黄水沟出山口下游沿程河道断面糙率分析

郭 涛 朱建春

(新疆巴音郭楞水文水资源勘测局，新疆 库尔勒市 841000)

1 黄水沟概况

1.1 自然地理概况

黄水沟位于新疆巴音郭楞蒙古自治州和静县境内，发源于中天山的天格尔山南坡，属雨雪混合补给河流，其地理位置处于东径 85°55'～ 86°54'，北纬 42°12'～ 43°09'。流域东西最宽处相距80.1 km，南北最长处相距106.1 km，黄水沟出山口以上地势由北向南倾斜，海拔最高4 398 m，出山口以上河道河床水流集中。出山口以下地势由西北向东南倾斜，最低1 047 m，河道河床自出山口处的粗大的卵砾石组成向下游逐渐演变为砂砾石组成，出山口后山前洪积扇区域，河道变宽流速变缓，洪水携带的泥沙在此大量堆积，为河流洪水、径流的散失区。黄水沟出山口上下游河道两岸沿线分布着公路和铁路，是南北疆交通运输的重要通道。

1.2 河流水系

流域中部巴仑台镇以上有两条支流，西支巴音沟，东支为乌拉斯台沟，后者为黄水沟的主流。巴仑台以下还有老巴仑台及哈布其干郭楞等支流汇入，全流域呈扇状。流域面上的降水，经过10余条一级支流，10余条二级支流及若干条三级支流的汇集调蓄，自北向南汇集于山口(即黄水沟水文站位置)。水文站黄海基面高程为 1 313.504 m，集水面积4 311 km2，至河源河道长度为110 km。水文站下游约12 km至黄水沟防洪分水闸，此处黄水沟河道分为东西两条支流。东支沿途地主要用于工、农业用水，最后注入博斯腾湖大湖。西支在黄水沟防洪分水闸下游2.5 km处又分为两支，西支的两支支流流经和先公路后在开都河入河口处汇合，是汇入开都河下游河段最大的一条支流。

2 洪水沿程观测

2.1 洪水沿程观测位置

在黄水沟山口水文站以及下游河段上选择控制条件较好的观测断面，黄水沟水文站的测流断面简称断面1。黄水沟防洪闸东支和西支闸口处断面分为两处，东支河道简称断面2－1，西支河道简称断面2－2，断面河道距离距黄水沟水文站断面11.82 km。黄水沟在静县至先行乡公路处，河道分成三支，防洪分水闸以下东支河道在公路桥处简称断面3－1，此断面距离距黄水沟水文站断面18.2 km;防洪分水闸以下西支河道在和静县至先行乡公路处分为两支，西支静先公路东侧公路桥处简称断面3－2，此断面距离黄水沟水文站18.7 km;和西支静先公路西支西侧公路桥处简称断面3－3，此断面河道距离黄水沟水文站19.3 km。

2.2 断面洪水监测及测验方法

当发生洪水时，各断面进行流速仪法流量测验，在流速仪法测流的同时进行比降面积法的试验观测。每次流速仪法测流时均进行过水断面面积的测量，垂线布置的原则是主河槽加密布设，测深及测速垂线间距一般不大于4 m，当河道有汊沟时各股水流均要布设测深及测速垂线。每条测速垂线的测点位置，尽可能采用相对水深0.6处测量垂线平均流速。每次流量测验前后都要观测基本断面及上下比降断面的水位。

河道比降观测和糙率分析，用流速仪法施测河道流量，同时观测测验河段比降断面的上下水位，试验河段的糙率用曼宁公式推算。

其中:n为河道糙率、A为过水断面面积、Q为河道中的流量、R为河段平均水力半径、I河道比降。

2.3 断面洪水监测情况

在2007～2010年4年的洪水监测测量过程中，断面2－1、断面2－2、断面3－1、断面3－2和断面 3－3分别对黄水沟2007年7月10日、7月15日、2008年7月 20日、2009年 6月14日、7月5日和2010年6月23日的洪水过程进行实测，各次洪水过程观测项目有过水断面出大断面测量、水位观测、流速仪法实测流量以及比降水位、流量的观测。在以上7场洪水观测过程中，在2－1、2－2断面分别观测水位 179次，3－1、3－2、3－3断面分别观测水位136余次，各观测断面测到了各次洪水变化的完整过程。7场洪水观测过程中，在2－1、2－2断面分别用流速仪法实测流量26份，其中，在2－1断面测到最大洪峰流量68.7 m3/s，测到最小流量7.30 m3/s;在2－2断面测到最大洪峰流量67.9 m3/s，测到最小流量0.553 m3/s。在3－1、3－2、3－3断面分别用流速仪法实测流量19份，其中，在3－1断面测到最大洪峰流量68.1 m3/s，测到最小流量 4.54 m3/s;在3－2断面测到最大洪峰流量16.5 m3/s，测到最小流量 0.261 m3/s，在 3 －3 断面测到最大洪峰流量 27.4 m3/s，测到最小流量 0.905 m3/s。

3 河道断面糙率系数分析

3.1 河道过水断面糙率系数

在2007年～2010年4年的洪水试验测量过程中，断面1进行了18次比降水位、流量的观测;断面2－1进行了14次比降水位、流量的观测;断面2－2进行了16次比降水位、流量的观测;断面3－1进行了14次比降水位、流量的观测;断面3－2进行了13次比降水位、流量的观测;断面3－3进行了12次比降水位、流量的观测，各断面比测试验成果见表1～表 3。

表1 黄水沟水文站测验断面糙率分析计算成果

断面糙率成果分析，黄水沟水文站测验断面的糙率比较稳定，测流断面水位与流量关系比较稳定，同时断面水位与糙率相关关系呈带状分布，随着水位和断面流量的变化，断面糙率的取值在0.013～0.036之间。黄水沟防洪闸处东支河道测验断面，由于洪水前后断面整体性冲淤变化较大，造成断面水位与糙率关系点据分布散乱，断面糙率的取值在0.018～0.063之间。黄水沟防洪闸处西支河道测验断面的糙率极较稳定，测流断面水位与流量关系比较稳定，同时断面水位与糙率相关关系呈带状分布，随着水位和断面流量的变化，断面糙率的取值在0.022～0.049之间。黄水沟在静县至先行乡公路的三处公路桥3－1、3－2和3－3河道测验断面的河床冲淤影响较大，但断面河床为经常性的局部性冲淤变化，由于过水断面面积的冲淤互补，断面糙率相对较稳定，断面水位与糙率相关关系也呈带状分布，断面3－1的糙率取值在 0.026～0.047之间，断面 3－2的糙率取值在0.023～0.045之间，断面 3－3的糙率取值在 0.028～0.060之间。

表2 黄水沟防洪闸处东支和西支河道测验断面糙率分析计算成果

3 结语

由于黄水沟特殊的地理位置，肩负着和静县的乡、农场和农二师团场的工农业用水及人蓄饮水的重任，同时沿河道两岸还修建有公路、铁路和工业园区等，从它的洪水沿程断面变化特征来看，黄水沟出山口由于河道纵坡坡降较大，洪水主流左右摆动冲刷成几条较大的支沟，同时从断面河床的稳定性来讲，河道河床组成向下游由卵石河床逐渐演变为沙石河床，洪水对下游河道断面的河床冲淤影响较大，在每次洪水时断面河床整体性冲淤变化较大，是造成断面水位与糙率关系点据分布散乱的主要原因。

表3 黄水沟在静县至先行乡公路处各测验断面糙率分析计算成果