疏勒河昌马旧总干第二排砂道进水闸除险加固工程水文特征分析

张 楠

（甘肃省酒泉市水利科学研究院,甘肃 酒泉 735000）

1 工程概况

昌马旧总干第二排砂道进水闸位于疏勒河昌马渠首下游16 km 处的昌马旧总干渠道上,距玉门市区22.5 km。水闸主要建筑物由节制闸、排砂闸及上、下游连接段组成,节制闸轴线与旧总干渠垂直,排砂闸位于节制闸右侧,与昌马旧总干渠呈70°夹角,布置形式为正面进水、侧面排砂,由3 孔节制闸及3 孔排砂闸组成,主要作用是拦砂排砂,从而降低昌马新、旧总干渠来水的含沙量,使较为清澈的上层水继续通过节制闸供下游灌区使用。昌马总干渠渠首是疏勒河流域主河道上的引水、防洪枢纽工程,始建于20 世纪50 年代,由进水闸、冲砂闸、泄洪闸、大坝、自溃坝等组成。进水闸3 孔,最大引水流量65 m3/s；冲砂闸3 孔,泄洪闸7 孔,防洪标准按百年一遇设计,最大泄洪流量40 m3/s；泄洪闸7 孔,最大泄流量1177.3 m3/s,第一排砂闸泄洪70 m3/s。

2 径流特征

昌马旧总干第二排砂道进水闸输水量全部来源于疏勒河,河水经昌马水库调蓄后沿河道输水至昌马总干渠渠首,经总干渠渠首引水进入昌马总干渠,总干渠输水至昌马新旧总干渠进水闸处分配给新总干渠和旧总干渠,保证下游正常输水安全。昌马总干渠渠首上游昌马峡中建成的大（2）型水库—昌马水库为多年调节型水库,该库调蓄后的疏勒河水极大地改变了昌马灌区季节性缺水,成为疏勒河流域重要的水源调蓄工程。

2.1 流域水资源时空分布特点

疏勒河流域山区河流的径流补给由冰川雪山融水和降雨补给,冰川雪山融水受山区气温等影响较大,一般汛期7 月～9 月气温高,冰川雪山融水流量大,暴雨洪水较多,河道流量较大,非汛期10 月至次年6 月河道水流流量基本稳定,因此径流的年内分配呈现汛期大,非汛期基本平稳的状况。玉门盆地地表水源主要来自于上游疏勒河河道,昌马堡水文站断面来水20 世纪90 年代平均年径流为8.50 亿m3,2006 年后连续5 年水量大于10.0 亿m3,来水量呈现前期小后期增大的态势。

2.2 径流资料插补延长

疏勒河水分配断面为昌马水库大坝断面,该断面为疏勒河出山口处径流控制断面。昌马水库大坝上游18.5 km 处有昌马堡水文站,水库大坝和水文站之间有小昌马河汇入,故昌马水库大坝断面年径流总量大于昌马堡水文站实测径流值。昌马水库大坝断面不同频率下年径流需利用昌马堡站实测径流通过相关等关系计算。

昌马水库大坝断面有5 年（1964 年～1968 年）专用水文站实测资料,1995 年甘肃省水利水电勘测设计研究院进行《昌马水库枢纽工程初步设计》时,利用昌马峡实测资料与上游昌马堡水文站相应月份的平均流量相关系数0.996,关系良好,由此插补出昌马峡自1952 年～1989 年径流系列,作为水库设计径流分析依据[1]。本次昌马旧总干第二排砂道进水闸除险加固工程径流分析过程中,仍然采用前述插补延长公式：

式中：Q峡为疏勒河昌马峡站月均流量,m3/s；Q堡为疏勒河昌马堡站月均流量,m3/s。

由昌马堡站1953 年～2018 年实测资料插补延长昌马峡站（昌马水库大坝断面）资料,作为入库径流分析的依据。

2.3 昌马水库设计年径流

利用昌马峡站（昌马水库）经插补延长后1953 年～2018 年共66 年资料系列进行频率分析计算,通过适线得：Wo=10.46 亿m3、CV=0.23、CS=2.0 CV。昌马水库入库设计年径流成果见表1。

表1 昌马水库入库年径流分析成果表

2.4 径流分析成果的合理性

通过将径流分析成果与昌马水库原设计成果进行对比,本次分析得到的昌马水库入库水量较水库初设成果略有增加,多年平均增加0.15 亿m3,平水年（P=50%）增加0.15 亿m3,但增加幅度不足1.5%,分析原因为昌马水库初设采用1953 年～1996 年资料系列分析得到结果,本次复核采用1953 年～2018 年资料系列分析成果,因资料系列延长,且2000 年以来疏勒河河水处于丰水时段,总体来水量较大,尤其近10 年河道来水呈现量增、季节分配稍有变化的趋势,分析计算采用水文参数基本相似和相近,分析方法相同,故成果合适。因此,本次昌马旧总干第二排砂道进水闸工程分析成果合理。

2.5 昌马水库水量配置

疏勒河项目建设完成以后,流域内地表水分配依据相关报告中水资源配置划分,在P=50%来水条件下,疏勒河昌马水库入库年径流量为10.123 亿m3,分配给赤金峡水库的水量7000 万m3,分配给四〇四厂的水量8275 万m3,分配给昌马灌区的水量为4.911 亿m3,分配给双塔灌区的水量为2.052 亿m3,向干海子省级自然保护区调水0.20 亿m3,水库年渗漏总量0.503 亿m3,蒸发损失0.118 亿m3,年弃水量0.811 亿m3,弃水主要是汛期洪水,弃水量用于疏勒河流域河道生态及末端湖泊湿地生态环境补水。

尽管河道来水量有所增加,但是因《敦煌水资源合理利用与生态保护综合规划》确定疏勒河流域通过节水向下游河道输水,保证河道生态,因此昌马灌区灌溉输水量按照节水后水量计量,不再增加,故配水以新的配水方案为主,本次分析水量与其他项目分析成果相近,分水水量沿用已经批复的水量。

昌马水库蓄水分配不仅在水库大坝断面控制流量,而且在昌马总干渠渠首处分水配水,故本项目引水以昌马总干渠渠首引水量为主,经昌马总干渠渠首引入总干渠的流量和总水量与新、旧总干渠分水总流量相同。

2.6 昌马总干渠引水量

昌马总干渠承担着向昌马灌区输水、向花海灌区调水的任务,疏勒河昌马水库蓄水的大部分水量由该渠道输送,渠道设计引水流量35 m3/s～65 m3/s,昌马水库分配给昌马灌区的水量4.911 亿m3、分配给花海灌区的水量7000 万m3均通过该渠道输送。据统计,近三年昌马总干渠输水量年均为7.89 亿m3/a,最大8.09 亿m3/a,最小7.63 亿m3/a,包括昌马灌区灌溉水量及疏花干渠输水量等。

3 洪水特征

昌马旧总干第二排砂道进水闸处于河道外渠道上,不在疏勒河河道上,也不在洪沟沟道上,该水闸上游侧为旧总干渠渠道和新总干渠渠道,无成洪集雨面积,故不考虑该水闸的防洪问题。

4 泥沙特征

4.1 泥沙输沙量

根据昌马堡水文站泥沙资料统计,该站多年平均悬移质输沙量为296 万t,其中历年实测最大日平均输沙率为15300 kg/s（1981 年8 月3 日）,最大断面含沙量为99.3 kg/m3,历年最小年输沙量为43.7 万t（1956 年）,最大年输沙量为880 万t（1972 年）。昌马水库坝址处多年平均悬移质输沙量为359 万t。釆用推移质输沙量占总沙量的20%来估算,水库坝址处年推移质输沙量为90.0 万t,输沙总量为449 万t。

4.2 昌马水库出库沙量

疏勒河泥沙主要集中在年内的七、八两个月内,因为这两个月是疏勒河年最大洪水的多发期,这两个月沙量占全年总输沙量的82.3%。其中七月份悬移质输沙量为160 万t,推移质输沙量为40.4 万t,输沙总量200.4 万t,占全年的44.6%；八月份悬移质输沙量为135 万t,推移质输沙量为34.4 万t,输沙总量为169.3 万t,占全年的37.7%。

根据《昌马水库枢纽工程初步设计报告》可知,水库在七月份畅泄,冲沙排沙,为满足水库灌溉要求,从八月上旬开始蓄水,七月来沙中仅悬移质沙量排除库外,推移质沙量均淤在库中,其他月份几乎无悬移质沙排出。昌马水库至该枢纽区间无支流汇入,其侵蚀模数参考昌马堡水文站,区间产沙量为3.65 万t,即该段河道携沙量。

2013 年以来,昌马总干渠渠首完成除险加固后,渠首进水闸前拦沙坎解决了推移质大颗粒砂砾石入渠的问题,使得昌马灌区总干渠输沙量大幅度降低,推移质泥沙量大幅度减少,加之上游昌马水库的蓄积沉积作用明显,水库大坝以上河段的大部分泥沙淤积在库中,水库下泄水流泥沙含量小,也减轻了渠道淤积、陡坡磨损等压力。

5 结语

1）经多年径流资料频率分析计算,疏勒河昌马水库入库年径流量为10.123 亿m3,分配给赤金峡水库的水量7000 万m3,分配给四〇四厂的水量8275 万m3,分配给昌马灌区的水量为4.911 亿m3,分配给双塔灌区的水量为2.052 亿m3,向干海子省级自然保护区调水0.20 亿m3,水库年渗漏总量0.503 亿m3,蒸发损失0.118 亿m3,年弃水量0.811 亿m3,弃水主要是汛期洪水,弃水量用于疏勒河流域河道生态及末端湖泊湿地生态环境补水。

2）昌马旧总干第二排砂道进水闸处于河道外渠道上,不在疏勒河河道上,也不在洪沟沟道上,该水闸上游侧为旧总干渠渠道和新总干渠渠道,无成洪集雨面积,故该水闸不涉及防洪问题。

3）进水闸处泥沙入渠量少,属于水库沉积推移质后的清澈水流,汛期悬移质泥沙含量随水库蓄水时段变化而变化,但入渠泥沙量较建库前大幅减少,现状项目建设段渠道纵坡较陡,水闸前泥沙量较小。