拜城县黑孜河牙克捷水库径流分析

艾合买提江·艾木拉

(新疆维吾尔自治区阿克苏水文勘测局, 新疆 阿克苏 843000)

1 概况

拜城县黑孜河牙克捷水库枢纽位于黑孜河中上游黑英山下游峡谷段，距下游黑孜(三)水文站39 km，工程集水面积为3 045 km2。工程主要任务发电，同时对下游梯级电站进行出力补偿调节。水库正常蓄水位为1 500 m，相应库容为12 700万m3，调节库容为10 400万m3，电站装机容量为24 MW，保证出力为6.31 MW，多年平均年发电量为0.64亿kW·h。属Ⅱ等大(2)型工程。

黑孜河由梅斯布拉克河等6条小支流和3条山洪沟汇合而成[1-2]，该河流由北向南流经黑英山乡和克孜尔乡，最终流入克孜尔水库。

2 水利工程分析

2.1 坝址上水利工程

黑孜河上水利工程主要为上游黑英山乡黑孜河支流上3处灌溉渠首，均为无坝引水[3-4]。其中喀拉果勒渠首位于拜城县黑英山乡八大队，设计流量为1.18 m3/s，加大流量为1.50 m3/s，控制灌溉面积为7.67 km2[5]。阿吞库西渠首位于黑孜河支流阿勒吞阔什河出山口下游段，东岸枢纽设计引水流量为5.8 m3/s，设计加大流量为 7.2 m3/s。西岸灌区设计引水流量为1.5 m3/s。亚曼亚渠首位于黑孜河支流琼果勒河出山口段，渠首设计流量为 3.6 m/s，加大流量为4.6 m/s，控制灌溉面积为32 km2。

2.2 坝址下与黑孜(三)水文站区间水利工程

黑孜河西干渠引水渠首位于黑孜河右岸水库坝址下游30 km处[6]，距黑孜(三)水文站9 km。主要控制克孜尔乡、赛里木镇(牧业村)累计43.3 km2灌溉面积，现状引水流量为8 m3/s。

2.3 计算节点

黑孜河属无水文资料区，上游有多个水利工程，要建设黑孜河牙克捷水库，需对河道径流进行分析。本次水文径流分析计算是为黑孜河上拟建水库及下游水库电站服务。通过黑孜河上阿合塔西水文站、黑孜(一、二)水文站、黑孜(三)水文站、喀拉果勒渠首、阿吞库西渠首、亚曼亚渠首、西干渠引水渠首等计算节点来计算。工程分布及间距见图1。

图1 黑孜(二)水文站设计年径流量频率曲线示意

图1 牙克捷水库建设工程计算节点示意

3 径流特征及径流资料还原

3.1 径流特征

黑孜河源山体陡峻、植被较少，降水较多，山区年降水量为93.3～283.2 mm，并随海拔高程增加而增加[7]。径流主要有冰雪融水和暴雨及地下水补给[8]。汛期主要以冰雪融水补给为主，遇暴雨洪水补给期间，流量日变化较大[9]，冬季以冰雪融水与地下水补给为主，流量日变化较小。径流的年际变化相对较大，夏季(6-8月)占54.5%。

3.2 径流资料还原

为保障水库坝址处径流推算精度，将水库上游的阿合塔西水文站、黑孜(一)水文站、黑孜(二)水文站、黑孜(三)水文站径流数据进行还原计算，并将径流数据还原后推算至黑孜(二)水文站。

3.2.1阿合塔西水文站径流还原

阿合塔西水文站具有1956年10月—1959年4月完整的径流资料。该站上游引水量为黑英山乡灌溉用水，年平均灌溉引水量为0.40亿m3，灌溉用水将产生部分回归水汇入河道，回归系数取0.3，用水系数取0.7。阿合塔西水文站距下游黑孜水文站30 km。阿合塔西水文站径流资料还原后推算至黑孜水文站按下式进行计算。

Q黑孜(二)=Q阿合塔西+Q黑英山×0.7+Q区间

(1)

通过计算可将径流资料推算至黑孜(二)水文站。

按公式计算：

(2)

式中：

F——区域总面积，km2。

式中相关参数及计算结果见表1，经计算，区间多年平均年径流量为0.154×108m3。

表1 阿合塔西水文站至黑孜(二)水文站区间径流深等值线法计算结果

3.2.2黑孜(一)水文站、黑孜(二)径流还原

黑孜(一)水文站具有1959年5月—1964年12月完整的径流资料。黑孜(一)水文站1965年1月上迁 100 m，更名为黑孜(二)水文站。黑孜(二)水文站径流系列为1965年1月—1994年3月。两站相距仅 100 m，区间无引水工程和水量汇入，径流资料一致性较好。

两站上游引水量为黑英山乡灌溉用水，年平均灌溉引水量为0.60亿m3[10]，灌溉用水将产生部分回归水汇入河道，回归系数取0.3，用水系数取0.7。通过下式进行计算将两站径流资料还原：

Q还原=Q实测+Q黑英山×0.7

(3)

3.2.3黑孜(三)水文站径流还原

1994年4月，黑孜(二)水文站下迁20 km更名为黑孜(三)水文站，黑孜(三)水文站径流系列为1994年4月—2019年12月。该站上游引水量为黑英山乡灌溉用水和黑孜(二)水文站至黑孜(三)水文站区间西干渠引水量，年平均灌溉引水量为0.75亿m3，克孜尔乡多年平均灌溉引水量为1.00亿m3。2008—2019年，拜城水利局提供了黑孜(三)水文站以上4个渠首年引水量(见表2)。

表2 2008—2019年4个渠首年引水量 万m3

黑英山乡灌溉用水将产生部分回归水汇入河道，回归系数取0.3，用水系数取0.7。西干渠引水渠首灌溉回归水在黑孜(三)水文站以下，根据水量平衡原理[11]，直接叠加引水量。黑孜(二)水文站至黑孜(三)水文站之间有产流区。通过下式进行计算：

Q黑孜(二)=Q黑孜(三)+Q黑英山×0.7+Q克孜尔乡-Q区间

(4)

通过公式将径流资料推算至黑孜(二)水文站，经计算，区间多年平均年径流量为0.282×108m3(相关参数及计算结果见表3)。

表3 黑孜(二)水文站至黑孜(三)水文站区间径流深等值线法计算

4 参证站的选用

阿合塔西水文站位于水库坝址上游11 km处，黑孜(三)水文站位于水库坝址下游39 km处，黑孜(一)水文站位于水库坝址下游19 km处，黑孜(二)水文站在黑孜(一)水文站上游100 m处，相对于黑孜(三)、黑孜(一)水文站更接近水库坝址，资料系列最长。本次径流分析计算，将阿合塔西、黑孜(一)、黑孜(三)水文站径流资料还原到黑孜(二)水文站，以黑孜(二)水文站为参证站，对工程场址处径流进行分析计算。

4.1 参证站设计年径流

经插补展延后，黑孜(二)水文站有1956—2019年共计64 a连续的实测径流资料，采用频率曲线法对参证站进行设计年径流量计算。

该站年径流系列在运用矩法对系列统计参数估算的基础上，用适线法选配P-Ⅲ型频率曲线推算设计年径流量。适线时，在拟合点群趋势的基础上，侧重考虑平、枯年的点据。参证站1956—2019年年径流量频率曲线见图2，年径流统计参数及设计年径流量成果见表4。

表4 黑孜(二)水文站年径流统计参数及设计年径流量成果

4.2 区间径流量计算

工程坝址至黑孜(二)水文站区间有产流区，黑孜(二)水文站以上控制面积为3 342 km2[12]，黑孜(二)水文站到工程坝址区间产流面积为258 km2，区间河道距离约19 km。工程坝址至黑孜(二)水文站区间产流区的设计径流量分别采用水文比拟法、径流深等值线法进行径流分析计算[13]。

1) 水文比拟法

选用黑孜(二)水文站作为参证站进行多年平均年径流量的推求。黑孜(二)水文站与水库坝址区间年径流量按下式计算：

W设=(F设/F参)·W参

(5)

式中：

W设——设计站年径流量或多年平均年径流量，m3；

W参——参证站年径流量或多年平均年径流量，m3；

F设、F参——设计站和参证站的集水面积，km2。

经量算，黑孜(二)水文站集水面积为3 342 km2，区间集水面积为258 km2，黑孜(二)水文站64 a平均年径流量3.93×108m3，计算得区间多年平均年径流量为0.303×108m3。

2) 径流深等值线法

区域多年平均年径流量的计算，在1∶250 000电子地图上绘制多年平均径流深等值线图，划出本区域范围，量算等值线间的面积，采用面积加权法求得本区域多年平均径流深。径流深等值线图中区间的集水面积由工程场址量算至黑孜(二)站，按公式计算：

(6)

式中：

F——区域总面积，257.9 km2。

计算得区间多年平均年径流量为0.045 1×108m3。

3) 区间径流采用成果

区间虽然与黑孜(二)水文站在同一河内，但是降雨量差别较大，加之黑孜(二)水文站集水面积与区间集水面积相差也比较大，所以，不考虑降雨量修正的水文比拟法计算成果与区间实际情况有较大差距。采用由阿克苏水文勘测局绘制的1956—2019年渭干河流域多年平均径流深等值线图，所得成果比比拟法更为可靠，因此，推荐径流深等值线法计算成果。

5 坝址天然条件下多年平均径流量

工程坝址断面以上流域面积为3 045 km2，黑孜(二)水文站以上流域面积为3 342 km2。同样，工程坝址处设计多年平均径流量分别采用水文比拟法、径流深等值线法、用参证站多年平均径流量减去区间多年平均径流量3种方法，进行径流分析计算。

5.1 水文比拟法

计算方法同前，采用公式(5)，计算得坝址处多年平均年径流量为3.58×108m3。

5.2 径流深等值线法

计算方法同前，采用公式(6)，计算得坝址处多年平均年径流量为3.87×108m3(计算结果见表5)。

表5 坝址处径流深等值线法计算

5.3 参证站多年平均径流量减去区间多年平均径流量计算

黑孜(二)水文站1956—2019年64 a多年平均径流量3.93×108m3，减去工程坝址至黑孜(二)水文站区间径流量0.045 1×108m3，得到工程坝址处多年平均径流量为3.88×108m3。

5.4 坝址处径流采用成果

坝址以上流域虽然与黑孜(二)水文站在同一河内，但是降雨量情况有较大差别，黑孜(二)水文站集水面积与坝址以上集水面积相差虽然不大，但是用不考虑降雨量修正的水文比拟法计算成果与实际情况有较大差距。径流深等值线法成果，采用由新疆阿克苏水文勘测局绘制的1956—2019年渭干河流域多年平均径流深等值线图[12]，所得成果较比拟法更为可靠。采用参证站黑孜(二)水文站多年平均径流量减去区间多年平均径流量，得到的坝址处多年平均径流量，和直接采用径流深等值线法量算成果基本一致，推荐采用径流深等值线法量算成果。

5.5 坝址处设计年径流年

借用参证站黑孜(二)站不同频率设计年径流的统计参数：Cv=0.28，Cs/Cv=4.50，求得坝址处设计年径流量成果(见表6)。

表6 坝址处年径流统计参数及设计年径流量成果

6 结语

通过分析探讨可知，复杂河流下无水文资料的径流计算选用参证站和径流资料还原很重要，经过多种计算方法比较，径流深等值线法较科学，考虑到安全性推荐用较大的径流量，水库坝址处多年平均径流量为3.87×108m3。为保证工程科学设计，需在坝址处开展前期较系统的水文观测。为水库建设提供了科学依据。