開都河河道滲漏規律實驗研究

王 琴，王 智

(新疆水文局，新疆 烏魯木齊 830000)

經查閱文獻[1-5]，在洪水預報中常常采用相應水位法計算水流傳播時間，但將其用于河道滲漏規律研究并不多。本文利用此原理，開展開都河河道滲漏規律實驗研究。采用電子水尺監測各計算斷面水位變化過程，用河道水量平衡法計算開都河河道滲漏規律研究，旨在總結出更符合新疆實際的河道損失水量的計算方法，對提高新疆地下水資源的評價精度具有重要意義。

1 基本情況

1.1 流域概況

開都河發源于天山山脈中部依連哈比爾尕山南坡，河源高山區終年積雪，有現代冰川840條[6]，流域高程3 600 m以上終年積雪。河流全長560 km[7]，出山口以上流域面積18 670 km2，多年平均徑流量35.18億 m3。主要大支流有：哈爾嘎特郭勒河、扎格斯臺河、察汗烏蘇河、賽日木河、依賽克河、阿仁山恨土海河山恨土海河。出山口經大山口水文站，后流經和靜縣、焉耆縣，后以東寶浪蘇木分為兩支，東支流入博斯騰湖[8]，見圖1。

圖1 開都河區域概況及測驗斷面布置圖

1.2 水文地質條件特征

開都河大山口水文站至該站下游7.9 km的小山口，為寬河谷基座階地，基座為第三紀泥巖、砂巖地層，河道滲漏量很少，可以忽略不計。小山口至第一分水樞紐段，為深切第三系河谷，地下水向兩側滲漏量不大。第一分水樞紐附近地下水埋深大于20 m，下游12 km的巴潤哈爾莫墩鄉地下水埋深小于5 m，河床巖性為卵礫石，砂礫石。自巴潤哈爾莫墩鄉以下，地下水埋深一般為2～3 m或3～5 m，地下水與河水之間補排交替頻繁，見圖2、圖3。自21團大橋至寶浪蘇木，地形坡降很小，河床接近或高于附近地面，河流兩岸修建防護堤，見圖4。

圖2 哈爾莫墩南開都河河水與地下水補排關系剖面圖

圖3 烏拉斯臺農場南開都河河水與地下水補排關系剖面圖 圖4 協比爾布呼鄉才開村以南開都河河水與地下水補排關系剖面圖

2 實驗方法

水量平衡法是計算河道損失量的常用方法之一，河道水位處于穩定流狀態時，斷面間的損失水量為上、下斷面的水量之差；而處于非穩定流狀態時，應考慮相應水位的傳播時間，在試驗中采用電子水尺監測各斷面水位傳播時間，用實驗資料計算開都河河道損失水量，根據文獻[9]，洪水波的傳播速度近似等于斷面的平均流速，根據斷面間的河長，計算出斷面間的平均流速。

為了降低河槽調節作用的影響，提高實驗精度，實驗時間段中應包括多個水位或流量的變化周期，以便在實驗時間段中選擇合適的計算時段。計算時段應該為一個或多個完整變化周期，計算時段的流量及其變化過程，應與該時段以前和以后時段的流量及其變化過程比較接近。

通過以上分析，河道損失量實驗按照以下步驟進行：(1)監測上、下斷面之間水位，分析水位變化規律；(2)計算上、下斷面之間水位沿河道的傳播速度；(3)選擇合適時間測驗斷面流量，建立水位流量關系；(4)選擇合適計算時段，計算實驗河段河道損失水量。

3 實驗布置

3.1 實驗河段的選擇及布置

21團大橋斷面以上，引水口較少，只有第一分水樞紐和解放二渠臨時引水渠引水，后者近年來基本不引水。21團大橋斷面以下有9個渠首、10個泵站引水，引水渠首均為無壩引水，泵站的計量設施也不完善，引水的計量誤差比較大。因此，將21團以上至大山口水文站作為實驗河段。非灌溉期，將實驗河段延伸到寶浪蘇木分水樞紐。

開都河自出山口到博斯騰湖，根據測驗條件，以測橋或公路橋為測驗斷面，分別在大山口水文站、218國道大橋、21團大橋、焉耆大橋、寶浪蘇木分水樞紐布置測驗斷面(圖1)，每個測驗斷面設置上比降水尺、下比降水尺、電子水尺，監測河水位。采用流速儀法實測斷面流量。

3.2 實驗時段的選擇

河流流量、河水水位、地下水位的變化都對河道滲漏產生明顯影響，為了比較準確地反映這些影響，選擇豐水期、平水期、枯水期作為實驗時段，分別計算出各時段損失水量，然后再推求全年損失水量。

第一時段：2009年6月21日至22日，大山口水文站流量176 m3/s，代表豐水期。

第二時段：2009年11月23日至12月5日，大山口水文站流量44 m3/s，代表枯水期。

第三時段：2010年5月23日至6月4日，大山口水文站流量125 m3/s，代表平水期。

第四時段：2010年8月11日至23日，大山口水文站流量271 m3/s，代表特豐水期。

4 實驗結果及分析

4.1 相應水位的傳播時間

根據各斷面電子水尺記錄水位時間過程線，分析計算出各斷面間相應水位傳播時間，見圖5～圖8。

大山口水文站至218國道斷面河長38.51 km，水位傳播時間4～5 h，平均流速2.14～2.67 m/s；218國道斷面至21團大橋斷面河長46.94 km，水位傳播時間11～12 h，平均流速1.09～1.19 m/s；21團大橋斷面至焉耆大橋斷面，河長18.00 km，水位傳播時間6 h，平均流速0.83 m/s；焉耆大橋斷面至寶浪蘇木斷面，河長12.64 km，水位傳播時間5 h，平均流速0.70 m/s。自上游到下游，河水流速逐漸降低。一般河水流量越大，平均流速越大，水位傳播時間越短。

4.2 斷面間損失水量

考慮到流量測驗斷面的形狀受河水沖於影響而改變，不同時期斷面水位流量關系可能發生變化，每個實驗時段都進行水位流量測驗，各實驗時段確定的水位流量關系只適用于該實驗時段(3至5日)。在實驗時段中，以日為計算時段，來分析計算時段的斷面間損失水量。為了降低河槽調節作用的影響，計算時段(以日為單位)以及該時段前一日、后一日的平均流量應該比較接近。根據實驗時段水位流量關系曲線，通過水位過程線，求出流量過程線，進而求出各計算時段斷面的徑流量。采用河道水量平衡法計算各斷面間損失水量。

從實驗時段計算成果表(表1)可以得出：大山口水文站至218國道斷面，枯水期、平水期地下水補給河水，豐水期河水補給地下水；218國道至21團大橋斷面地下水補給河水，河道彎曲系數為1.74，河曲十分發育；21團大橋斷面至寶浪蘇木斷面河水補給地下水。與彭秋燕[10]等研究得出在枯水期開都河河水與地下水補排界線一致。

表1 實驗時段各計算斷面間損失水量計算成果表

4.3 全年河道損失水量

按照豐、平、枯三個時段河道損失水量占各計算斷面徑流量的比例，計算2009年、2010年、多年平均河道損失量。2009年開都河年徑流量37.864 7×108m3，河道引水量10.108 1×108m3，河道損失量5.425 9×108m3。2010年開都河屬豐水年，年徑流量43.419 2×108m3，河道引水量9.508 5×10 m3，河道損失量7.754 5×10 m3。

多年平均來水情況下，各斷面間逐月徑流量、引水量、河道損失量變化見圖9。開都河1956-2008年多年平均年徑流量35.180 0×108m3[11]，河道引水量11.824 9×108m3，河道損失量4.663 9×108m3。大山口水文站至218國道斷面河道損失水量為-0.332 9×108m3；218國道斷面至21團大橋斷面河道損失水量為-3.891 0×108m3；21團大橋斷面至焉耆大橋斷面河道損失水量為4.774 9×108m3；焉耆大橋斷面至寶浪蘇木斷面河道損失水量為4.113 0×108m3。總體來看，大山口水文站至21團大橋河段，以地下水補給河水為主；21團大橋至寶浪蘇木大橋河段，以河水補給地下水為主。

圖9 開都河各斷面之間逐月徑流量、引水量、損失量變化圖

5 結語

(1)大山口水文站至218國道斷面水位傳播時間4～5 h，平均流速2.14～2.67 m/s；218國道斷面至21團大橋斷面水位傳播時間11～12 h，平均流速1.09～1.19 m/s；21團大橋斷面至焉耆大橋斷面水位傳播時間6 h，平均流速0.83 m/s；焉耆大橋斷面至寶浪蘇木斷面，水位傳播時間5 h，平均流速0.70 m/s。

(2)開都河多年平均年徑流量35.180 0×108m3，河道引水量11.824 9×108m3，河道損失量4.663 9×108m3。大山口水文站至21團大橋河段，以地下水補給河水為主；21團大橋至寶浪蘇木大橋河段，以河水補給地下水為主。

(3)本文對開都河河道滲漏量進行了實驗研究，工作量比較大，歷時比較長，深入研究了河道損失水量的計算方法，為新疆地下水資源的評價精度工作奠定了基礎，不足之處為：由于本次實驗布置中未布設地下水觀測孔，沒有監測到河水與地下水位的關系，沒有進一步研究河道滲漏補給地下水的數量。建議在有條件時可以在各斷面垂直于河岸布設系列地下水觀測孔，與斷面處電子水尺觀測的河水水位建立聯系，更精確的定量研究河水與地下水的轉化，從而為開都河流域的開發利用給出合理的決策性建議。