恰克玛克河塔格博依渠首设计年径流分析

孙本国

(新疆维吾尔自治区水文局水文实验站，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 流域概况

恰克玛克河发源于中、吉边境的图噜噶尔特山南麓，位于塔里木盆地西部。其西北与吉尔吉斯斯坦交界，南与克孜河毗邻，东部与布古孜河接壤，西邻克孜河支流卡浪沟吕克河，河流大体上呈西北—东南流向。与布古孜河汇合处以上流域面积4820 km2，河道纵坡平均比降约18‰，河流全长165 km。恰克玛克河沿河已修建引水枢纽有恰克玛克河引水渠首、库曲湾渠首、塔格博依渠首，小型水库两座，为托喀依水库和栏杆水库[1]。

塔格博依渠首位于恰克玛克河岔流伯什克然木河上，系丘陵区拦河引水枢纽，在恰其嘎水文站下游37.8 km，在恰克玛克河渠首下游35.9 km，塔格博依渠首建于1991年，承担灌区0.35万hm2农田的灌溉任务。工程主要为进水闸、泄洪冲沙闸、溢流堰、上下游河道整治段组成，属Ⅲ等中型工程。主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，设计洪水标准20 a一遇，洪峰流量394 m3/s，校核洪水标准50 a一遇，洪峰流量636 m3/s。其中：进水闸设计引水流量10 m3/s，泄洪冲沙闸设计过水流量50 m3/s，溢流堰设计过水流量576 m3/s。塔格博依渠首水闸经过水闸安全鉴定，鉴定结果为四类闸。水文计算断面在渠首工程上游100 m处，渠首工程场址和洪水调查断面见图1。

图1 渠首工程场址和洪水调查断面

2 水文站概况

新疆水文水资源局在恰克玛克河干流先后设立了巴音谷鲁提站和恰其嘎站2 处国家基本水文站，本次分析计算选用的参证站为恰其嘎水文站。恰其嘎水文站位于小阿图什乡喀尔果勒山口，是恰克马克河出山口水量控制站，测站以上河长125 km，集水面积为3788 km2。设立于1976年 9月，观测至今，属于国家基本水文站，该站断面没有进行过迁移。在电站引水渠和河道上设有两个测验断面，电站引水渠在恰其嘎水文站上游引水，在恰克玛克渠首前汇入恰克玛克河。观测项目有水位、流量、降水、蒸发、水温、气温、冰情等，1981年起增加悬移质泥沙、水质等项目。选用资料为两个断面的合成资料。水位观测在汛期采用自记水位计观测，每日8时、20时人工校核两次；非汛期由人工观测且视水位变化，增加观测次数；冰期每日观测2次。因恰克玛克河中下游河段无水文观测资料，本次工程场址设计径流采用水管资料推算[2]。

3 年径流分析

3.1 径流特性

3.1.1 径流组成

恰克玛克河属降雨、季节性积雪和地下水补给型河流，其径流补给形式：3—6 月底主要为融水和地下水补给，7—9 月主要由地下水、雨洪补给，10 月底至次年3 月为地下水补给。由径流统计时段分析来看，雨、雪混合补给量占年径流量的66.7%，地下水补给量占年径流量的33.3%。由此可见，雨、雪混合补给是恰克玛克河径流的主要来源。

3.1.2 径流的年际变化

对恰克玛克河恰其嘎站实测43 a径流系列分析，2012年为最丰年，年径流量为3.685×108m3，1977年为最枯水年，年径流量为0.814×108m3，年径流量的最大变幅为多年平均径流量的1.8倍，年最大径流量为年最小径流量4.5倍。以雨雪混合补给为主的恰克玛克河年径流量随降水而变化，因为干旱区的降水量年际变化大，受其影响的河流径流量年际变化亦大[3-5]。

3.1.3 径流的年内变化

恰克玛克河流域气候干旱，四季分明，河流径流量随季节转换而发生变化，且与补给类型息息相关，雨水和融雪的季节性较强，也就是说雨雪补给加剧了径流年变化的不均匀性，由于恰克玛克河无冰川补给，尤其以热量丰富的4—8月消融最强烈，常出现融雪洪水和暴雨洪水。

3.2 径流系列的三性分析

恰其嘎站是恰克玛克河上系列较长的测站，具有1977—2019年实测径流资料，本次以该站径流资料进行三性分析。恰其嘎站位于恰克玛克出山口处，是国家基本站，水文测验、资料整编及刊印均严格按照国家行业规范标准执行，成果可靠，精度较高，可满足本项目水文分析计算要求。

恰其嘎站位于恰克玛克出山口处，该站上游河段无永久水利引蓄水工程设施，山区基本上属无人类活动区，即径流形成区，下垫面条件、降雨入渗、坡面流、蒸发等水平衡要素基本未受人类活动影响，发生变化十分微弱，未改变山区的产汇流规律及一致性。因此，资料系列具有一致性。

恰其嘎站年际变化过程大致为：1977—1986年为枯水年群，1987—1994年为平水年群，1995—2005年为丰水年群，2006—2009年为枯水年群，2010—2012年为丰水年群，2013—2019年为枯水年群。可见该系列包含了年径流丰、平、枯水变化过程，年径流具有一定的代表性。

恰其嘎站年径流累积曲线随时间的增加，变幅越来越小，当在系列长度达28 a以上时，模比系数累积平均值在1上下波动，波幅小于5%，当系列长度在30 a以上时,模比系数累积平均值稳定趋于1，可见年径流系列均值具有较好的稳定性。

不同时段年径流均值相对该站长系列均值变幅不大，当系列长度超过40 a时，均值相对误差在0～2.62%之间，Cv矩法估计值的相对误差在0～-5.48%之间。恰克玛克河年径流系列包含了年径流丰、平、枯水变化过程，随着径流系列长度的增加，系列渐趋稳定。可以认为，恰克玛克河43年连续系列具有一定的代表性。

3.3 径流计算

以恰其嘎水文站为主要参证站，根据恰克马克渠首水量调度原则，首先进行伯什克然木河起始断面的设计年径流及年内分配计算；而后在伯什克然木河径流沿程变化分析的基础上，计算塔格博依渠首设计年径流及年内分配。

3.3.1 参证站设计年径流

参证站设计年径流径流计算过程中的设计参证站为恰其嘎站，对恰其嘎站1977—2019年43 a实测年径流系列进行P-Ⅲ型曲线适线，把以前报告中到2009年成果与本次到2019年成果进行对比，成果见表1。

表1 参证站设计年径流成果

3.3.2 典型年的选择及设计年径流量月分配

典型年径流量应尽量与设计代表年相接近；重点考虑年内分配极不均匀年作典型年；同时有几个年份满足条件时，则应选择灌溉期内最枯年份作为典型年。根据上述原则，从恰其嘎站年径流系列中，分别选择出1987年为保证率25%的典型年、2001年为保证率50%的典型年、1991年为保证率75%的典型年、1977年为保证率95%的典型年。

用设计年水量与代表年的年水量比值对整个代表年的月径流过程进行缩放。以缩放倍比乘各自的代表年逐月径流即得设计年内分配。

3.3.3 工程场址设计年径流

(1)南支起始断面设计年径流。项目组收集到恰克玛克河渠首两种分水比例主要内容：<20 m3/s时，给喀什市伯什克然木河引水量为25%，>20 m3/s 时，给喀什市伯什克然木河分水量为50%。项目组收集到恰其嘎站多年资料，分析各月平均流量资料，其中只有12 个月平均流量大于20 m3/s，最大月平均流量为32.4 m3/s(1995年 5月)，即只有3%的月份可按50%比例分水。再分析所有日平均流量资料，其中,有560 个日平均流量大于20 m3/s，即只有4.6%的日数是按50%比例分水，其余95.4%的日数按25%比例分水，经计算恰克玛克河渠首多年平均分水比例为26%。综合分析恰恰克玛克河的洪水成因、类型和特征，恰克玛克河大于20 m3/s 的时间是有限的，即恰克玛克渠首按50%比例分水的时间是有限的，恰克玛克渠首绝大部分时间是按25%给喀什市伯什克然木河分水。计算南支伯什克然木河起始断面的设计年径流量，参照恰其嘎站典型年与设计年比值，推求设计年逐日流量，而后合成，再按恰克马克渠首水量调度原则推演出南支起始断面的设计年径流及年内分配。

(2)工程场址断面设计年径流。恰克玛克河水经恰克玛克渠首按比例分水给南支伯什克然木河，在库曲湾断面进行引水，小于2 m3/s 引入引水渠，大于2 m3/s 泄入河道，在下游塔格博依渠首引入栏杆水库引水渠。从喀什市水利局收集库曲湾渠首2000—2009年引水资料，并对同期的恰其嘎站，南支起始断面分水量和库曲湾渠首引水量进行分析，成果见表2。从该水闸除险加固技术咨询报告中得知，对塔格博依渠改造方案是在塔格博依渠首下游新建渡槽，即将塔格博依渠水与伯什克然木河水分开，是立交引水，本文不考虑塔格博依渠引水。调查组对恰克玛克河各断面(恰其嘎站、南支起始断面、库曲湾断面、塔格博依渠首断面)的日平均流量进行调查，经分析各断面衰减成果见图2。调查时也向喀什市水利局咨询恰克玛克河各断面水量衰减问题，南支河道开始走水时水量衰减达到50%～60%，河道经常走水后，水量衰减为30%～40%。经对表3 和询问的两种衰减分析，确定南支起始断面到库曲湾断面的水量衰减平均为27.6%，库曲湾河道下泄水量按库曲湾断面总水量减去库曲湾渠道引水量计算，库曲湾河道下泄水量到塔格博依渠首断面的水量衰减平均为16.2%。以表2、表3分别计算得塔格博依渠首断面的设计年径流和年内分配，成果见图2。

(a)设计年(典型年)径流量

表2 恰其嘎站、南支起始断面、库曲湾站径流量分析

表3 2010年恰克玛克河各断面日平均流量调查分析 m3·s-1

3.4 设计径流成果的合理性分析

本次径流分析计算选用参证站有恰克玛克河水量控制站恰其嘎站，为国家基本水文测站，观测资料系列较长，应用其实测资料频率分析计算的设计成果能够基本反映径流变化规律，设计成果合理。因为恰其嘎水文站至工程场址区间无水文资料，区间经过几次分水，径流沿程变化受人为影响很大，径流分析计算的难度很大。项目组以恰其嘎站为主要参证站，根据恰克玛克河渠首水量调度原则，首先进行南支伯什克然木河起始断面的设计年径流计算，在分析伯什克然木河径流沿程变化的基础上，计算塔格博依渠首设计年径流及年内分配，计算成果是合理的。

4 结 语

结合恰克玛克河流域内水文参证站相关数据信息，对设计年径流年内分配进行计算分析，整体体现出非常高的可信度，满足渠首设计径流要求，保障了流域内塔格博依渠首的，可以了解多年一遇渠道的设计洪水情况，能够充分利用水能资源，确保恰克玛克河发挥最大的综合效益，可为恰克玛克河塔格博依渠首后期加固改造工程设计分析提供参考依据。