以米尔其克河为例探讨无资料地区年径流量计算

乌仁娜

(新疆博尔塔拉水文勘测局，新疆 博尔塔拉蒙古自治州 833400)

1 流域概况

米尔其克河发源于阿拉套山南坡，河源高程约4000 m，河长35 km，流域面积117 km2，是博尔塔拉河北岸众多支流中的一条支流[1]。米尔其克河北高南低，是以冰雪融水为主要补给的河流。河流平均比降47.1‰，多年平均年降水量575.2 mm。流域属大陆性暖温带干旱气候，干燥、少雨。流域降水从山区至平原，呈垂向梯级分布，降水量随着高程的增加而逐渐递增。降水量年内和区域分配不均匀。

2 流量监测

博尔塔拉水文勘测局组织相关技术人员，自2022年5月起，连续4个月，对米尔其克河开展流量监测，并进行径流分析计算。监测结果5月平均流量为0.204 m3/s、6月平均流量为0.223 m3/s、7月平均流量为0.336 m3/s、8月平均流量为0.143 m3/s。

3 水量分析

3.1 参证站选用

在无资料与少资料地区进行水文计算时，需要选择资料系列长、资料较为完整的水文站作为参证站。米尔其克河汇入的博尔塔拉河流域现有温泉水文站、精河山口水文站、博乐水文站、沙尔托海水文站及阿合奇水文站(该站1961年5月—1966年9月、1979—1993年有监测资料)5个水文站。其中，温泉水文站冰川融水比例较高，博乐水文站受人为影响较大，沙尔托海水文站距离米尔其克河较远，阿合奇水文站资料不完整，均不宜作为参证站。故本次计算选用精河山口水文站作为米尔其克河径流分析计算的参证站，该站自1956年5月开始监测至今，集水面积 1419 km2。

精河山口水文站缺少1956年1—4月的径流资料，由于精河山口水文站周边无长系列参证站，无法进行插补延长[2]。根据《博河、精河流域水资源评价及水文分析计算报告》(2001年)中的插补方法，采用精河山口水文站1957—2021年1—4月的多年平均流量作为1956年1—4月的流量，即1月平均流量为4.03 m3/s，2月平均流量为3.57 m3/s，3月平均流量为3.34 m3/s，4月平均流量为4.48 m3/s。

3.2 径流特性分析

3.2.1 径流年际变化

精河山口水文站集水区地势状况为：三面环山，山体相对平缓，中间谷地，谷地开阔。米尔其克河道为渗潜段，对径流起调节作用。从精河山口水文站实测径流资料分析，精河上游段径流量的年际变化比较平稳，1956—2021年多年平均径流量为4.689亿m3，Cv值为0.13，最大年径流量为6.050亿m3，出现在1988年；最小年径流量为3.401亿m3，出现在2013年，最大年径流量与最小年径流量比值仅为1.7倍。

3.2.2 径流年内分配

米尔其克河径流补给以高山冰雪、泉水、降雨混合补给为主，径流的年内分配比较均匀。根据精河山河水文站1956—2021年的径流资料，其年内分配春季3—5月径流量占年径流量的10.7%，夏季6—8月径流量占年径流量的63.5%，秋季9—11月径流量占年径流量的19.0%，冬季12月—次年2月径流量占年径流量的6.8%。连续最大四个月径流量占年径流量的73.5%，出现在6—9月[3]。最大月径流量出现在7月，占全年的25.2%；最小月径流量出现在2月，仅占全年的1.8%。

3.3 径流系列三性分析

采用相邻流域的精河山口水文站参证站对年径流量资料进行分析。

3.3.1 可靠性分析

精河山口水文站流量测验采用LS25-1型流速仪测流，根据率定的水位流量关系曲线推求逐日流量，其资料符合国家行业规范与标准要求。通过对精河山口水文站径流量资料的审查表明，其资料精度可以满足无资料的米尔其克河水文分析计算要求。

3.3.2 一致性分析

精河山口水文站测流断面虽然迁移3次，但迁移距离在500 m范围内，断面上游无水量调出，上游山区有少量牧民放牧，人类活动影响较小，根据规范要求，迁移距离间集水面积变化不大，低于5%的规范要求。且在迁移距离范围以内，无沟壑水量汇入，迁站前后资料一致性没有受到影响，各断面资料可以合并统计使用。

3.3.3 代表性分析

(1)长短系列统计参数对比分析。对精河山口水文站1956—2021年的年径流量系列按照不同系列长度，采用矩法计算统计参数，并与长系列进行对照，成果见表1。

表1 精河山口水文站不同时段统计参数对比

由表1可知，不同长度系列年径流量的均值和Cv值，随系列长度的增加而Cv值误差不断减小。当系列长度达到40年以上时，与长系列比较均值误差绝对值<1.06%，Cv值误差绝对值<9.8%，当系列长度达到60年以上时，与长系列比较均值误差绝对值<0.67%，Cv值误差绝对值<0.3%，这表明，当参证站年系径流量系列长度达到60年以上时，各统计参数已基本趋于稳定。

(2)年径流模比系数差积曲线分析。绘制精河山口水文站模比系数差积曲线，见图1。由图1可见，精河山口水文站年径流存在明显的周期变化，呈现出1956—1973年为丰水期，1974—1997年为枯水期，1998—2021年为丰水期三个阶段。1956—2021年径流量系列中包含了丰、枯变化的完整过程，样本系列有较好的代表性。

图1 精河山口水文站年径流模比系数差积曲线

(3)年径流收敛性分析。绘制精河山口水文站年径流模比系数累积曲线，见图2。由图2可以看出，精河山口水文站年径流量模比系数累积曲线随时间的增长越来越小，年径流量系列30年以上时，模比系数累积曲线稳定趋近1，可见系列均值有较好的代表性。

图2 精河山口水文站年径流模比系数累积曲线

(4)年径流系列代表性评价。通过精河山口水文站1956—2021年径流系列不同时段统计参数对比分析、模比系数差积曲线分析、均值收敛性分析得出结论：不同时段均值变幅在±5%以内，年径流包含了丰、枯过程，35年均值收敛在2%以内，年径流系列样本具有较好的代表性。

3.4 设计年径流计算

根据精河山口水文站径流系列资料及《博尔塔拉河、精河流域地表水资源调查评价》成果。采用长短系列比值法，来推求米尔其克河出山口断面设计年径流量。

3.4.1 参证站设计径流计算

根据精河山口水文站径流系列资料，经过频率计算，得到精河山口水文站不同频率设计年径流量成果，见表2。

表2 米尔其克河出山口断面设计径流成果

3.4.2 米尔其克河出山口断面设计年径流计算

由于米尔其克河与具有长系列年径流量资料的参证站同处于一个气候区，在径流影响因素上存在相似性。因此，采用长短系列比值法，即以精河山口水文站同期年径流量资料的比值来推求米尔其克河长系列年径流量。米尔其克河有2022年5—8月的实测流量资料。以实测资料与同期精河山口水文站进行长短系列对比。径流量分别为0.0240亿m3和0.4367亿m3。精河山口水文站2018—2021年平均径流量4.689亿m3，计算出米尔其克河平均径流量为0.049 09亿m3。

3.5 典型年的选择及设计年径流量月分配

首先根据典型年选择原则，在设计流域实测年、月径流资料中按以下原则选择：

(1)按水量相近原则选择，即选取年径流量与设计值相近的年份作为代表年，这样所选年份径流形成条件可能更加接近。

(2)按对水利工程较为不利的原则来选择，可以在多个水量相近的年份中，尽可能选择水量年内分配较为不均的年份。

(3)选择精河山口水文站作为典型年月分配过程，采用同倍比放大法，得到米尔其克河设计频率年径流量月分配成果，见表3。

表3 米尔其克河设计年径流量月分配 亿m3

4 结 语

无资料地区的年径流计算是一复杂的过程，其影响关键因素是参证站的选择。本次在实测4个月径流资料的基础上，经过比对分析，选择临近相近流域且具有代表性的精河山口水文站作为参证站，采用实测与理论计算相结合的方法，计算出米尔其克河出山口断面设计年径流量，该成果可为米尔其克河水资源开发和利用提供数据依据。