鐵斯巴汗水庫除險加固工程徑流計算研究

何 瀟

（塔城地區(qū)水利水電勘察設(shè)計院,新疆 塔城 834700）

1 引言

水庫流域范圍內(nèi)徑流量對水庫工程設(shè)計中重要的參數(shù),確定科學、合理的徑流量可保證水庫工程的安全,避免設(shè)計過程中過于保守,導致工程投資增大。目前,較為常用的水庫徑流計算方法為水文比擬法和等值線圖法等,由于水庫流域范圍內(nèi)地形條件較為復雜,需采取針對性的方法方可獲取較為準確的計算結(jié)果[1-3]。結(jié)合鐵斯巴汗水庫工程,采用兩種方法對水庫徑流進行分析,獲取徑流數(shù)據(jù)為水庫除險加固工程設(shè)計提供參考。

2 工程概況

鐵斯巴汗水庫樞紐布置水庫樞紐主要包括大壩、溢洪道、放水涵洞三部分。大壩軸線大致呈東西方向。放水涵洞全長124 m,其中洞身段長27 m。大壩壩型為土工膜斜墻堆石壩,最大壩高13.62 m。大壩全長277.5 m,大壩軸線大致呈東西方向,壩頂寬6.0 m,壩頂高程為1246.32 m。

3 鐵斯巴汗水庫徑流計算

3.1 鐵斯巴汗水庫多年平均年徑流量計算

設(shè)計流域鐵斯巴汗河為缺乏水文資料的河流,鐵斯巴汗水庫設(shè)計年徑流量計算基本思路為：采用兩種方法先計算水庫壩址處多年平均年徑流量。

3.1.1 水文比擬法

水文比擬法主要通過收集流域內(nèi)水文資料,利用這一資料分析、移置設(shè)計流域的水文分析方法。應用這種方法的前提是,設(shè)計流域于參證流域內(nèi)影響水文徑流的影響因素較為相似。因此,使用水文比擬法分析流域徑流參數(shù),首先需要選取適宜的水文參證流域[4-5]。

距離鐵斯巴汗河流域最近的庫甫河托里水文站以及達爾布特站,該參證流域與設(shè)計流域氣候與水文條件相似,流域植被、土壤等因素也相近,符合直接移置的條件,故選為參證流域。

根據(jù)庫甫河托里水文站、達爾布特站和鐵斯巴汗水庫入庫集水面積,移用庫甫河托里水文站、達爾布特站徑流模數(shù),推算鐵斯巴汗水庫入庫年徑流量,采用公式如下：

式中：W設(shè)、W參分別為設(shè)計與參證流域年徑流量,104m3；F設(shè)、F參分別為設(shè)計與參證流域集水面積,km2。

庫甫河托里水文站、達爾布特水文站集水面積分別為525 km2和1057 km2,多年平均年徑流量分別為1559×104m3和1740×104m3,鐵斯巴汗水庫入庫以上集水面積289 km2,由上述公式,推算出鐵斯巴汗水庫入庫多年平均年徑流量分別為858.2×104m3和475.7×104m3。

3.1.2 徑流深等值線圖法

根據(jù)自治區(qū)水文水資源局在1/25 萬電子地圖上勾繪的額敏河流域1956 年～2005 年徑流深等值線圖,繪制鐵斯巴汗河流域年徑流深等值線示意圖（見圖1）,本次經(jīng)額敏河流域徑流深區(qū)域平衡計算,獲得了加依爾山西北坡徑流深等值線圖,成果圖中參證站控制斷面以上徑流深量算值與實測值相對誤差在±1.3%誤差范圍內(nèi)。

圖1 鐵斯巴汗河流域年徑流深等值線示意圖

經(jīng)量算鐵斯巴汗水庫壩址以上各級徑流深所包圍的面積,以面積權(quán)重法計算出水庫壩址以上多年平均徑流深為33.3 mm,折算成徑流量為962.4×104m3。因徑流深等值線圖法使用資料年限截止到2005 年,故對計算成果進行訂正至2015 年,需用參證站哈拉依敏站長系列多年平均徑流量予以訂正,即哈拉依敏站1956 年~2005 年均值為1.307×108m3（取用《額敏河流域水資源評價》報告中數(shù)值）,延長至2015年為1.341×108m3,訂正系數(shù)為1.026）訂正后計算成果為987.4×104m3。

3.2 鐵斯巴汗水庫入庫不同保證率設(shè)計年徑流量成果

由于鐵斯巴汗河無實測徑流資料,該流域與哈拉依滅勒河流域相鄰,統(tǒng)計參數(shù)遂選用徑流補給類型相同、同屬于降水與雨雪混合型補給河流的哈拉依滅勒河為參證河流。根據(jù)哈拉依敏站1962 年～2015 年54 年徑流資料,統(tǒng)計參數(shù)采用矩法估算,經(jīng)P-Ⅲ型適線確定,CV=0.40,CS=3.5CV,移用其統(tǒng)計參數(shù),計算得到鐵斯巴汗水庫入庫設(shè)計年徑流量,見表1。

表1 鐵斯巴汗水庫入庫設(shè)計年徑流量成果表 單位：104m3

3.3 鐵斯巴汗水庫入庫設(shè)計年徑流量年內(nèi)分配

鐵斯巴汗水庫設(shè)計徑流的年內(nèi)分配,以哈拉布拉站實測系列典型年的分配為依據(jù),選取豐水年（P=25%）、平水年（P=50%）、偏枯水年（P=75%）、枯水年（P=95%）四種保證率的典型年（即1990年、1977年、1984年及1983年）,根據(jù)鐵斯巴汗水庫設(shè)計年徑流量,按典型年分配比例放大,計算出鐵斯巴汗水庫設(shè)計年徑流的年內(nèi)分配。公式如下：

式中：W鐵月為鐵斯巴汗水庫設(shè)計月徑流量,104m3；W哈月為哈拉布拉水文站典型年月徑流量,104m3；W哈年為哈拉布拉水文站典型年年徑流量,108m3；W鐵年為鐵斯巴汗水庫設(shè)計年徑流量,108m3。

由上式計算出鐵斯巴汗水庫不同保證率的設(shè)計年徑流量年內(nèi)分配成果（見表2）。

表2 鐵斯巴汗水庫入庫設(shè)計年徑流量年內(nèi)分配表 單位：104m3

4 鐵斯巴汗水庫入庫徑流成果的合理性分析

鐵斯巴汗水庫入庫年徑流量的計算采用了兩種方法,即水文比擬法和徑流深等值線圖法。兩種計算方法求得的鐵斯巴汗水庫入庫年徑流量成果各不相同,計算成果見表3。

表3 鐵斯巴汗水庫入庫不同方法推求年徑流量統(tǒng)計表

水文比擬法是反映流域單位面積產(chǎn)水能力的指標,它與流域的降水、氣溫和下墊面因素密切相關(guān)。鐵斯巴汗水庫以上流域和庫甫河流域影響徑流的氣候及下墊面因素相近。鐵斯巴汗水庫徑流計算以庫甫河托里水文站和達爾布特水文站為參證站,采用參證站短期實測徑流資料為基礎(chǔ)進行分析計算。參證站實測徑流資料系列偏短,代表性相對較差,利用水文比擬法推算的鐵斯巴汗水庫年徑流量計算成果供參考。

年徑流深等值線圖法,從區(qū)域平衡的角度出發(fā),并考慮水資源、地形、氣候、下墊面等綜合因素,根據(jù)選用站實測年徑流資料繪制,選用站資料可靠,系列長,年徑流深等值線圖繪制精度較高,雖然成果存在偏大的可能性,但年徑流量計算成果可靠。

最終成果經(jīng)對比分析,鐵斯巴汗水庫入庫年徑流量,設(shè)計年徑流量的計算,推薦采用第二種方法,即徑流深等值線圖法計算成果。

5 結(jié)論

設(shè)計徑流量分析計算對水庫工程設(shè)計具有十分重要的意義。鐵斯巴汗水庫修建時期較早,受人類工程活動及自然營力影響,水庫流域范圍地形變化較大,早期的徑流計算成果無法滿足現(xiàn)狀除險加固工程設(shè)計需求。綜合考慮,采用等值線圖法、水文比擬法兩種方法獲取徑流數(shù)據(jù),結(jié)果表明：采用等值線圖法計算結(jié)果對本工程較為適用,可作為工程除險加固設(shè)計的依據(jù)。