大河沿子河流域沙尔托海水库入库径流设计分析

阿苍德

（新疆博尔塔拉水文勘测局，新疆 博尔塔拉 833400）

大河沿子河地处于新疆北部，流域呈垂直分布，依靠季节性积雪以及降雨补给河源。沙尔托海水库建设于该流域，其性质属于山区拦河水库，坝型为碾压式沥青砼心墙砂砾石坝，原设计总库容998万m3，控制灌溉面积20.85万亩。现如今，大河沿子河区域农业经济发展迅速，农业用水量逐渐增加，供需水方面的矛盾日益凸显。为了将问题解决，需要结合合理的水文特征，按照工作大纲要求，在国家、行业颁布的现行标准的基础上，针对大河沿子河沙尔托海水库入库径流工程展开计算分析。

1 流域概况

大河沿子河位于新疆维吾尔自治区的西北部地区[1]，全年气候比较凉爽，有着非常丰富的降水量以及大面积的雪岭云杉林等树木。河床南岸前山带和北岸喀拉他乌山地区属荒漠地带，黄土沉积较厚，易受河流冲击影响。流域范围内有极为丰富的磷、铜矿藏，且部分磷矿已被开采、利用。

沙尔托海水库建设于大河沿子河中游部位，作用是提供工业供水，支持农田灌溉为主，并且兼顾防洪功效。

2 大河沿子河流域水文情况

2.1 参证水文站

大河沿子河共设置了3台水文站，由于大河沿子河流域所有水文站中的三台站、大河沿子大桥站有关数据存留时间较短，所以在设置参证站时选择相同区域以及产汇流条件比较近似的精河山口水文站。参证站概况见表1。

表1 参证水文站概况

精河地处流域东部，东、西位置为托托河、阿恰勒河，精河山口水文站是精河流域控制站，属国家基本水文站。通过分析可以确定精河山口水文站以上集水面积为1419 km2，河长75 km，多年平均年径流量4.723×108m3。

2.2 参证站年径流量

沙尔托海水文站主要应用了频率计算法对年径流量进行计算。按照沙尔托海水文站数年间积累的实测年径流数据，使用矩法预估统计参数，同时也可以使用适线法搭配P-Ⅲ型频率曲线对年径流量进行计算。实际在计算年径流量系列均值时，使用以下公式计算：

年径流量系列经验频率计算公式则为：

通过一系列计算可知，沙尔托海水库一直以来的入库平均年径流量是1.340×108m3，年径流系列频率计算参数，也就是变差系数CV值为0.22，偏态系数CS值为6.0CV。按照年径流统计参数可以对入库丰水年（P＝25%）设计年径流量进行计算，最终得出结果为1.489×108m3；平水年（P＝50%）设计年径流量的计算结果则是1.277×108m3；偏枯水年（P＝75%）设计年径流量的结果为1.123×108m3；枯水年（P＝95%）设计年径流量结果是0.9867×108m3，具体数值见表2。

表2 沙尔托海站年径流量统计参数及设计年径流量结果表

3 入库设计洪水计算

3.1 设计洪峰流量与设计时段洪量

计算沙尔托海水库入库设计洪水期间，坝址和沙尔托海水文站之间的距离为1 km左右，区间没有其他支流汇入，入库设计洪水结果可以应用沙尔托海水文站设计洪水结果。

3.2 设计洪水过程线计算方法

实际设计洪水流量过程线期间，可使用的计算方法比较多，此次设计主要应用频率放缩法。洪峰与洪量放大倍计算公式如下：①洪峰流量的放大倍比公式：K峰＝Q设/Q典；②时段洪量放大倍比公式：K1＝W1设/W1典，K3～1＝（W3设－W1设）/（W3典－W1典），K5～3＝（W5设－W3设）/（W5典－W3典），K7～5＝（W7设－W5设）/（W7典－W5典）。

3.3 设计洪水过程线

（1）典型年选择。实际计算过程中选择1998年、1999年沙尔托海站测量所得流量结果，以此为依据对洪水过程进行绘制[3]。1998年的洪水过程是实测系列当中洪峰流量以及时段洪量最大的阶段，可以将其视为暴雨洪水类型典型年；而1999年的洪水过程则是降雨融雪混合型洪水典型年。对洪水过程线进行设计，需要将断面设计洪水成果作为依据，使用同频率放大法展开计算。

（2）设计时段选择。因其和洪水特性关联比较密切，加上大河沿子河洪水类型为暴雨洪水和混合型洪水，时间较短，为设计时段赋予了同样的特点，无法对洪水过程线形状进行有效控制，最终将洪水设计时段设定为1 h。

3.4 结果推求

将实际测量所获得1998年、1999年的暴雨洪水以及暴雨融雪混合型洪水过程当作典型年洪水，并且以洪峰、不同时段的设计洪量为依据，采用峰、量控制同频率放大法，对入库各个频率设计洪水过程结果进行推求。

3.4.1 入库设计年径流量

根据分析了解到沙尔托海水库和沙尔托海水文站之间的距离小于1 km，并且没有任何支流汇入，尽管建设了引水工程，但是已将其作为考虑的因素[2]。所以，沙尔托海水库入库设计年径流计算可以直接使用水文站设计年径流结果，数值见表2。

3.4.2 入库设计径流量分配

对于入库设计净流量的分配可以使用典型年法计算，具体要求包括：（1）典型年要以实测径流系列年份为准；（2）典型年要选择年径流量和设计年径流量最接近年份；（3）典型年月径流量分配期间要以工程不利年份为准，也就是效益相对低的年份。从农田灌溉这一层面考虑，灌溉需水期要以径流量较枯、非灌溉期径流量较丰的年份为准。鉴于此，沙尔托海水文站实测径流系列选定了2007年、1993年、1994年、2009年、1997年、1992年 6个年份当作典型年。根据沙尔托海水库入库设计年径流量以及典型年，可以明确分配比例将其进行放大处理，以此对入库设计年径流年内分配进行计算，具体公式为W库月＝（W站月/W站年）×W库年，其中W库月代表入库设计月径流量，数值为104m3，W站月代表水文站典型年月径流量，数值为104m3，W站年代表水文站的典型年年径流量，数值为108m3，W库年代表入库设计年径流量，即108m3。通过计算便可以得到各个入库保证率下的设计年径流量年内分配结果。

3.4.3 径流成果合理性

研究选用参证站水文站为国家基本水文站，水文测验和资料整编均以国家行业技术标准为依据，可以保证非常高的测验精准度，最终获得的水文资料结果具有极高的可靠性。应用计算方法与国家水利行业标准《水利水电工程水文计算规范》（SL278-2002）规定的技术要求相符。结合当前大河沿子河流域水库运行情况，由上述计算所得入库径流满足实际要求。且计算过程中将三台站、沙尔托海站实测系列组成完整系列，这为径流统计参数地区分布规律赋予了合理性的特点。

4 结语

综上所述，结合大河沿子河流域内水文参证站相关数据信息，对沙尔托海入库设计年径流年内分配进行计算，整体体现出非常高的可信度，满足流域内洪水要求，保障了大河沿子河流域内人民生命财产安全，可为今后我国水库洪水设计分析提供参考依据。