司洪亮

(塔城水文勘測局，新疆 塔城 834700)

水庫入庫水量參數(shù)對既有水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)具有較大的影響，合理確定入庫水量是正確分析水庫安全和效益的前提[1-2]。以烏蘇市西湖水庫為例，通過水文數(shù)據(jù)收集對水庫入庫流量進(jìn)行分析，為后續(xù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)提供參考。

西湖水庫最大壩高8.05 m，壩頂長1 345 m，壩頂高程為393 m，正常蓄水位391 m，總庫容145×104m3，有效庫容137×104m3，死庫容8×104m3；水庫放水涵洞型式為預(yù)埋涵管(螺旋縫焊管)，長度70 m，管徑0.7 m；非常溢洪道為敞開式，長度342.7 m。

1 入庫水量的組成

西湖水庫位于平原區(qū)，庫區(qū)無天然地表水直接進(jìn)入，但地下水儲量較為豐富，庫區(qū)西南側(cè)現(xiàn)有4眼自流井，單井涌水量平均在60 m3/h左右，在冬季(11-3月)長達(dá)5個(gè)月的時(shí)間里，自流井的水耗散于皇宮溝內(nèi)，為了利用冬季自流井水資源，在皇宮溝邊建成一座容量為10×104m3左右的蓄水塘壩，但因容量太小，仍有自流井冬閑水大量散失。在主要承擔(dān)為水庫除險(xiǎn)加固工程提供水文分析計(jì)算的同時(shí)，對入庫水量進(jìn)行了力所能及的調(diào)查與監(jiān)測，對西湖水庫的入庫水量有了進(jìn)一步的了解。

西湖水庫的入庫水量主要有(1)自流井引水注入；(2)通過喇嘛溝干渠及匯通渠引入四棵樹河地表水注入。

2 入庫可引水量的估算

2.1 可引入四棵樹河地表水量

根據(jù)2002年4月匯通農(nóng)場與烏蘇市水利局簽訂的供水協(xié)議，目前年供水量400×104m3，按照供水協(xié)議和供水計(jì)劃，匯通農(nóng)場每年可從甘河子鎮(zhèn)支渠匯通農(nóng)場分水閘引入四棵樹河地表水量400×104m3，計(jì)量點(diǎn)為匯通農(nóng)場分水閘，引入水量經(jīng)4 km長的匯通渠和約1 km長的天然渠道然后進(jìn)入西湖水庫。具體引水時(shí)間由匯通農(nóng)場提出供水計(jì)劃，每年分若干次引入400×104m3水量。選取四棵樹河吉勒德水文站作為參證站。

2.1.1 參證站徑流系列一致性分析

吉勒德水文站自建站至今測驗(yàn)斷面經(jīng)過兩次遷移，前后集水面積相差較小，流域氣候和下墊面條件基本穩(wěn)定，資料系列具有一致性。

2.1.2 參證站徑流系列可靠性分析

四棵樹河吉勒德站為國家基本水文站，是四棵樹河水量控制站，其流量測驗(yàn)采用的儀器、計(jì)算方法為行業(yè)規(guī)范推薦和允許使用，資料可靠、精度較高。

2.1.3 參證站徑流系列代表性分析

1)不同長度系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)對比分析

從吉勒德站水文站年徑流量長短系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)對照分析中可以看出，徑流年際變化相對較大，短系列年徑流量均值與長系列相比，其最大差值在40%以內(nèi)。當(dāng)系列長度達(dá)30年以上時(shí)，短系列年徑流量均值與長系列差值穩(wěn)定在3.0%以內(nèi)，短系列Cv值與長系列差值穩(wěn)定在5.0%以內(nèi)(見圖1)。說明吉勒德水文站站1955-2007年53年徑流系列已有了一定的代表性(見圖2)。相對偏差采用以下公式計(jì)算：

均值相對偏差=(W短-W長)/W長×100%

(1)

Cv值相對偏差=(Cv短-Cv長)/Cv長×100%

(2)

圖1 年徑流量長短系列統(tǒng)計(jì)

2)年徑流模比系數(shù)累積平均曲線分析

吉勒德水文站自建站至2007年有53年完整連續(xù)的資料系列，徑流系列均值最大與最小之比為2.3，變差系數(shù)Cv值為0.16，年際變化較小。當(dāng)徑流資料系列達(dá)30年以上時(shí)，相對多年均值而言統(tǒng)計(jì)參數(shù)已較穩(wěn)定，模比系數(shù)累計(jì)平均值趨近于1(見圖3)。

圖2 吉勒德水文站歷年年徑流量過程線

圖3 吉勒德站年徑流量模比系數(shù)累積平均曲線

3)年徑流模比系數(shù)差積曲線分析

吉勒德水文站徑流系列模比系數(shù)差積曲線中包含了一個(gè)完整的豐、平、枯水變化周期(見圖4)。

圖4 吉勒德站年徑流量模比系數(shù)差積曲線

綜合上述三個(gè)方面的分析，吉勒德水文站53 a徑流資料系列，已包含了兩個(gè)完整的豐、平、枯水變化周期。當(dāng)徑流資料系列長度達(dá)到30 a時(shí)，Cv值基本趨于穩(wěn)定，但均值穩(wěn)定性與Cv值相比不夠穩(wěn)定，可大致反映該河年徑流系列的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。

4)設(shè)計(jì)徑流及年內(nèi)分配

按P-Ⅲ型頻率曲線，吉設(shè)計(jì)年徑流量計(jì)算成果見表1，年徑流量頻率曲線圖見圖5。

表1 設(shè)計(jì)年徑流量計(jì)算成果表

圖5 年徑流量頻率曲線圖

由頻率計(jì)算成果，根據(jù)典型年的選擇原則，選取西湖農(nóng)場與烏蘇市水利局簽訂供水協(xié)議后的年份作為典型年，即選取吉勒德水文站2005年作為典型年，采用同倍比縮放，得到吉勒德水文站保證率為50%、75%的來水量月分配過程，見圖6。

圖6 吉勒德水文站保證率為50%、75%的來水量月分配過程

新渠首龍口引水能力為22.0 m3/s，四棵樹河道來水流量大于新渠首龍口引水流量按22.0 m3/s計(jì)算，匯通渠按分水比例計(jì)算的數(shù)據(jù)與渠道輸水能力進(jìn)行了比較，渠道分配的流量大于渠道的輸水能力0.25 m3/s，按輸水能力進(jìn)行計(jì)算。

2.2 可引入自流井水量

烏蘇西湖水庫庫區(qū)西南側(cè)有4眼自備自流井，單井出水量平均為60 m3/h，其中，以軋花廠一眼自流井出水量最大。根據(jù)實(shí)地調(diào)查，4眼自流井現(xiàn)僅有軋花廠一眼自流井出水，其余3眼自流井都沒有出水。向當(dāng)?shù)卦儐柫私猓f辭不一，有的說沒有出水的自流井一部分是因?yàn)樘?、?bào)廢造成的，也有的說是因地下水位下降而不出水，此問題還需進(jìn)一步了解。2006年東方農(nóng)場和林家在西湖水庫南測新打了兩眼井，均為自流井。

在調(diào)查期間，對軋花廠自流井的出水量進(jìn)行3次流量測驗(yàn)，對東方農(nóng)場自流井的出水量進(jìn)行2次流量測驗(yàn)(表2)，軋花廠3次測驗(yàn)數(shù)據(jù)相差不大，3次實(shí)測平均流量為0.028 m3/s(單井出水量相當(dāng)于100 m3/h)，按照實(shí)測平均流量0.028 m3/s作為非澆灌期(11-3月)的平均溢出流量。

表2 自流井實(shí)測流量成果表

東方農(nóng)場按照實(shí)測平均流量0.026 m3/s的1.2倍作為非澆灌期(11-3月)的平均溢出流量，將0.026 m3/s×1.2=0.031 2 m3/s作為非澆灌期(11-3月)的平均溢出流量，澆灌期(4-10月)自流井水幾乎全部用于灌溉，因此計(jì)算時(shí)澆灌期水量按0處理，據(jù)此可估算出東方農(nóng)場自流井全年溢出水量。

全年及各月計(jì)算結(jié)果見表3。由表3可知：軋花廠自流井可引入水庫的徑流量為36.53×104m3/a，東方農(nóng)場自流井可引入水庫的徑流量為40.70×104m3/a，林家自流井可引入水庫的徑流量為32.56×104m3/a。

綜上，西湖水庫可引水量為自流井引水量109.80×104m3，與四棵樹河不同保證率地表可引水量之和，即保證率為50%年可引入庫水量為422.9×104m3，保證率為75%年可引入庫水量為403.5×104m3。西湖水庫保證率為可引水量計(jì)算成果見圖7。

表3 西湖水庫自流井可引入庫年徑流量及年內(nèi)分配表 流量：m3/s，水量：104m3

圖7 西湖水庫可引水量計(jì)算成果

3 結(jié)語

西湖水庫地處平原區(qū)皇宮溝中段，與上游諸河流沒有天然地表水聯(lián)系，該水庫屬平原區(qū)引水注入式水庫，有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1)該農(nóng)場為充分利用當(dāng)?shù)厮Y源，以蓄冬閑水為主。

(2)水庫是河灌面積引水澆灌的唯一通道，即目前匯通農(nóng)場非井灌區(qū)的5 000畝耕地完全靠水庫供水。

(3)引用的入庫水量除受天然水文情勢影響外，還受人為控制的影響很大。如從四棵樹河引水只能在供水計(jì)劃以內(nèi)，絕不能多引水，引水次數(shù)、引水時(shí)間也受人為控制。