棋盘河灌区续建配套与现代化改造工程径流计算分析

孙本国

（新疆维吾尔自治区水文局水文实验站，乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

叶城县棋盘河中型灌区续建配套与现代化改造工程项目是对棋盘乡塔尔依格孜支渠12.637km、9村斗渠2.605km、3村斗渠2.321km进行防渗改造。 配套改造渠系建筑物共96座，其中节制分水闸69座、退水闸6座、首端引水闸2座、农桥13座、倒虹吸5座，跌水1座。灌区总面积906.67hm2，水文分析计算断面有5处：引水口1处，洪沟4处，分别位于棋盘乡的5村至10村范围内。调查组对10村上、中、下3个断面进行了洪水调查。 1987年洪水距今31年， 兼顾1999年洪水和2016年洪水一并调查。 由于出山口以下河段河面逐渐变宽，对本次洪水调查造成一定困难，项目组对当时河道变化情况、河宽等做了调查访问，并对调查成果进行必要分析，纠正不合理因素，使本次洪水调查结果趋于合理，基本达到洪水水文分析计算的要求。调查到棋盘河1987年发生大洪水时：棋盘乡10村河段洪峰流量248m3/s，同时计算该断面2016年洪峰为130m3/s。 1987年8月洪水是棋盘河最大的一次洪水，洪水造成较大灾害。 调查时洪痕较清楚，调查成果较可靠。

棋盘河是无水文站的小河流， 需要借用邻近河流具有长系列水文资料的参证站进行分析计算。 本次分析计算主要选用叶尔羌河卡群水文站和提孜那甫河玉孜门勒克水文站、江卡水文站的水文资料。

2 径流计算分析

2.1 参证站径流时空分布特性分析

2.1.1 径流组成

提孜那甫河属于冰川融水、 雨雪及地下水混合补给型河流， 提孜那甫河发源于昆仑山北坡科克阿特达板， 河源冰峰雪岭， 分布着大量的现代大陆冰川、永久积雪和季节性积雪，为消融型洪水提供了丰富的物质条件。 每年夏季，随着气温上升，冰雪消融补给河流，每次大的升温过程，必然伴随消融型洪水的发生。 消融型河流最大特点是水量的季节变化很大，全年有70%以上的水量集中在汛期。

2.1.2 径流年际变化

对江卡站1957—2016年共60年径流系列分析，多年平均年径流量8.759亿m3，2005年为最丰年，年径流量12.65亿m3，1965年为最枯年，年径流量5.852亿m3，年最大径流量为最小径流量的2.16倍。 径流变差系数Cv值为0.18，由此可见，提孜那甫河的径流年际变化不大。

2.1.3 径流的年内变化

提孜那甫河径流主要由地下水和冰雪混合补给组成。由于冰雪混合补给所占比重较大，径流季节分布较为集中，因此，径流年内分配极不均匀，根据江卡站实测径流资料分析，水量主要集中在夏季（6—8月），占年径流量73.0%，连续最大4个月（6—9月）径流量6.63亿m3占年径流量的81.8%， 而连续最小3个月（2—4月）径流量0.337亿m3占年径流量的4.2%，四季分配不均匀，占年径流量按大小排列顺序为：夏季5.914亿m3（6—8月）>秋季1.085亿m3（9—11月）>春季0.742亿m3（3—5月）>冬季0.361亿m3（12—2月），该站多年平均径流量年内分配如表1。

表1 江卡站多年平均径流量年内分配 单位：亿m3

2.2 参证站径流系列分析

2.2.1 径流系列可靠性分析

本次选用江卡站的径流资料样本， 自1957—2016年有60年连续径流资料系列， 符合GB50179—1993《河道流量测验规范》、SL247—1999《水文资料整编规范》的技术标准，均经新疆水文水资源局审查验收，已编入国家水文年鉴和水文专用数据库，因而径流资料系列是可靠的。

2.2.2 径流系列一致性分析

提孜那甫河江卡站以上河段无永久性的向外流域的引水、分水等水利工程。 基本属无人类活动区，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，同时，上节中已将1974—2006年玉孜门勒克站的逐年径流量订正合并到江卡站资料系列中，使江卡站径流资料从1957—2016年达到60年系列长度，因此径流系列具有一致性。

2.2.3 径流系列代表性分析

根据延长后江卡站天然年径流量系列进行系列代表性分析。

2.2.3.1 长短系列统计参数对比分析

参证站年径流量长短系列统计参数对照如表2。

表2 江卡站不同长度径流系列统计参数对照 单位：亿m

从表2可看出， 径流年际变化不大，20年以下短系列年径流量均值与长系列相比， 其最大差值在6.86%以内； 短系列Cv值与长系列相比，20年以下短系列最大差值达到4.1%。随着系列长度的增加，年径流量系列均值及Cv值逐渐趋于稳定， 且与长系列相比变幅逐渐减小。当系列长度达40年以上时，短系列年径流量均值与长系列差值稳定在2.01%以内，短系列Cv值与长系列差值稳定在2.79%以内。说明参证站1957—2016年60年径流系列已有一定代表性。

2.2.3.2 模比系数差积过程线分析

年径流量模比系数差积曲线反映了年径流量的丰、枯水变化周期。选用系列若已经包含了比较完整的丰、平、枯水周期，则说明选用系列具有一定代表性。 图1是参证站年径流量模比系数差积曲线。 从图中可见，1957—1965年为枯水段，1966—1967年为丰水段，1968—1980年为枯水段，1981—1998年为平水段（其间有小的丰、平、枯过程），1999—2016年为丰水段。 故选用参证站径流系列，覆盖了一个完整丰、平、枯水年过程，具有了较好的系列完整性。

图1 江卡站年径流量模比系数差积曲线

2.2.3.3 模比系数累积平均过程线分析

图2是参证站年径流量模比系数累积平均曲线。从图中可知，当系列长度达到40年后，模比系数平均值就趋近于1，且逐渐稳定。 说明选用参证站径流系列长度达40年以上时就有一定的代表性。

图2 江卡站年径流量模比系数累积平均曲线

2.3 参证站设计年径流量

2.3.1 卡群站

将卡群站（1954—2016年）年径流资料进行频率计算，理论频率曲线采用P－Ⅲ型曲线，适线时侧重考虑平、枯水年的点据，得到不同设计频率年径流量成果，分别如表3和图3。

表3 卡群站不同保证率设计年径流量成果

图3 卡群站年径流频率曲线

2.3.2 江卡站

根据江卡站1957—2016 年60年年径流量资料进行计算，按P-Ⅲ型频率曲线适线优选计算得出的参证站统计参数计算成果， 即可计算出参证站不同频率下的设计年径流量， 江卡站设计年径流量成果如表4，江卡站设计年径流量频率曲线如图4。

表4 江卡站设计年径流量成果

图4 江卡站设计年径流量频率曲线图

2.4 棋盘河引水口断面设计年径流计算

水文比拟法是将参证流域的径流资料为特征参数、 分析成果按要求有选择的移置到设计流域上来的一种方法， 本次选用以上2个参证站的径流模数估算引水口设计径流量， 引水口流域面积1030km2。 计算公式如下：

Wp=Mcp×F

式中 Wp为程节点断面设计年径流量（亿m3）；Mcp为参证站设计径流模数（亿m3/km2）；F为引水口断面以上集水面积。

按上式计算的引水口断面设计年径流成果如表5，棋盘河是叶尔羌河右岸支流，推荐以卡群站推算的引水口设计年径流成果。

表5 引水口设计年径流量成果 单位：亿m3

3 典型年的选择及设计年径流量月分配

3.1 代表年选择原则

典型年的选择主要依据原则为： 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， 从卡群站实测年径流系列中， 分别选择出1984，1970，1979年分别为保证率25%，50%，75%的典型年；95%典型年选择了与设计年径流相近的5个年份， 其所有典型年1—5月各月占年量百分比均大于卡群站多年相应各月占年量百分比， 因此只好选用保证率为75%的典型年作为95%的典型年。

3.2 同倍比缩放方法

选择出的典型年采用同倍比缩放法推求出渠首处设计年径流量月、年分配，计算公式如下：

Kp=Wp/Wd

式中 Kp为同倍比缩放系数；Wp为设计年径流量（亿m3）；Wd为典型年径流量（亿m3）。 计算结果如表6。

表6 引水口断面设计年径流月分配

4 结语

设计径流量分析计算对棋盘河灌区续建配套与现代化改造工程设计具有十分重要的意义。 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。棋盘河是无水文站的小河流， 和邻近河流径流的气候及下垫面因素相近。改造工程引水口断面径流计算，以卡群水文站和江卡水文站为参证站， 采用参证站长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较长，代表性相对较好，利用水文比拟法推算的改造工程引水口断面年径流量计算成果较为合理。 计算结果表明：采用水文比拟法计算结果，对棋盘河灌区改造工程较为适用， 可以较好地满足现状工程设计需求。