王 進

(阿克蘇水文勘測局，新疆 阿克蘇 843000)

劃設(shè)計方面工作。

1 流域概況

1.1 地理位置

溫泉水利樞紐位于卡普斯浪河中游河段，卡木魯克水文站上游27.5 km處，水利樞紐地處拜城縣境內(nèi)。溫泉水利樞紐為卡普斯浪河上的龍頭水庫，建設(shè)任務為灌溉、工業(yè)供水、兼顧發(fā)電。

卡普斯浪河位于新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)拜城縣，是渭干河流域的五條支流之一。該河發(fā)源于天山南麓中段的哈爾克山阿依哀拉克塔克峰(海拔5 013 m)?？ㄆ账估撕恿饔虻乩砦恢媒橛跂|經(jīng)80°58′～81°36′，北緯41°43′～42°22′之間，該河東與臺勒維丘克河相鄰，西與木扎提河相鄰，北面以巍峨的哈爾克山脈為屏障，南望拜城盆地。

1.2 地形地貌

卡普斯浪河流域高山帶海拔3 200 m以上，該帶山峰陡峭，長年白雪皚皚；中山帶海拔在2 400～3 200 m之間，該帶降水豐沛，氣候濕潤，在山坡和河灘谷地生長有大片茂密的云杉林；低山帶海拔在2 400 m以下，這里氣候干燥，植被稀少，巖石裸露，沖溝縱橫，呈現(xiàn)出荒涼景象。

卡普斯浪河屬于冰雪消融補給為主的河流，流域上游發(fā)育著豐富的永久性冰川，卡普斯浪河流域冰川面積為298.7 km2，流域冰川覆蓋率為14.3%?？ㄆ账估撕恿饔蚩爵斂怂恼疽陨先丝谙∩?，有極少量的農(nóng)田。

1.3 河流水系

卡普斯浪河流域呈“扇狀水系”，流域總面積2 280 km2，流域全長92 km，平均寬約25 km，平均縱坡27.2‰。河流由北向南流經(jīng)高山帶、中山帶和低山帶后，至卡木魯克水文站為出山口?？爵斂怂恼究刂萍娣e為2 091.4 km2。水文站以下經(jīng)約3 km河流即呈散流狀，再經(jīng)約20 km的沖洪積扇后與臺勒維丘克河匯合，最終匯入木扎提河。

1.4 水文氣象

1.4.1 水文氣象

卡普斯浪河流域地處中緯度大陸深處，遠離海洋，三面環(huán)山，屬大陸性干旱氣候，其特點是：冬季寒冷，夏季涼爽，冬春較長，夏秋較短，降水較少，蒸發(fā)旺盛，空氣干燥，晝夜溫差大，春季北風多，四季變化明顯。本次采用流域內(nèi)卡木魯克水文站氣象觀測資料描述流域氣溫、降水、蒸發(fā)、風速、冰清特征。

多年平均氣溫8.2℃，極端最高氣溫38.5℃，極端最低氣溫-29.5℃；多年平均降水量158.0 mm，最大年降水量348.6 mm，最小年降水量62.5 mm，歷年最大1日降雨量53.0 mm。降水量的季節(jié)變化明顯，年內(nèi)分配不均；多年平均蒸發(fā)量(20 cm蒸發(fā)皿)2 031.4 mm，最大年蒸發(fā)量2 716.1 mm，最小年蒸發(fā)量1 403.3 mm，蒸發(fā)年內(nèi)變化較大；多年平均風速0.9 m/s，歷年最大風速為22 m/s，發(fā)生在1979年4月，年最大風速多年均值為15 m/s，年最大風速中發(fā)生頻率最高的風向為NNW；最早開始結(jié)冰日期為11月4日；最早開始解凍日期為1月2日；最早開始流冰日期為11月13日；最早開始封凍日期為12月1日；最晚開始解冰日期為3月3日；最晚終止流冰日期為3月4日；最晚全部融冰日期為3月26日；

1.4.2 徑流特征

卡木魯克水文站控制流域面積2 091.4 km2，基本控制了卡普斯浪河水量。經(jīng)統(tǒng)計，卡普斯浪河卡木魯克水文站斷面多年平均徑流量為6.898×108m3，多年平均流量為21.86 m3/s，最大年徑流量為11.115×108m3，最小年徑流量為4.802×108m3，豐枯比為2.3，年際變化不大。從多年資料統(tǒng)計看：12-2月水量占年水量的6.1%；6月至8月水量占年水量的64.6%；3-5月水量占年水量的13.9%；9-11月水量占年水量的15.4%，徑流的年內(nèi)變化較大。

1.4.3 洪水特征

卡普斯浪河流域地處天山南坡中段，河流流經(jīng)高、中、低山帶，高山區(qū)發(fā)育有大量冰川和積雪。每年夏季，隨著氣溫的上升，上游山區(qū)大量冰雪消融，形成融雪型洪水。融冰雪補給的河流最大特點是：水量年內(nèi)變化大，全年60%以上的水量集中在夏季。由于每次大的升溫，必然伴隨著消融型洪水的發(fā)生。因此，一般在7月中旬至8月上旬出現(xiàn)較強的洪峰。6-8月也是卡普斯浪河流域的暴雨多發(fā)期，受天氣系統(tǒng)的影響，流域內(nèi)海拔1 500～3 500 m的中、低山區(qū)容易產(chǎn)生大范圍或局部暴雨，形成暴漲暴落、峰高量小的暴雨洪水。

卡普斯浪河流域的洪水比較集中，主要岀現(xiàn)在5-9月份，從1957-2018年洪水資料看，年最大洪峰流量90%以上出現(xiàn)在6-8月，7月份出現(xiàn)的頻次最多，可占到50%,其次是8月份，占到27.42%。

采用卡普斯浪河出山口卡木魯克水文站實測洪峰流量、最大1日、最大3日、最大5日、最大7日洪量為樣本，用P-Ⅲ型曲線適線進行洪水頻率計算。經(jīng)過計算，卡普斯浪河出山口斷面2 000 a一遇洪峰流量為4 386.7 m3/s，100 a一遇洪峰流量為2 038.2 m3/s。水文站設(shè)計洪水成果見表1所示。

表1 卡木魯克水文站設(shè)計洪水成果表

2 水文預報方案探討

2.1 設(shè)計原則

溫泉水利樞紐水文自動測報系統(tǒng)水文預報方案編制，主要遵循以下原則：

(1)預報方案的編制應符合流域水文特性；

(2)預報方案的編制應滿足水庫運行期自身防洪度汛對水情服務的預警、預報要求；

(3)預報方案的編制應采用多種技術(shù)途徑和多種方法綜合比較，合理論證，預報模型必須理論上成熟，適應實時預報要求；

(4)作業(yè)預報時，采取逐時滾動預報，逐步校正的辦法，以提高精度；

(5)水情預報以入庫流量預報為基礎(chǔ)，結(jié)合調(diào)度和調(diào)洪情況預報水庫水位和出庫流量；

(6)水情預報應充分考慮氣象預報信息，延長預見期。

2.2 站網(wǎng)布設(shè)

站網(wǎng)的布設(shè)目的，是將河道的水文信息以水位和流量的形式反映出來，便于工程安全運行和水資源合理調(diào)度。溫泉水利樞紐水文自動測報系統(tǒng)站點位置信息見表2。

表2 溫泉水利樞紐水文自動測報系統(tǒng)站點基本情況一覽表

2.3 洪水傳播時間

溫泉水利樞紐壩址控制集水面積雖僅1 345.1 km2，但受上游冰川融水補給及暴雨補給，受氣溫及季節(jié)性暴雨影響，容易發(fā)生融冰雪型洪水、暴雨型洪水和混合型洪水。

由于溫泉水利樞紐以上流域沒有水文測站，目前沒有可供分析河道洪水傳播歷時的水文資料。根據(jù)河道距離、比降、河道寬度及下墊面情況，并結(jié)合下游水文站實測資料，初步估算上游水位站至壩址洪水平均傳播時間平均約1.5～3 h。

2.4 水文預報方案配置

溫泉水利樞紐壩址以上無水文測站，暫無水文資料進行預報方案編制。溫泉水利樞紐運行期洪水預報的主要任務是水庫大壩自身防洪，所以需要對入庫洪水進行預報；非汛期以蓄水、供水為主要任務，來水流量相對穩(wěn)定，可開展徑流預報，為水庫運用提供參考。預報方案配置如下：

2.4.1 河系預報方案

汛期在干流上游、支流阿克亞依利亞克河中下游、支流阿克塔格奧特拉克河中下游布設(shè)的水位站上進行流量巡測，建立水位流量關(guān)系；采用庫水位、出庫流量還原計算溫泉水利樞紐入庫流量；采用上游3站合并后流量和溫泉入庫流量資料建立上游三站合并流量～入庫流量相關(guān)關(guān)系，根據(jù)上游3站疊加流量預報入庫流量；或采用上游3站疊加流量和溫泉水利樞紐入庫系列資料分析參數(shù)，通過馬斯京根法以上游3站疊加流量演算至壩址預報入庫流量。除此之外，由于融冰雪型洪水變化較有規(guī)律且與氣溫關(guān)系密切，可以通過水文站實測溫度資料與巡測流量資料，建立溫度流量關(guān)系，采用溫度-水位站洪峰流量-入庫洪峰流量之間的關(guān)系，對入庫洪水進行輔助預測。

河系預報方案比降雨-徑流預報方案具有更大的確定性，可爭取約1.5～2 h預見期。但此方法可能遺漏海拔3 800 m以下區(qū)域發(fā)生的暴雨型洪水。

2.4.2 降雨徑流預報方案

工程區(qū)受季節(jié)性降水及冰雪消融影響，6-8月常發(fā)生混合型洪水。由于測報區(qū)域控制了3 800 m常年雪線以下的主要產(chǎn)流區(qū)域，為預測入庫洪水，建立降雨徑-流預報方案，以測報流域布設(shè)的5個雨量測站降雨量為輸入，預報水庫暴雨型洪水入庫流量。除此之外，結(jié)合河系預報，對上游融冰雪型洪水進行預報。兩者疊加，即可預測混合型入庫洪水。

由于流域地處干旱地區(qū)，屬于超滲產(chǎn)流，且汛期洪水中降水或融冰雪貢獻度不確定，可采用陜北模型作為產(chǎn)流模型，或研究考慮溫度影響融雪的降水水徑流模型，采用單位線、等流時線或地貌單位線作為匯流模型，河道流量演算采用馬斯京根法。

在暴雨為主要洪水來源的情況下，充分利用流域洪水的產(chǎn)匯流時間，該方案可爭取約2～3 h預見期，條件具備時，還可利用降雨數(shù)值預報進一步延長預見期。

由于前期資料缺乏，采用降雨徑流模型預報時，產(chǎn)流可先采用鄰近流域參數(shù)移植，匯流可采用基于DEM、考慮地形空間分布特性的地貌單位線，待積累資料后重新進行參數(shù)率定，完善預報方案。

2.4.3 徑流預報方案

流域枯水期降水稀少，上游部分洪溝在枯季干涸，流域產(chǎn)流主要是上游融雪在山前滲入坡地的地下水，在下游以泉水形式出露，變化較緩。流域春末夏初偶有積雪消融洪水，峰值不高歷時長，漲落變化平緩，對水庫安全危險小，與升溫過程關(guān)系密切，具有明顯的日變化特征，一般融雪型洪水是一日一峰，峰不高，洪量較大。

流域枯水期或汛前的入庫徑流預報可采用退水曲線法或前后期流量相關(guān)法，可考慮以前期降雨、氣溫因子為參數(shù)，利用實測降雨、氣溫進行預報。

根據(jù)水庫的入庫預報過程，發(fā)電、泄洪、引水等出庫流量過程，結(jié)合水庫調(diào)度規(guī)則，進行水庫調(diào)度，預報未來水庫的出庫徑流過程和水庫水位過程。

2.5 預見期及精度要求

洪水預報預見期應盡量延長，精度應盡量提高。測報區(qū)域降雨徑流預報方案基本預見期2～3 h，流量相關(guān)預報方案基本預見期1.5～2 h，枯水徑流預報方案預見期視情況可取1～7 d。由于前期缺乏資料，第一年預報可不做評定。當積累次洪資料達到一定數(shù)量，應按規(guī)范評定預報方案等級。溫泉水利樞紐水文自動測報系統(tǒng)水文預報方案預報等級要求：河系預報方案等級應為甲等，其他方案力求達到乙級精度要求。

3 結(jié)語

水文預報是水利工程防汛、抗旱、有效利用水資源以及工程運行調(diào)度的重要依據(jù)。水利工程的防洪，經(jīng)常要求錯峰、蓄洪減災等措施，因此水利工程的上游洪水如能及早預報，科學調(diào)度，可以很大程度上減輕洪水造成的災害。水情預報的準確性，可以大大提高工程的利用效率，增加工程效益。我國許多大型的水利樞紐在水文預報的精度提升后，其綜合利用效益顯著提高。在水資源嚴重缺乏的新疆，提升水文預報的精度，配合工程運行調(diào)度，可以更合理的調(diào)配水資源，極大的增加工程效益和社會經(jīng)濟效益。