新疆奎屯市东郊水库工程水文分析计算

徐 勇

(新疆石河子水文勘测局，新疆 石河子 832000)

东郊水库工程区位于准噶尔盆地西南、天山山脉依连哈比尔尕山北麓之间的冲洪积平原地带。自南向北区域地貌，可分为：高中山区、低山丘陵区、山间洼地、安集海山-哈拉安德隆起、山前冲洪积平原区，总地势呈南高北低的趋势[1]。奎屯市东郊水库为拟建水库工程，库区位于奎屯市中心以东约8 km的市郊，工程主要任务为奎屯市南工业区提供工业供水，水库规划总库容为978×104m3，最大坝高29 m；工程规模属小一型工水库程，该水库工程由大坝、进出水口水工建筑物组成，水库坝址采用碾压式土石坝[2]。与奎屯市相邻的两条较大水系为奎屯河和巴音沟河，但由于该两河剧烈的造床运动，致使两河在出山口后的一段距离内，河谷下切很深，河谷呈U形，河床宽都在300～500 m之间，河岸比高均在数10 m以上[3]。东郊水库工程区多年平均年降水量185.5 mm，其中4-7月占全年的50.9%，1月最少，仅为6.5 mm，占全年的3.50%，5月最大，达26.0 mm，占全年的14.0%；多年平均年蒸发量1 795.2 mm，其中5-8月占全年的67.2%[4-10]。为对东郊水库提供设计依据，以八音沟河喇嘛庙水文站为参考站，分别采用水文比拟法[11]以及径流等值线方法[12]对其设计年径流进行计算，并对设计年径流计算结果进行验证，研究成果对于于东郊水库工程设计具有重要的参考价值。

1 东郊水库设计年径流采用方法

由于东郊水库内无水文观测站点，因此选用区域附近的八音沟河喇嘛庙水文站作为其参证站，结合喇嘛庙水文站多年平均年径流量、测验断面以上集水面积以及东郊水库坝址断面以上集水面积，采用水文比拟方法推算水库坝址处年径流量，采用公式如下：

W东郊/F东郊=W参考站/F参考站

(1)

在方程中 W东郊为东郊水库坝址处多年平均年径流量(m3)；F东郊为东郊水库坝址以上集水面积(km2)；W参考站为参证水文站多年平均年径流量(m3)；F参考站为参证水文站测验断面以上集水面积(km2)。

2 喇嘛庙年径流资料概况

2.1 年径流年内分配概况

喇嘛庙水文站为八音沟河区域基本代表站，位于乌苏市八音沟牧场向阳村，设立于1981年5月，现隶属于塔城水文水资源勘测局。以水文站为控制断面，河长61 km，集水面积1 092 km2，多年平均年径流量3.401×108m3，主要观测项目为水位、流量、水温、气温、降水、蒸发、悬移质泥沙、水质、冰情等。依据喇嘛庙水文站33 a径流资料系列统计，巴音沟河春季(3-5月)径流量占全年的6.70%，夏季(6-8月)占69.5%，秋季(9-11月)占17.5%，冬季(12-2月)只占全年径流量的6.30%。连续最大四个月径流为6-9月，占全年径流量的82.2%，连续最小三个月(1-3月)径流量占年径流量的4.47%，四季分配不均匀，占年径流量按大小排列顺序为：夏季(6-8月)>秋季 (9-11月)> 春季(3-5月)>冬季(12-2月)，多年平均径流量年内分配见表1。

表1 喇嘛庙水文站天然多年平均径流量年内分配表

2.2 年径流年代际变化特征

取喇嘛庙水文站不同时段年径流统计其参数，见表2。从表中可看出，各短系列与1981-2018年39 a系列统计参数对比，系列时段越长，其与长系列的相对误差愈小，代表性越好。随着系列的增长，均值稳定性好，Cv值越来越小，系列趋于稳定。

表2 喇嘛庙水文站年径流量长短系列统计参数对比表

表3 东郊水库坝址断面集水面积所产生的径流量计算成果表

3 东郊水库设计年径流计算

3.1 设计年径流计算

喇嘛庙水文站测验断面集水面积1 092 km2，多年平均年径流量3.339×108m3，东郊水库坝址断面集水面积340.8 km2，由公式(1)可推算出东郊水库可推算出东郊水库坝址处多年平均年径流量为1.042×108m3，此外本文新疆多年平均地表径流深等值线图，依据该等值线图，经周边流域径流深区域平衡计算，可得到乌兰布拉克河流域年径流深等值线图，并基于乌兰布拉克河流域年径流深等值线分布级东郊水库坝址断面以上集水面积，对东郊水库坝址处多年平均年径流量为0.081 9×108m3。计算成果见表2。

因径流深等值线图法使用资料年限截止到2000年，需把东郊水库坝址计算成果修正到2018年，肯斯瓦特站1956-2000年多年平均年径流量为12.20×108m3，将其延长至2018年为12.57×108m3，修正系数为1.030，利用该修正系数修正后，东郊水库坝址处多年平均年径流量为0.084 4×108m3。

3.2 设计径流成果合理性分析

东郊水库所在的依什克他乌沟没有实测径流资料，年径流量、设计年径流量及年内分配只有通过其它途径来推求。本次年径流分析计算主要采用了两种方法，即水文比拟法、年径流深等值线图法。水文比拟法是以临近流域参证站实测径流系列资料为基础，按面积比的方法，将参证站径流计算成果，推算至工程坝址断面。该方法由于未考虑周边平衡，产汇流面积、流域平均高程有一定的差异，计算成果有一定的误差，供参考。年径流深等值线图法，从区域平衡的角度出发，并考虑水资源、地形、气候、下垫面等综合因素，根据选用站实测年径流资料绘制，选用站资料可靠，系列长，年径流深等值线图绘制精度较高，年径流计算成果可靠。因此采用径流深等值线图法的计算成果，计算成果见表4。

表4 东郊水库坝址年径流量计算成果

表5 东郊水库坝址设计年径流量年内分配成果表

3.3 设计年径流量的年内分配

东郊水库坝址设计年径流量年内分配计算仍以喇嘛庙水文站年、月径流系列资料进行分析。根据喇嘛庙水文站年径流系列，经频率计算，求得该站不同保证率下设计年径流量成果。喇嘛庙水文站设计年径流量年内分配采用典型年法，根据当地的调查访问按照年水量接近，春季河流来水量偏枯的原则选取1999年、1997年、1996年、1986年、1983年、1993年为丰(P=10%)、偏丰(P=25%)、平(P=50%)、偏枯(P=75%)、枯(P=90%)、特枯(P=95%)水典型年。东郊水库坝址处设计年径流量年内分配计算，以喇嘛庙水文站实测径流系列典型年的分配为依据，按选出的喇嘛庙水文站典型年各月径流量占年总径流量的百分比进行缩放，公式如下：

W月=(W喇月/W喇年)/W年

(2)

W月为东郊水库坝址设计月径流量(104m3)；W喇月为喇嘛庙水文站典型年月径流量(108m3)； W喇年为喇嘛庙水文站典型年年径流量(108m3)；W年为东郊水库坝址设计年径流量(104m3)。由上式计算出东郊水库坝址不同保证率P=10%(丰水)、P=25%(偏丰水)、P=50%(平水)、P=75%(偏枯水)、P=90%(枯水)、P=95%(枯水)的设计年径流量年内分配成果，见表5。

3.4 东郊水库设计径流成果的合理性分析

根据东郊水库工程区的地形、地貌、地质构造和河流水系的介绍，可知，尽管理论上东郊水库坝址可计算出0.084 4×108m3的年径流量，但由于乌兰布拉克河出山口后进入冲积扇上游的强透水层和独山子—安集海断裂层，水流扩散、入渗、蒸发等原因，实际上能到达东郊水库坝址的水量很少，偶有到达坝址断面的来水，主要由暴雨洪水形成，且集中产生于每年6-8月期间。本次计算出的水库坝址年径流量、设计年径流量及其年内分配成果合理。

4 结语

(1)年径流深等值线图法，从区域平衡的角度出发，并可考虑水资源、地形、气候、下垫面等综合因素，根据选用站实测年径流资料绘制，选用站资料可靠，系列长，年径流深等值线图绘制精度较高，年径流计算成果可靠，建议可首先采用径流深等值线图法对无资料径流区域设计年径流进行计算。

(2)东郊水库坝址以上设计年径流量分配时丰水期的保证率为10%、偏丰水期的保证率为25%，平水期保证率为50%，偏枯水期的保证率为75%，枯水期以及特枯水期的保证率分别为90%和95%。

(3)由于乌兰布拉克河出山口后进入冲积扇上游的强透水层和独山子—安集海断裂层，水流扩散、入渗、蒸发等原因，实际上能到达东郊水库坝址的水量很少，偶有到达坝址断面的来水，主要由暴雨洪水形成，且集中产生于每年6-8月期间。