开都河河道渗漏规律实验研究

王 琴，王 智

(新疆水文局，新疆 乌鲁木齐 830000)

经查阅文献[1-5]，在洪水预报中常常采用相应水位法计算水流传播时间，但将其用于河道渗漏规律研究并不多。本文利用此原理，开展开都河河道渗漏规律实验研究。采用电子水尺监测各计算断面水位变化过程，用河道水量平衡法计算开都河河道渗漏规律研究，旨在总结出更符合新疆实际的河道损失水量的计算方法，对提高新疆地下水资源的评价精度具有重要意义。

1 基本情况

1.1 流域概况

开都河发源于天山山脉中部依连哈比尔尕山南坡，河源高山区终年积雪，有现代冰川840条[6]，流域高程3 600 m以上终年积雪。河流全长560 km[7]，出山口以上流域面积18 670 km2，多年平均径流量35.18亿 m3。主要大支流有：哈尔嘎特郭勒河、扎格斯台河、察汗乌苏河、赛日木河、依赛克河、阿仁山恨土海河山恨土海河。出山口经大山口水文站，后流经和静县、焉耆县，后以东宝浪苏木分为两支，东支流入博斯腾湖[8]，见图1。

图1 开都河区域概况及测验断面布置图

1.2 水文地质条件特征

开都河大山口水文站至该站下游7.9 km的小山口，为宽河谷基座阶地，基座为第三纪泥岩、砂岩地层，河道渗漏量很少，可以忽略不计。小山口至第一分水枢纽段，为深切第三系河谷，地下水向两侧渗漏量不大。第一分水枢纽附近地下水埋深大于20 m，下游12 km的巴润哈尔莫墩乡地下水埋深小于5 m，河床岩性为卵砾石，砂砾石。自巴润哈尔莫墩乡以下，地下水埋深一般为2～3 m或3～5 m，地下水与河水之间补排交替频繁，见图2、图3。自21团大桥至宝浪苏木，地形坡降很小，河床接近或高于附近地面，河流两岸修建防护堤，见图4。

图2 哈尔莫墩南开都河河水与地下水补排关系剖面图

图3 乌拉斯台农场南开都河河水与地下水补排关系剖面图 图4 协比尔布呼乡才开村以南开都河河水与地下水补排关系剖面图

2 实验方法

水量平衡法是计算河道损失量的常用方法之一，河道水位处于稳定流状态时，断面间的损失水量为上、下断面的水量之差；而处于非稳定流状态时，应考虑相应水位的传播时间，在试验中采用电子水尺监测各断面水位传播时间，用实验资料计算开都河河道损失水量，根据文献[9]，洪水波的传播速度近似等于断面的平均流速，根据断面间的河长，计算出断面间的平均流速。

为了降低河槽调节作用的影响，提高实验精度，实验时间段中应包括多个水位或流量的变化周期，以便在实验时间段中选择合适的计算时段。计算时段应该为一个或多个完整变化周期，计算时段的流量及其变化过程，应与该时段以前和以后时段的流量及其变化过程比较接近。

通过以上分析，河道损失量实验按照以下步骤进行：(1)监测上、下断面之间水位，分析水位变化规律；(2)计算上、下断面之间水位沿河道的传播速度；(3)选择合适时间测验断面流量，建立水位流量关系；(4)选择合适计算时段，计算实验河段河道损失水量。

3 实验布置

3.1 实验河段的选择及布置

21团大桥断面以上，引水口较少，只有第一分水枢纽和解放二渠临时引水渠引水，后者近年来基本不引水。21团大桥断面以下有9个渠首、10个泵站引水，引水渠首均为无坝引水，泵站的计量设施也不完善，引水的计量误差比较大。因此，将21团以上至大山口水文站作为实验河段。非灌溉期，将实验河段延伸到宝浪苏木分水枢纽。

开都河自出山口到博斯腾湖，根据测验条件，以测桥或公路桥为测验断面，分别在大山口水文站、218国道大桥、21团大桥、焉耆大桥、宝浪苏木分水枢纽布置测验断面(图1)，每个测验断面设置上比降水尺、下比降水尺、电子水尺，监测河水位。采用流速仪法实测断面流量。

3.2 实验时段的选择

河流流量、河水水位、地下水位的变化都对河道渗漏产生明显影响，为了比较准确地反映这些影响，选择丰水期、平水期、枯水期作为实验时段，分别计算出各时段损失水量，然后再推求全年损失水量。

第一时段：2009年6月21日至22日，大山口水文站流量176 m3/s，代表丰水期。

第二时段：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。

第三时段：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。

第四时段：2010年8月11日至23日，大山口水文站流量271 m3/s，代表特丰水期。

4 实验结果及分析

4.1 相应水位的传播时间

根据各断面电子水尺记录水位时间过程线，分析计算出各断面间相应水位传播时间，见图5～图8。

大山口水文站至218国道断面河长38.51 km，水位传播时间4～5 h，平均流速2.14～2.67 m/s；218国道断面至21团大桥断面河长46.94 km，水位传播时间11～12 h，平均流速1.09～1.19 m/s；21团大桥断面至焉耆大桥断面，河长18.00 km，水位传播时间6 h，平均流速0.83 m/s；焉耆大桥断面至宝浪苏木断面，河长12.64 km，水位传播时间5 h，平均流速0.70 m/s。自上游到下游，河水流速逐渐降低。一般河水流量越大，平均流速越大，水位传播时间越短。

4.2 断面间损失水量

考虑到流量测验断面的形状受河水冲於影响而改变，不同时期断面水位流量关系可能发生变化，每个实验时段都进行水位流量测验，各实验时段确定的水位流量关系只适用于该实验时段(3至5日)。在实验时段中，以日为计算时段，来分析计算时段的断面间损失水量。为了降低河槽调节作用的影响，计算时段(以日为单位)以及该时段前一日、后一日的平均流量应该比较接近。根据实验时段水位流量关系曲线，通过水位过程线，求出流量过程线，进而求出各计算时段断面的径流量。采用河道水量平衡法计算各断面间损失水量。

从实验时段计算成果表(表1)可以得出：大山口水文站至218国道断面，枯水期、平水期地下水补给河水，丰水期河水补给地下水；218国道至21团大桥断面地下水补给河水，河道弯曲系数为1.74，河曲十分发育；21团大桥断面至宝浪苏木断面河水补给地下水。与彭秋燕[10]等研究得出在枯水期开都河河水与地下水补排界线一致。

表1 实验时段各计算断面间损失水量计算成果表

4.3 全年河道损失水量

按照丰、平、枯三个时段河道损失水量占各计算断面径流量的比例，计算2009年、2010年、多年平均河道损失量。2009年开都河年径流量37.864 7×108m3，河道引水量10.108 1×108m3，河道损失量5.425 9×108m3。2010年开都河属丰水年，年径流量43.419 2×108m3，河道引水量9.508 5×10 m3，河道损失量7.754 5×10 m3。

多年平均来水情况下，各断面间逐月径流量、引水量、河道损失量变化见图9。开都河1956-2008年多年平均年径流量35.180 0×108m3[11]，河道引水量11.824 9×108m3，河道损失量4.663 9×108m3。大山口水文站至218国道断面河道损失水量为-0.332 9×108m3；218国道断面至21团大桥断面河道损失水量为-3.891 0×108m3；21团大桥断面至焉耆大桥断面河道损失水量为4.774 9×108m3；焉耆大桥断面至宝浪苏木断面河道损失水量为4.113 0×108m3。总体来看，大山口水文站至21团大桥河段，以地下水补给河水为主；21团大桥至宝浪苏木大桥河段，以河水补给地下水为主。

图9 开都河各断面之间逐月径流量、引水量、损失量变化图

5 结语

(1)大山口水文站至218国道断面水位传播时间4～5 h，平均流速2.14～2.67 m/s；218国道断面至21团大桥断面水位传播时间11～12 h，平均流速1.09～1.19 m/s；21团大桥断面至焉耆大桥断面水位传播时间6 h，平均流速0.83 m/s；焉耆大桥断面至宝浪苏木断面，水位传播时间5 h，平均流速0.70 m/s。

(2)开都河多年平均年径流量35.180 0×108m3，河道引水量11.824 9×108m3，河道损失量4.663 9×108m3。大山口水文站至21团大桥河段，以地下水补给河水为主；21团大桥至宝浪苏木大桥河段，以河水补给地下水为主。

(3)本文对开都河河道渗漏量进行了实验研究，工作量比较大，历时比较长，深入研究了河道损失水量的计算方法，为新疆地下水资源的评价精度工作奠定了基础，不足之处为：由于本次实验布置中未布设地下水观测孔，没有监测到河水与地下水位的关系，没有进一步研究河道渗漏补给地下水的数量。建议在有条件时可以在各断面垂直于河岸布设系列地下水观测孔，与断面处电子水尺观测的河水水位建立联系，更精确的定量研究河水与地下水的转化，从而为开都河流域的开发利用给出合理的决策性建议。