉沟河。出山口以上控制流域面积617 km2，河长68 km，河槽坡度46‰。阿拉沟河发源于天格尔山南侧和阿拉沟山北侧，上游由阿拉沟、夏尔沟、乌拉斯台沟三大支流汇合后进入托克逊县境内，下游接纳支流—艾维尔沟后流出山口，阿拉沟水文站以上控制流域面积1861 km2，多年平均径流量1.325×108m3。乌斯通沟流域水系分布情况见图1。

图1 乌斯通沟流域水系

1.2 气候

托克逊县属典型大陆性暖温带荒漠气候，光热资源丰富，多年平均气温10.1℃，无霜期可达219 天，降水量5.7 mm，年均风速8 m/s，素有“风库”之称。阿拉沟多年平均降雨量44.6 mm，历年最大85.7 mm，日最大27.4 mm。自然降雨和积雪融水是乌斯通沟径流主要来源，其中夏季占72.2%；9 月至次年5 月占27.8%。

2 参证站径流分析

2.1 主要参证站的选择

乌斯通沟是阿拉沟河一条支流，阿拉沟水文站与乌斯通沟河青年渠首距离约为20 km，集水面积为1861 km2，多年平均径流量为1.331×108m3(2016 年)；克尔古提水文站位于乌斯通沟河以西约100 km 处，集水面积1016 km2，多年平均径流量1.231×108m3。本次计算将阿拉沟水文站作为主要参证站进行分析，原因如下：

（1）两河均发源于天山南坡，同为西东流向，流域概况及河流特性较相似。

（2）两河流域为相邻流域，处在同一个气候区内，北来及西北来水汽对两河源头的山区降水影响较为一致。

（3）阿拉沟水文站有连续61 年的实测径流资料，且精度较高。

2.2 参证站径流系列分析

阿拉沟水文站为国家基本水文站，于1956 年设立，1956 年～1997 年测流断面未变动，1997 年断面下迁约5 km，集水面积增加19 km2，新、旧站区间无汇入水量，也无引出水量。河道渗漏量很小，可忽略不计。水文资料可靠，径流系列一致性较好，精度较高。为了保证水文站资料与1956 年～2015 年绘制的径流深等值线资料年限一致，需对阿拉沟（二）站1956 年～2016年缺测年份和部分缺测月份的流量资料进行插补；插补方法为：年径流量是用阿拉沟站7 月～9 月平均流量与年径流量相关插补而得，各月流量是用阿拉沟站多年月平均流量占多年平均径流量的百分比反推而得。将阿拉沟站的天然年径流资料，根据矩法估算不同长度系列的统计参数。当系列长度达到50年时均值的相对差为3.10%，表明阿拉沟站的年径流资料系列相对稳定。从绘制的阿拉沟站径流量模比系数累积平均曲线（图2）和年径流量模比系数差积曲线（图3）中可以看出，系列的代表性较好。

图2 阿拉沟站年径流量模比系数累积曲线

图3 阿拉沟站年径流量模比系数差积曲线

2.3 参证站设计年径流量计算

2.3.1 设计年径流量计算

本次对阿拉沟站1956 年～2016 年共61 年的年径流量进行频率计算，理论频率曲线采用P－Ⅲ型曲线，均值采用61 年年径流量的算术平均值，CV、CS值采用适线法确定，计算成果见表1。

表1 阿拉沟站设计年径流量频率计算表

2.3.2 参证站径流成果比较

乌斯通沟水库可研设计时，阿拉沟站径流系列为1956～2012 年57 年实测系列。而本次计算采用1956 年～2016 年实测系列共61 年。通过两个阶段多年平均径流量和设计年径流量结果对比，阿拉沟站前后两个成果相对误差在0.5%以内，因次推荐采用可研成果，其结果见图4。

图4 阿拉沟水文站年径流量频率曲线图（1956 年～2012 年）

3 乌斯通沟水库坝址设计年径流量计算

3.1 拟建水库坝址概况

乌斯通沟水库拟建上坝线位于乌斯通沟沟口青年渠首上游1.4 km处，坝址以上流域平均高程2258 m，控制流域面积616 km2，占乌斯通沟流域集水面积的99.5%；下坝线位于上坝线下游370 m，控制流域面积616.3 km2，上、下坝线之间无支流汇入和流出。

3.2 坝址设计径流量的计算

（1）径流深等值线法：根据《吐鲁番盆地多年平均径流深等值线图》(2012 年1 月审查通过)量算，乌斯通沟坝址1956 年～2010 年多年平均径流量算值为0.4105×108m3。计算公式为：

表2 乌斯通沟水库坝址各区径流深和水资源量算成果表

各项参数及计算结果见表2。与乌斯通沟相邻的煤窑沟水文站位于煤窑沟河出山口的七泉湖镇煤窑沟村，在水文年限资料上相近，所以采用阿拉沟、煤窑沟站1956 年～2015 年与1956 年～2010 年长短系列订正值（平均值0.995）订正，坝址径流量为0.4084×108m3。

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（2）水文比拟法：分别以两站作为参证站，由下式计算乌斯通沟坝址多年平均径流量。

由于参证流域与设计流域集水面积相差较大，因此采用修正因子公式进行修正。其中：H设、H参为所在流域平均高程（在 1∶25 万地图中量算）；P设、P参；为流域平均降水深（1∶25 万降水深等值线图见图5）,量算结果为阿拉沟流域平均高程3420 m，流域平均降水深284.3 mm。坝址流域平均高程2258 m，流域平均降水深208.2 mm。以阿拉沟站为参证站、修正系数 KH、KP分别为0.066、0.73；以克尔古提站作为参证站，修正系数 KH、KP分别0.63、0.65，修正结果见表3。多年平均径流量2012 年阿拉沟1.325×108m3，克尔古提站1.231×108m3。

图5 乌斯通沟流域及临近站降水量等值线图

（3）多年平均径流量的确定：拟建水库坝址多年平均径流量见表3。

表3 乌斯通沟水库坝址多年平均径流量计算比较表

水文比拟法：阿拉沟河及清水河是乌斯通沟周边具有长系列水文资料的流域。但清水河流域水汽来源为天山支脉阿勒古尔乌拉山南麓，较乌斯通沟流域丰富。乌斯通沟流域水汽来源与处于同一气候区的阿拉沟流域较为一致。但其水库坝址集水面积与阿拉沟站集水面积相差较大。通过分别用修正因子（两流域平均高程、流域平均降水深）修正水文比拟法计算成果（见表3）比较分析，用流域平均降水深修正后的成果较符合该河流水文特性。

径流深等值线法：本次绘制径流深等值线图采用了1956 年～2012 年的系列值，并参照周边地区水文站的长、短系列实测径流资料来把握和控制径流深等值线的趋势和走向。因此，其量算值符合地区水文特性，而量算的结果又与其以阿拉沟水文站作为参证站用流域平均降水深修正后的结果接近，因此，本次计算推荐采用径流深等值线法（订证后）计算结果。

3.3 设计年径流量的计算

乌斯通沟流域周边主要河流年径流量统计参数值基本接近，即CV=0.32，CS/CV=5.5。本次乌斯通沟坝址设计径流量统计参数值均采用此均值。水库坝址设计年径流量计算成果见表4。本次乌斯通沟坝址设计年径流量计算成果与工程可研阶段成果一致。

表4 乌斯通沟水库坝址设计年径流量计算成果表

4 径流量成果的合理性分析

4.1 参证站成果的合理性分析

本次选择邻近长系列水文资料的阿拉沟水文站作为参证站。阿拉沟站是国家基本水文站，其水文测验及资料精度较高，水文资料成果可靠，资料代表性较好，设计径流计算采用规范的计算方法，依据可靠，方法正确，成果合理。

4.2 设计年径流量成果的合理性分析

（1）采用径流深等值线图量算值，充分考虑了周边地区长、短系列河流径流系列的多年均值，其结果与新疆地表水资源评价中的等值线图基本吻合，符合地区综合水文特性。

（2）将相邻流域测站的统计参数进行综合分析后确定计算统计参数，其设计成果具有一定的合理性。

（3）乌斯通沟上、下游无实测引水资料，通过调查，乌斯通沟年内及常年来水量较稳定，来水频率与阿拉沟河同步性较好，只是水量大小差异而已。因此，在无水文、水管资料的情况下，选用邻近有长系列资料水文站的典型年作为乌斯通沟水库坝址的设计典型年是合理的。

（4）在流域无实测来水量和引水资料的条件下，通常用流域灌溉面积粗略估算该流域来水量。乌斯通沟流域现状年实际灌溉面积6.05 万亩，其毛灌溉定额750 亩/m3，则估算乌斯通沟流域水量为0.4538×108m3；按净灌溉定额523 亩/m3估算，乌斯通沟流域水量为0.3164×108m3。由于乌斯通沟流域出山口水量基本都被引向灌区，因此说明本次估算的乌斯通沟坝址多年平均径流量0.4084×108m3的成果大致合理。

5 结语

乌斯通沟是阿拉沟河一条支流，上下游无水文站和实测引水资料，为了论证乌斯通沟沟口青年渠首上游1.4 km 处的乌斯通沟水库建设是否科学，文章以阿拉沟水文站为参证站，采用径流深等值线图法等多种方法计算河沟径流，经过比较论证，提出乌斯通沟坝址多年平均径流量为0.4084×108m3，并用流域灌溉面积粗略估算该流域来水量，经估算检验，该径流量成果合理。