铁斯巴汗水库除险加固工程径流计算研究

何 潇

（塔城地区水利水电勘察设计院,新疆 塔城 834700）

1 引言

水库流域范围内径流量对水库工程设计中重要的参数,确定科学、合理的径流量可保证水库工程的安全,避免设计过程中过于保守,导致工程投资增大。目前,较为常用的水库径流计算方法为水文比拟法和等值线图法等,由于水库流域范围内地形条件较为复杂,需采取针对性的方法方可获取较为准确的计算结果[1-3]。结合铁斯巴汗水库工程,采用两种方法对水库径流进行分析,获取径流数据为水库除险加固工程设计提供参考。

2 工程概况

铁斯巴汗水库枢纽布置水库枢纽主要包括大坝、溢洪道、放水涵洞三部分。大坝轴线大致呈东西方向。放水涵洞全长124 m,其中洞身段长27 m。大坝坝型为土工膜斜墙堆石坝,最大坝高13.62 m。大坝全长277.5 m,大坝轴线大致呈东西方向,坝顶宽6.0 m,坝顶高程为1246.32 m。

3 铁斯巴汗水库径流计算

3.1 铁斯巴汗水库多年平均年径流量计算

设计流域铁斯巴汗河为缺乏水文资料的河流,铁斯巴汗水库设计年径流量计算基本思路为：采用两种方法先计算水库坝址处多年平均年径流量。

3.1.1 水文比拟法

水文比拟法主要通过收集流域内水文资料,利用这一资料分析、移置设计流域的水文分析方法。应用这种方法的前提是,设计流域于参证流域内影响水文径流的影响因素较为相似。因此,使用水文比拟法分析流域径流参数,首先需要选取适宜的水文参证流域[4-5]。

距离铁斯巴汗河流域最近的库甫河托里水文站以及达尔布特站,该参证流域与设计流域气候与水文条件相似,流域植被、土壤等因素也相近,符合直接移置的条件,故选为参证流域。

根据库甫河托里水文站、达尔布特站和铁斯巴汗水库入库集水面积,移用库甫河托里水文站、达尔布特站径流模数,推算铁斯巴汗水库入库年径流量,采用公式如下：

式中：W设、W参分别为设计与参证流域年径流量,104m3；F设、F参分别为设计与参证流域集水面积,km2。

库甫河托里水文站、达尔布特水文站集水面积分别为525 km2和1057 km2,多年平均年径流量分别为1559×104m3和1740×104m3,铁斯巴汗水库入库以上集水面积289 km2,由上述公式,推算出铁斯巴汗水库入库多年平均年径流量分别为858.2×104m3和475.7×104m3。

3.1.2 径流深等值线图法

根据自治区水文水资源局在1/25 万电子地图上勾绘的额敏河流域1956 年～2005 年径流深等值线图,绘制铁斯巴汗河流域年径流深等值线示意图（见图1）,本次经额敏河流域径流深区域平衡计算,获得了加依尔山西北坡径流深等值线图,成果图中参证站控制断面以上径流深量算值与实测值相对误差在±1.3%误差范围内。

图1 铁斯巴汗河流域年径流深等值线示意图

经量算铁斯巴汗水库坝址以上各级径流深所包围的面积,以面积权重法计算出水库坝址以上多年平均径流深为33.3 mm,折算成径流量为962.4×104m3。因径流深等值线图法使用资料年限截止到2005 年,故对计算成果进行订正至2015 年,需用参证站哈拉依敏站长系列多年平均径流量予以订正,即哈拉依敏站1956 年~2005 年均值为1.307×108m3（取用《额敏河流域水资源评价》报告中数值）,延长至2015年为1.341×108m3,订正系数为1.026）订正后计算成果为987.4×104m3。

3.2 铁斯巴汗水库入库不同保证率设计年径流量成果

由于铁斯巴汗河无实测径流资料,该流域与哈拉依灭勒河流域相邻,统计参数遂选用径流补给类型相同、同属于降水与雨雪混合型补给河流的哈拉依灭勒河为参证河流。根据哈拉依敏站1962 年～2015 年54 年径流资料,统计参数采用矩法估算,经P-Ⅲ型适线确定,CV=0.40,CS=3.5CV,移用其统计参数,计算得到铁斯巴汗水库入库设计年径流量,见表1。

表1 铁斯巴汗水库入库设计年径流量成果表 单位：104m3

3.3 铁斯巴汗水库入库设计年径流量年内分配

铁斯巴汗水库设计径流的年内分配,以哈拉布拉站实测系列典型年的分配为依据,选取丰水年（P=25%）、平水年（P=50%）、偏枯水年（P=75%）、枯水年（P=95%）四种保证率的典型年（即1990年、1977年、1984年及1983年）,根据铁斯巴汗水库设计年径流量,按典型年分配比例放大,计算出铁斯巴汗水库设计年径流的年内分配。公式如下：

式中：W铁月为铁斯巴汗水库设计月径流量,104m3；W哈月为哈拉布拉水文站典型年月径流量,104m3；W哈年为哈拉布拉水文站典型年年径流量,108m3；W铁年为铁斯巴汗水库设计年径流量,108m3。

由上式计算出铁斯巴汗水库不同保证率的设计年径流量年内分配成果（见表2）。

表2 铁斯巴汗水库入库设计年径流量年内分配表 单位：104m3

4 铁斯巴汗水库入库径流成果的合理性分析

铁斯巴汗水库入库年径流量的计算采用了两种方法,即水文比拟法和径流深等值线图法。两种计算方法求得的铁斯巴汗水库入库年径流量成果各不相同,计算成果见表3。

表3 铁斯巴汗水库入库不同方法推求年径流量统计表

水文比拟法是反映流域单位面积产水能力的指标,它与流域的降水、气温和下垫面因素密切相关。铁斯巴汗水库以上流域和库甫河流域影响径流的气候及下垫面因素相近。铁斯巴汗水库径流计算以库甫河托里水文站和达尔布特水文站为参证站,采用参证站短期实测径流资料为基础进行分析计算。参证站实测径流资料系列偏短,代表性相对较差,利用水文比拟法推算的铁斯巴汗水库年径流量计算成果供参考。

年径流深等值线图法,从区域平衡的角度出发,并考虑水资源、地形、气候、下垫面等综合因素,根据选用站实测年径流资料绘制,选用站资料可靠,系列长,年径流深等值线图绘制精度较高,虽然成果存在偏大的可能性,但年径流量计算成果可靠。

最终成果经对比分析,铁斯巴汗水库入库年径流量,设计年径流量的计算,推荐采用第二种方法,即径流深等值线图法计算成果。

5 结论

设计径流量分析计算对水库工程设计具有十分重要的意义。铁斯巴汗水库修建时期较早,受人类工程活动及自然营力影响,水库流域范围地形变化较大,早期的径流计算成果无法满足现状除险加固工程设计需求。综合考虑,采用等值线图法、水文比拟法两种方法获取径流数据,结果表明：采用等值线图法计算结果对本工程较为适用,可作为工程除险加固设计的依据。