孔雀河第一分水樞紐年徑流量分析計算

西爾艾力·加帕爾

(新疆塔里木河流域巴音郭楞管理局，新疆 巴州 841000)

1 工程概況

(1) 孔雀河從出湖口至第一分水樞紐主要共有4處水利工程，主要為農業灌溉揚水站由東、西兩個泵站組成，東泵站設計抽水流量為45 m3/s，加大抽水流量為54 m3/s。西泵站設計抽水流量為45 m3/s，加大抽水流量為54 m3/s。

(2)達吾提閘。位于揚水站下游38.05 km，塔什店(五)水文站上游7.16 km處，達吾提閘由新達吾提閘和老達吾提閘組成，設計流量為50 m3/s，主要作用是向孔雀河輸水。

(3)鐵門關水庫。位于塔什店(五)水文站下游9.51 km處，是一座日調節水庫。設計流量為 150 m3/s，校核流量250 m3/s，最大下泄流量可達400 m3/s。

(4)第一分水樞紐。位于鐵門關峽谷出口[1-2]，1968年1月建成，主要由攔河閘、左右岸進水閘等組成[3]。攔河閘為5孔，單孔凈寬6 m，設計泄洪流量為200 m3/s，校核泄洪流量為250m3/s。其中左岸進水閘2孔，為庫塔干渠引水，引水流量為35 m3/s。右岸進水閘4孔，為十八團大渠引水，引水流量為23 m3/s[4]。經過多年運行，設施病險問題較多，需要進行除險加固。

2 徑流分析

孔雀河上共有2個水文位，一個是達吾堤閘下游7.16 km處的塔什店(五)水文站，一個是鐵門關水庫下游3.18 km處的達石灰窯水文站。孔雀河塔什店(五)至第一分水樞紐間沿途建設水利工程較多，除鐵門關水庫于1966年建設投入運行外，其他水利工程均于1983年后建設投入運行。孔雀河出流受人為控制[5]，屬資料比較少的區域，結合已有的水文監測資料以及考慮使計算結果盡可能接近天然狀況條件，本次水文分析計算選用石灰窯水文站1954—1982年實測水文資料作為天然狀況下的設計年徑流及其年內分配計算。

2.1 設計年徑流

石灰窯水文站有1954—1982年總計29 a連續的實測流量資料，徑流系列符合《水利水電工程水文計算規范》(SL 278—2020)的要求，采用頻率曲線法對參證站進行設計年徑流量的計算[6]。計算結果見表1

表1 參證站年徑流統計參數及設計年徑流量成果

2.2 設計年徑流年內分配

采用典型年法對設計年徑流量年內分配進行計算。在石灰窯水文站徑流系列中選擇1973年、1961年、1976年、1957年作為保證率為25%、50%，75%，95%的典型年進行徑流年內分配計算。徑流年內分配成果見表2。

根據石灰窯水文站1954—1982年實測逐月徑流資料，多年平均年徑流量的年內分配情況見表3。

表2 石灰窯水文站設計年徑流年內分配成果 104 m3

表3 石灰窯水文站多年平均年徑流量逐月分配情況 104 m3

3 徑流沿程損失計算

為使徑流分析成果能準確反映現狀條件下的實際情況，本次水文分析計算的徑流沿程損失采用塔什店(五)水文站、第一分水樞紐的徑流計算各節點斷面間的徑流損失率P1,見式(1)。

P1=(W塔(五)-W一)/W塔(五)/L1×100%

(1)

式中：P1為塔什店(五)水文站至第一分水樞紐損失率，%；W塔(五)為塔什店(五)水文站6月份月平均徑流量，104m3；W一為第一分水樞紐6月份月平均徑流量，104m3(為十八團渠、庫塔干渠引水渠以及第一分水樞紐橡膠壩的合計值)；L1為塔什店(五)水文站至第一分水樞紐處的距離，取20.84 km。

經計算得：塔什店(五)到第一分水樞紐平均損失率為0.382%/km。

4 第一分水樞紐設計年徑流及年內分配

4.1 天然條件下設計年徑流及年內分配

最接近天然條件狀況下，第一分水樞紐設計年徑流及年內分配推求，側重于不考慮左、右引水渠(十八團渠、庫塔干渠)處引水，按徑流沿程損失變化將石灰窯水文站不同保證率設計年徑流及年內分配和多年平均年徑流及年內分配逐步推演至第一分水樞紐處。

具體計算過程為：根據參證站石灰窯水文站不同保證率設計年徑流及年內分配(表2)，和石灰窯水文站多年平均年徑流及年內分配(表3)，按石灰窯水文站至第一分水樞紐處平均每公里損失率(采用塔什店(五)水文站至第一分水樞紐平均每公里損失率)推算出下游第一分水樞紐處最接近天然條件狀況下設計徑流及多年平均年徑流及年內分配，見式(2)及表4。

W第一樞紐=W石灰窯×(1-P1×L1)

(2)

式中：W第一樞紐、W石灰窯為石灰窯、第一分水樞紐設計年徑流量，108m3。

4.2 設計工況下多年平均年徑流及年內分配

孔雀河是一條非自然出流的人工河流，自身不具備產流能力，尤其是1983年博湖揚水站建成投入運行后，其徑流量完全受源頭揚水站的人為控制，沒有自然規律可循。結合現有的水文監測資料情況，選取塔什店(五)水文站近十年的水文監測資料為依據逐步推演至孔雀河第一分水樞紐處。

表4 最接近天然條件狀況下第一分水樞紐多年平均年徑流及年內分配成果 108 m3

計算方法：首先將塔什店(五)近十年的月徑流均值按塔什店(五)至第一分水樞紐的平均每公里損失率及距離推演到第一分水樞紐處，然后扣除工況下十八團渠和庫塔干渠處的多年月平均引水量，推演得第一分水樞紐處多年平均年徑流及年內分配,見式(3)。

Q一=Q塔(五)-Q塔(五)×P1×L1-Q十八-Q庫塔

(3)

式中：Q一為工況下第一分水樞紐月平均徑流量，108m3；Q塔(五)為塔什店(五)水文站近十年(2003—2012年)月平均徑流量，108m3；Q十八、Q庫塔分別為十八團渠、庫塔干渠月平均引水量，m3；P1為塔什店(五)水文站至第一分水樞紐平均每公里損失率，%；L1為塔什店(五)水文站至第一分水樞紐距離，km。計算結果見表5。

表5 多年平均年徑流情況 108 m3

4.3 成果合理性分析

(1)節點及資料年限選取的合理性。孔雀河石灰窯水文站上游的水利工程主要有鐵門關水庫(1966年8月建成運行)、老達吾提閘(建于60年代)和博湖揚水站(1983年建成投入運行)，博湖揚水站的投入運行，將孔雀河變成為一條受人為影響的非自然出流河流。本次水文分析計算，選取石灰窯水文站1954—1982年徑流資料，避開了1983年博湖揚水站建成投入運行帶來的影響；選取塔什店(五)水文站1983—2012年實測徑流資料作為工況條件下年徑流及年內分配計算依據，是在現有資料條件下一種最優選擇。

(2)計算方法的合理性。分別以石灰窯水文站和塔什店水文站為節點，將徑流推演至第一分水樞紐處，然后在天然條件下不考慮十八團渠和庫塔干渠引水影響，推算得一樞紐天然條件下的年徑流及年內分配；在工況條件下考慮十八團渠和庫塔干渠引水影響后，得到一分水樞紐處工況條件下年徑流及年內分配。

(3)參數確定合理性。各節點間損失率由近期各節點均值推求，符合當前實際情況。

5 結 語

受水利工程影響，孔雀河已變成一條受人為影響的非自然出流河流。為保證第一分水樞紐處徑流精準性，選取石灰窯水文站1954—1982年徑流資料是最接近天然狀況的一種選擇，選取塔什店(五)水文站1983—2012年實測徑流資料作為工況條件下年徑流及年內分配是最貼近現狀實際的一種選擇，避開了1983年博湖揚水站建成投入運行帶來的影響，經過分析計算第一分水樞紐處年徑流16.5×108m3。為工程除險加固提供了科學依據。