何向東

(阿克蘇水文勘測(cè)局,新疆 阿克蘇 843000)

1 概述

木扎提河為渭干河源流,主要位于阿克蘇地區(qū)拜城縣境內(nèi)。河流經(jīng)出山口后折向東流,依次接納卡木斯浪河、臺(tái)勒維丘克河、卡拉蘇河、黑孜河,注入克孜爾水庫(kù)。流域出山口以上范圍界于東經(jīng)81°6′～80°15′,北緯41°47′～42°23′之間,河長(zhǎng)117 km(至河源),集水面積2 845 km2。流域海拔最高6 769 m,源區(qū)冰雪資源極為豐富,發(fā)育有冰川295條,冰川面積1 235 km2,占流域山口以上集水面積的43%,為新疆冰川面積覆蓋比例較大的河流之一。冰川類(lèi)型有山谷冰川、冰斗冰川、坡面冰川、懸冰川等。

源流自木扎爾特冰川末端向西南流約4 km,在左、右兩岸分別接納支流塔格什河和卡拉交勒河后折向南,下行15 km后在右岸接納支流土格別里其河轉(zhuǎn)向東南,又流經(jīng)17 km后復(fù)轉(zhuǎn)南流,其間兩岸接納7條較大支流,最終在阿合布隆引水樞紐以下流出山口進(jìn)入山前沖積扇平原區(qū)。

徑流以冰川融水補(bǔ)給為主,出山口處破城子水文站多年平均徑流量為14.23億 m3, 主要集中在夏季6、7、8月,占全年徑流量的69.7%;洪水以融冰融雪型為主,水文站實(shí)測(cè)最大洪峰流量為635 m3/s;屬于多沙河流,水文站實(shí)測(cè)多年平均實(shí)測(cè)含沙量為3.58 kg/m3。

擬建水庫(kù)工程屬于木扎提河龍頭控制性樞紐工程,具有灌溉、防洪、工業(yè)供水兼顧發(fā)電,推薦壩址位于破城子水文站上游34.5 km(河道距離) 處,控制流域面積2 273 km2。

2 徑流時(shí)空分布

木扎提河流域冰川豐富,破城子水文站以上流域內(nèi)冰川面積比例高達(dá)43%,是徑流的主要產(chǎn)流區(qū)。冰川雪線(xiàn)以上降水量可達(dá)800 mm;經(jīng)中、低山區(qū)到河流出山口處一般在300 mm,進(jìn)入拜城盆地后降水量?jī)H為100 mm。降水的垂直地帶分布使河川徑流沿程有相應(yīng)變化,按其產(chǎn)流特征可分為三個(gè)區(qū):(1)高山區(qū),此區(qū)冰川消融源源不斷補(bǔ)給河川徑流,是河流的徑流主要形成區(qū)。(2)中低山區(qū),此區(qū)降水量明顯減少,但地下水、泉水補(bǔ)給量相對(duì)加強(qiáng),隨集水面積的增加,河川徑流量增加的幅度不如前一區(qū)大。(3)山間沖積平原區(qū),河流經(jīng)出山口后徑流沿程滲入地下補(bǔ)給地下水,在下游地下水出露又逐步補(bǔ)給地表徑流,該區(qū)域產(chǎn)流能力較弱。

2.1 徑流年內(nèi)分配

木扎提河以冰川積雪融水補(bǔ)給為主,徑流年內(nèi)過(guò)程與氣溫變化關(guān)系密切。依據(jù)破城子水文站 1957～2020 年逐月徑流資料統(tǒng)計(jì),可知徑流年內(nèi)分配不均,徑流主要集中在夏季 6、7、8 月,占全年徑流量的 69.7%。破城子水文站多年平均徑流年內(nèi)分配見(jiàn)表1。

表1 破城子水文站多年平均徑流年內(nèi)分配表(1957-2020)

2.2 徑流年際變化

依據(jù)破城子水文站1957-2020年逐月徑流系列分析木扎提河徑流年際變化,如表2所示,年徑流量豐枯比僅為1.81,可知木扎提河年際變化較小,徑流年際較穩(wěn)定。符合冰川積雪融水補(bǔ)給型河流的徑流特性。

表2 破城子水文站多年平均徑流特征表(1957-2020)

3 資料搜集及三性分析

本次計(jì)算所采用的資料均來(lái)自經(jīng)過(guò)整編、刊印的水文年鑒破城子水文站資料,水文站測(cè)驗(yàn)方法、整編方法均符合相關(guān)規(guī)范要求,資料來(lái)源和成果可靠。水文站以上基本無(wú)用水,徑流過(guò)程可認(rèn)為是天然狀態(tài),無(wú)需還原,具有1957-2020年連續(xù)觀(guān)測(cè)資料,無(wú)需插補(bǔ)延長(zhǎng)。

破城子水文站控制流域受人為影響較小,基本呈天然狀態(tài),2015年之前破城子水文站以上流域僅英買(mǎi)里村、瓊阿爾帕連、破城子牧業(yè)隊(duì)、芒達(dá)勒克村零星用水;2015 年之后上游開(kāi)建有木扎提河三級(jí)水電站,2018年建成運(yùn)行,為中型引水式工程,電站尾水投入點(diǎn)位于水文站上游,該電站為純發(fā)電項(xiàng)目,不對(duì)洪水進(jìn)行調(diào)節(jié),可認(rèn)為破城子水文站以上流域條件具有一致性。破城子水文站原名為阿合布隆水文站,控制流域面積2 681 km2;1982年上遷6 km改名為破城子水文站,并同期觀(guān)測(cè)半年,控制流域面積2 667 km2;2016年起下遷6 km,改名為破城子(二)站,觀(guān)測(cè)至今,控制流域面積2 681 km2。阿合布隆水文站、破城子水文站控制流量面積僅相差0.5%(14 km2),1982年6-12月同期觀(guān)測(cè)資料反映徑流量?jī)H相差0.7%。考慮兩水文站觀(guān)測(cè)資料差異較小,可認(rèn)為合并使用的徑流系列具有一致性。

依據(jù)破城子水文站1957-2020年徑流系列點(diǎn)繪年徑流量模比系數(shù)差積曲線(xiàn)和年徑流量模比系數(shù)累積平均曲線(xiàn),如圖1所示。由年徑流量模比系數(shù)差積曲線(xiàn)圖可知,破城子水文站1957-2020年徑流系列分別包含有豐水年組、平水年組、枯水年組。由年徑流模比系數(shù)累積平均曲線(xiàn)圖中可知,破城子水文站1957-2020年徑流系列, 當(dāng)達(dá)到一定長(zhǎng)度時(shí)(n≥30 a)其模比系數(shù)均值穩(wěn)定于1。綜合上述,破城子水文站1957-2020年徑流系列具有較好的代表性。

圖1 破城子水文站1957-2020 年徑流系列代表性分析圖

4 擬建壩址斷面徑流計(jì)算

本次以破城子水文站為參證站,分別采用徑流深等值線(xiàn)法、降水量等值線(xiàn)法、冰川面積比擬法、流域面積比擬法進(jìn)行計(jì)算,并經(jīng)綜合比選后合理選取最終結(jié)果。

4.1 降水量等值線(xiàn)法

依據(jù)1:5萬(wàn)地形圖、第三次水資源調(diào)查評(píng)價(jià)降水量等值線(xiàn)圖,量算的破城子水文站以上1956-2016 多年平均降水量為19.79×108m3( 738 mm ),擬建壩址 1956-2016多年平均降水量為17.97×108m3(791 mm),兩斷面降水量修正系數(shù)為0.908。

破城子水文站1957-2020年多年平均徑流量為14.23×108m3,按兩斷面降水量修正系數(shù)0.908計(jì)算,擬建壩址1957-2020多年平均徑流量為12.92×108m3。

4.2 面積比擬法

破城子1957-2020年多年平均徑流量為14.23×108m3,流域面積修正系數(shù)0.848計(jì)算, 擬建壩址1957-2020多年平均徑流量為12.07×108m3。

4.3 冰川面積比擬法

破城子水文站1957-2020年多年平均徑流量為14.23×108m3,按冰川面積修正系數(shù)0.943計(jì)算,擬建壩址1957-2020多年平均徑流量為13.42×108m3。

4.4 徑流深等值線(xiàn)法

5 壩址徑流成果選用

對(duì)比以上四種方法計(jì)算成果,如表3?？芍?除面積比擬法之外其它各種方法計(jì)算成果較為集中。

木扎提河流域冰川覆蓋率為43.4%,為新疆冰川面積覆蓋比例較大的河流之一,屬于典型的冰川補(bǔ)充型河流。直接使用面積比擬法計(jì)算壩址徑流,均化了流域面積上的冰川比例,不能反映流域上游冰川占比較大的實(shí)際情況,計(jì)算成果理論偏小。本次不采用面積比擬法計(jì)算成果。

其它三種方法成果已較為集中,考慮徑流深等值線(xiàn)圖利用出山口水文站實(shí)測(cè)資料進(jìn)行控制,理應(yīng)具有一定精度,本階段最終選用該方法成果,即壩址1957-2020多年平均徑流量為13.38×108m3。

表3 擬建壩址斷面多年平均年徑量成果對(duì)比表(1957-2020)

以多年平均徑流量13.38×108m3為控制,縮放破城子水文站月徑流系列,可計(jì)算得推薦壩址1957-2020年逐月徑流系列,多年平均徑流年內(nèi)分配見(jiàn)表4。

6 擬建壩址設(shè)計(jì)徑流計(jì)算

依據(jù)推薦壩址斷面1957-2020年徑流量系列進(jìn)行頻率計(jì)算,采用P-III型曲線(xiàn),用矩法估算參數(shù),以大部分點(diǎn)群為主要趨勢(shì),重點(diǎn)照顧中低水部分,目估定線(xiàn)。推薦壩址設(shè)計(jì)徑流成果見(jiàn)表5,頻率曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

表4 擬建壩址徑流年內(nèi)分配(1957-2020)

圖2 擬建壩址年徑流量頻率曲線(xiàn)(1957-2020)

表5 擬建壩址設(shè)計(jì)徑流成果表(1957-2020)

7 徑流成果合理性分析

擬建壩址徑流計(jì)算所采用的參證站為國(guó)家基本水文站,其水文測(cè)驗(yàn)及資料整編均按國(guó)家行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,水文基礎(chǔ)資料來(lái)源可靠。破城子水文站具有1957-2020共64 a徑流系列,徑流系列長(zhǎng)度滿(mǎn)足規(guī)范要求,經(jīng)分析系列均具有較好的一致性和代表性。

根據(jù)流域徑流特性,分別使用降水量等值線(xiàn)圖法、面積比擬法、冰川面積比擬法、徑流深等值線(xiàn)圖法4種方案對(duì)壩址徑流進(jìn)行分析。除面積比擬法不能反映冰川產(chǎn)流因素外,其它3種方案計(jì)算成果較為集中,最終推薦使用徑流深等值線(xiàn)圖法成果。使用的第三次全國(guó)水資源調(diào)查評(píng)價(jià)徑流深等值線(xiàn)圖已通過(guò)相關(guān)部門(mén)審查,在此基礎(chǔ)上使用破城子水文站實(shí)測(cè)徑流對(duì)其進(jìn)行訂正,據(jù)此計(jì)算的成果與其它方案成果差異較小,認(rèn)為推薦該方案成果是合理的。擬建壩址斷面徑流頻率適線(xiàn)參數(shù)中Cv小于0.2,符合冰川融水為主要徑流補(bǔ)給型河流的特點(diǎn),頻率適線(xiàn)成果是合理的。