大河沿子河流域沙爾托海水庫入庫徑流設計分析

阿蒼德

（新疆博爾塔拉水文勘測局，新疆 博爾塔拉 833400）

大河沿子河地處于新疆北部，流域呈垂直分布，依靠季節性積雪以及降雨補給河源。沙爾托海水庫建設于該流域，其性質屬于山區攔河水庫，壩型為碾壓式瀝青砼心墻砂礫石壩，原設計總庫容998萬m3，控制灌溉面積20.85萬畝。現如今，大河沿子河區域農業經濟發展迅速，農業用水量逐漸增加，供需水方面的矛盾日益凸顯。為了將問題解決，需要結合合理的水文特征，按照工作大綱要求，在國家、行業頒布的現行標準的基礎上，針對大河沿子河沙爾托海水庫入庫徑流工程展開計算分析。

1 流域概況

大河沿子河位于新疆維吾爾自治區的西北部地區[1]，全年氣候比較涼爽，有著非常豐富的降水量以及大面積的雪嶺云杉林等樹木。河床南岸前山帶和北岸喀拉他烏山地區屬荒漠地帶，黃土沉積較厚，易受河流沖擊影響。流域范圍內有極為豐富的磷、銅礦藏，且部分磷礦已被開采、利用。

沙爾托海水庫建設于大河沿子河中游部位，作用是提供工業供水，支持農田灌溉為主，并且兼顧防洪功效。

2 大河沿子河流域水文情況

2.1 參證水文站

大河沿子河共設置了3臺水文站，由于大河沿子河流域所有水文站中的三臺站、大河沿子大橋站有關數據存留時間較短，所以在設置參證站時選擇相同區域以及產匯流條件比較近似的精河山口水文站。參證站概況見表1。

表1 參證水文站概況

精河地處流域東部，東、西位置為托托河、阿恰勒河，精河山口水文站是精河流域控制站，屬國家基本水文站。通過分析可以確定精河山口水文站以上集水面積為1419 km2，河長75 km，多年平均年徑流量4.723×108m3。

2.2 參證站年徑流量

沙爾托海水文站主要應用了頻率計算法對年徑流量進行計算。按照沙爾托海水文站數年間積累的實測年徑流數據，使用矩法預估統計參數，同時也可以使用適線法搭配P-Ⅲ型頻率曲線對年徑流量進行計算。實際在計算年徑流量系列均值時，使用以下公式計算：

年徑流量系列經驗頻率計算公式則為：

通過一系列計算可知，沙爾托海水庫一直以來的入庫平均年徑流量是1.340×108m3，年徑流系列頻率計算參數，也就是變差系數CV值為0.22，偏態系數CS值為6.0CV。按照年徑流統計參數可以對入庫豐水年（P＝25%）設計年徑流量進行計算，最終得出結果為1.489×108m3；平水年（P＝50%）設計年徑流量的計算結果則是1.277×108m3；偏枯水年（P＝75%）設計年徑流量的結果為1.123×108m3；枯水年（P＝95%）設計年徑流量結果是0.9867×108m3，具體數值見表2。

表2 沙爾托海站年徑流量統計參數及設計年徑流量結果表

3 入庫設計洪水計算

3.1 設計洪峰流量與設計時段洪量

計算沙爾托海水庫入庫設計洪水期間，壩址和沙爾托海水文站之間的距離為1 km左右，區間沒有其他支流匯入，入庫設計洪水結果可以應用沙爾托海水文站設計洪水結果。

3.2 設計洪水過程線計算方法

實際設計洪水流量過程線期間，可使用的計算方法比較多，此次設計主要應用頻率放縮法。洪峰與洪量放大倍計算公式如下：①洪峰流量的放大倍比公式：K峰＝Q設/Q典；②時段洪量放大倍比公式：K1＝W1設/W1典，K3～1＝（W3設－W1設）/（W3典－W1典），K5～3＝（W5設－W3設）/（W5典－W3典），K7～5＝（W7設－W5設）/（W7典－W5典）。

3.3 設計洪水過程線

（1）典型年選擇。實際計算過程中選擇1998年、1999年沙爾托海站測量所得流量結果，以此為依據對洪水過程進行繪制[3]。1998年的洪水過程是實測系列當中洪峰流量以及時段洪量最大的階段，可以將其視為暴雨洪水類型典型年；而1999年的洪水過程則是降雨融雪混合型洪水典型年。對洪水過程線進行設計，需要將斷面設計洪水成果作為依據，使用同頻率放大法展開計算。

（2）設計時段選擇。因其和洪水特性關聯比較密切，加上大河沿子河洪水類型為暴雨洪水和混合型洪水，時間較短，為設計時段賦予了同樣的特點，無法對洪水過程線形狀進行有效控制，最終將洪水設計時段設定為1 h。

3.4 結果推求

將實際測量所獲得1998年、1999年的暴雨洪水以及暴雨融雪混合型洪水過程當作典型年洪水，并且以洪峰、不同時段的設計洪量為依據，采用峰、量控制同頻率放大法，對入庫各個頻率設計洪水過程結果進行推求。

3.4.1 入庫設計年徑流量

根據分析了解到沙爾托海水庫和沙爾托海水文站之間的距離小于1 km，并且沒有任何支流匯入，盡管建設了引水工程，但是已將其作為考慮的因素[2]。所以，沙爾托海水庫入庫設計年徑流計算可以直接使用水文站設計年徑流結果，數值見表2。

3.4.2 入庫設計徑流量分配

對于入庫設計凈流量的分配可以使用典型年法計算，具體要求包括：（1）典型年要以實測徑流系列年份為準；（2）典型年要選擇年徑流量和設計年徑流量最接近年份；（3）典型年月徑流量分配期間要以工程不利年份為準，也就是效益相對低的年份。從農田灌溉這一層面考慮，灌溉需水期要以徑流量較枯、非灌溉期徑流量較豐的年份為準。鑒于此，沙爾托海水文站實測徑流系列選定了2007年、1993年、1994年、2009年、1997年、1992年 6個年份當作典型年。根據沙爾托海水庫入庫設計年徑流量以及典型年，可以明確分配比例將其進行放大處理，以此對入庫設計年徑流年內分配進行計算，具體公式為W庫月＝（W站月/W站年）×W庫年，其中W庫月代表入庫設計月徑流量，數值為104m3，W站月代表水文站典型年月徑流量，數值為104m3，W站年代表水文站的典型年年徑流量，數值為108m3，W庫年代表入庫設計年徑流量，即108m3。通過計算便可以得到各個入庫保證率下的設計年徑流量年內分配結果。

3.4.3 徑流成果合理性

研究選用參證站水文站為國家基本水文站，水文測驗和資料整編均以國家行業技術標準為依據，可以保證非常高的測驗精準度，最終獲得的水文資料結果具有極高的可靠性。應用計算方法與國家水利行業標準《水利水電工程水文計算規范》（SL278-2002）規定的技術要求相符。結合當前大河沿子河流域水庫運行情況，由上述計算所得入庫徑流滿足實際要求。且計算過程中將三臺站、沙爾托海站實測系列組成完整系列，這為徑流統計參數地區分布規律賦予了合理性的特點。

4 結語

綜上所述，結合大河沿子河流域內水文參證站相關數據信息，對沙爾托海入庫設計年徑流年內分配進行計算，整體體現出非常高的可信度，滿足流域內洪水要求，保障了大河沿子河流域內人民生命財產安全，可為今后我國水庫洪水設計分析提供參考依據。