博尔斯台河木夫露水库水文计算与分析

程建云

(第九师联拓勘测设计研究有限公司，新疆 塔城 834600)

1 项目概况

博尔斯台河位于塔额盆地，为高山峡谷型河流，发源于塔尔巴哈台山，最终汇入克尔柯夏沟，河流全长约9 km，其中，峡谷段约8 km，山口以下约1 km，发源地海拔高程2300 m，河道平均比降为3.15%，有5条支流汇入，呈扇形分布。随着海拔高程的降低，流域降雨量逐渐减少。峡谷段平均海拔约1550 m，2000 m以上高山区年降雨量在500 mm以上，湿度大、气温低；海拔900～1100 m为山前倾斜平原，植被分布呈半荒漠草原类型。

木夫露水库位于博尔斯台河出山口以上约0.9 km处，库区高程1035～1043 m，坝址以上集水面积21.1 km2，是一座以灌溉和供水为主、兼顾防洪的小(1)型水库，坝型为均质土坝。水库总库容180万m3，设计洪水位1071.11 m[1]。

2 水文基本资料

博尔斯台河无水文观测站，在出山口引水渠首处设有水管站，仅有流量观测数据；各参证站实情况如表1所示，其中博尔斯台河引水渠水管站观测流量，卡琅古尔水文站、哈拉依敏水文站及乌什水水文站观测项目有：水位、流量、悬移质输沙率、水温、降水、水面蒸发、气温、水质监测。

表1 各参证站情况

木夫露水库位于博尔斯台渠首上游约400 m处，其间无支流汇入或引蓄水工程，故直接采用博尔斯台渠首断面的实测径流资料作为坝址处径流计算依据。因1958—1963年属丰水年，以卡琅古尔站为参证站，对博尔斯台河径流资料插补延长至1958年。

3 径 流

博尔斯台河河源区无永久性积雪或冰川，周期性季节融雪和降水是径流的主要组成，径流量具有季节性、与降水呈密切正相关的双重特点。博尔斯台河径流年际变化较大，径流年内分配不均。坝址处设计年径流量采用实测值修正法、径流深等值线法和径流模数法三种方法进行对比分析[2]。

3.1 实测值修正法

博尔斯台水管站测流断面位于引水干渠，内部衬砌，采用水位流量关系推算河道来水。在平、枯水期河道流量较小，干渠断面稳定，测验数据精度较高；洪水期流量较大，受引水渠首规模限制，弃水无法测量，且此工况下干渠断面冲淤变化频繁，测验精度有限，因此，需进行还原计算。

3.1.1 参证站选取

卡琅古尔河与博尔斯台河同发源于塔尔巴哈台山南坡，河流走向基本一致，水气条件基本一致，流域下垫面条件类似，且卡琅古尔站位于河流出山口处，因此，选为径流修正参证站。

3.1.2 径流修正

根据卡琅古尔水文站连续实测径流系列的年内平均分配情况对博尔斯台河洪水期径流进行修正，采用水文比拟法，公式(1)如下。

Q1=(F1/F2)n×Q2

(1)

式中：Q1、Q2为博尔斯台河、卡琅古尔河平枯水期径流，万m3；F1、F2为博尔斯台河、卡琅古尔河集水面积，km2；n为面积修正系数。

博尔斯台水管站平枯水期流量测验精度较高，满足水文观测规范要求，利用平枯水期径流资料计算n=1.19。参照卡琅古尔水文站实测多年径流资料进行博尔斯台河洪水期还原计算，得到博尔斯台水管站处多年平均径流量为411万m3，月径流成果详见表2。

3.2 径流深等值线法

根据《新疆地表水资源研究》平均径流深等值线图，博尔斯台河所在流域年平均径流深约为200 mm，木夫露水库坝址断面以上集水面积21.1 km2,坝址断面处多年平均径流按式(2)计算[3]。

W=P×F×0.1

(2)

式中：W为径流量，万m3；F为坝址断面以上集水面积，km2；P为流域年平均径流深，mm。计算得水库坝址断面处多年平均径流量为422万m3。

表2 博尔斯台河月径流成果

3.3 径流模数法

按照流域相似原则，卡琅古尔河与博尔斯台河同发源于塔尔巴哈台山北坡，以卡琅古尔站为参证站，采用径流模数法，坝址断面处多年平均径流按式(3)计算[3]。

Q=M×F

(3)

式中：Q为流量，m3/s；M为径流模数，m3/s·km2；F为集水面积，km2。参证站卡琅古尔站多年平均流量为3.8 m3/s，集水面积 349 km2，计算得其径流模数为10.89 L/(s·km2),将其径流模数移置到木夫露水库坝址断面，计算得木夫露水库坝址断面多年平均流量为0.23 m3/s，多年平均径流量为724.6万m3。

3.4 成果比选

径流深等值线法根据新疆1956—2000年平均径流深等值线图量算，是新疆地区分析计算无资料地区河川径流及地表水资源量的基础方法，具有相当地参考价值。实测值修正法是针对大流量测验数据失真问题，依据临近相似流域径流年内分配的相似性，以两站连续实测径流资料为基础，以平枯水期实测资料反推得面积修正系数，再根据卡琅古尔河洪水期资料对博尔斯台河资料进行修正计算，成果符合该区域河流基本特征，且与径流深等值线法成果基本一致，可认定可靠。

3.5 设计径流及年内分配

将博尔斯台水管站修正后的年径流系列资料进行频率曲线分析，理论频率曲线采用P-Ⅲ型曲线，以矩法估算年径流系列统计参数，经P-Ⅲ型曲线适线确定，木夫露水坝库址处频率计算结果如表3所示。

表3 木夫露水库坝址处年径流频率计算结果

木夫露水库主要任务是灌溉和饮用供水，设计代表年的年内分配根据年径流频率计算的结果，按丰、平、枯水年和偏枯水年选择典型年进行缩放。所选典型年主要考虑：①典型年年径流量应接近设计保证率的年径流量。②选择年内分配不均，对农业灌溉引、需水不利的年份。③选取若干个满足以上两个条件的实测年份，分析比较其月内分配，从中选择资料齐全、年内分配不均的年份为典型年。设计代表年的年内分配按所选典型年的年内分配同倍比缩放，得到木夫露水库坝址设计年径流及年内分配成果如表4所示。

表4 木夫露水库坝址设计年径流及年内分配情况 万m3

4 洪 水

水库坝址设计洪峰流量采用推理公式法、水文比拟法和洪峰模数法进行对比分析[4]，计算式如表5所示。

4.1 推理公式法

博尔斯台河流域设有167团气象站，其年最大一日降雨量系列基本无突变现象，整体上其模比系数单累计曲线呈直线，具有较好的一致性；降雨量系列中包含了大、中、小数据，变化周期明显，系列长度达到28 a以上时，模比系数累计平均值过程线稳定趋近于1，具有较好的代表性。博尔斯台河集水面积较小，属小流域洪水，采用式(4)～式(5)计算。

Qn p=0.278φSpF/τn

(4)

(5)

式中：Qm p为设计洪峰流量，m3/s；φ为洪峰径流系数；Sp为设计雨力；τ为汇流时间，n为暴雨衰减系数；L为河流长度，km；m为汇流系数；J为河道平均比降。

4.2 水文比拟法

采用相邻流域水文分区内有较长洪峰流量系列的卡琅古尔站为参证站，对其进行系列代表性分析。

1993.5.25卡琅古尔河发生雨雪混合型洪水，卡琅古尔站洪峰流量达到建站以来最大值127 m3/s，洪水洪量达2921万m3。经调查，认定其为该河历史上最大洪水，其历史重现期为60 a。

水文比拟法采用径流修正相同公式计算，参照临近流域已有成果计算得洪峰折算系数为0.106，计算得到木夫露水库坝址设计洪峰流量。

4.3 洪峰模数法

选用卡琅古尔站为参证站，采用洪峰模数法计算水库坝址处设计洪峰流量，计算公式与模数法计算径流一致。

4.4 成果比选

水文比拟法是无资料地区常用的移植水文相似区实测资料特性计算设计洪水的方法，博尔斯台河与参证站洪水要素高度相似，能较好地移植代表本河流洪水特性，且计算结果与推理公式法比较接近,其成果可靠。

4.5 设计洪量

该地区洪水历时一般在3～7 d，因此，分析最大1 d、3 d、7 d设计洪量。以卡琅古尔站实测历年最大1 d、3 d、7 d各时段洪量，采用数理统计法以P-Ⅲ型曲线进行适线，采用洪量模数法计算坝址处设计洪量，其成果如表6所示。

表5 设计洪峰流量计算成果

表6 木夫露水库坝址设计洪量成果

4.6 水位流量关系

根据河床组成、河道变化情况和两岸植被情况，确定糙率n=0.035,采用稳定均匀流公式计算水库坝址水位-流量关系曲线，其成果如图1所示。

图1 木夫露水库坝址水位-流量关系曲线

5 结 语

为满足灌溉和饮水供水需求，在博尔斯台河上拟修建木夫露水库。根据特点，通过选取卡琅古尔水文站、哈拉依敏水文站、乌什水水文站为参证站，对博尔斯台河水管站实测资料进行修正和插补延长，采用不同方法对坝址处设计径流和洪水进行计算、比选论述和分析，最终得到了博尔斯台河水文计算与分析成果。通过木夫露水库建设与运行情况来看，该分析和计算成果是合理的。