黃水溝出山口下游沿程河道斷面糙率分析

郭 濤 朱建春

(新疆巴音郭楞水文水資源勘測局，新疆 庫爾勒市 841000)

1 黃水溝概況

1.1 自然地理概況

黃水溝位于新疆巴音郭楞蒙古自治州和靜縣境內，發源于中天山的天格爾山南坡，屬雨雪混合補給河流，其地理位置處于東徑 85°55'～ 86°54'，北緯 42°12'～ 43°09'。流域東西最寬處相距80.1 km，南北最長處相距106.1 km，黃水溝出山口以上地勢由北向南傾斜，海拔最高4 398 m，出山口以上河道河床水流集中。出山口以下地勢由西北向東南傾斜，最低1 047 m，河道河床自出山口處的粗大的卵礫石組成向下游逐漸演變為砂礫石組成，出山口后山前洪積扇區域，河道變寬流速變緩，洪水攜帶的泥沙在此大量堆積，為河流洪水、徑流的散失區。黃水溝出山口上下游河道兩岸沿線分布著公路和鐵路，是南北疆交通運輸的重要通道。

1.2 河流水系

流域中部巴侖臺鎮以上有兩條支流，西支巴音溝，東支為烏拉斯臺溝，后者為黃水溝的主流。巴侖臺以下還有老巴侖臺及哈布其干郭楞等支流匯入，全流域呈扇狀。流域面上的降水，經過10余條一級支流，10余條二級支流及若干條三級支流的匯集調蓄，自北向南匯集于山口(即黃水溝水文站位置)。水文站黃海基面高程為 1 313.504 m，集水面積4 311 km2，至河源河道長度為110 km。水文站下游約12 km至黃水溝防洪分水閘，此處黃水溝河道分為東西兩條支流。東支沿途地主要用于工、農業用水，最后注入博斯騰湖大湖。西支在黃水溝防洪分水閘下游2.5 km處又分為兩支，西支的兩支支流流經和先公路后在開都河入河口處匯合，是匯入開都河下游河段最大的一條支流。

2 洪水沿程觀測

2.1 洪水沿程觀測位置

在黃水溝山口水文站以及下游河段上選擇控制條件較好的觀測斷面，黃水溝水文站的測流斷面簡稱斷面1。黃水溝防洪閘東支和西支閘口處斷面分為兩處，東支河道簡稱斷面2－1，西支河道簡稱斷面2－2，斷面河道距離距黃水溝水文站斷面11.82 km。黃水溝在靜縣至先行鄉公路處，河道分成三支，防洪分水閘以下東支河道在公路橋處簡稱斷面3－1，此斷面距離距黃水溝水文站斷面18.2 km;防洪分水閘以下西支河道在和靜縣至先行鄉公路處分為兩支，西支靜先公路東側公路橋處簡稱斷面3－2，此斷面距離黃水溝水文站18.7 km;和西支靜先公路西支西側公路橋處簡稱斷面3－3，此斷面河道距離黃水溝水文站19.3 km。

2.2 斷面洪水監測及測驗方法

當發生洪水時，各斷面進行流速儀法流量測驗，在流速儀法測流的同時進行比降面積法的試驗觀測。每次流速儀法測流時均進行過水斷面面積的測量，垂線布置的原則是主河槽加密布設，測深及測速垂線間距一般不大于4 m，當河道有汊溝時各股水流均要布設測深及測速垂線。每條測速垂線的測點位置，盡可能采用相對水深0.6處測量垂線平均流速。每次流量測驗前后都要觀測基本斷面及上下比降斷面的水位。

河道比降觀測和糙率分析，用流速儀法施測河道流量，同時觀測測驗河段比降斷面的上下水位，試驗河段的糙率用曼寧公式推算。

其中:n為河道糙率、A為過水斷面面積、Q為河道中的流量、R為河段平均水力半徑、I河道比降。

2.3 斷面洪水監測情況

在2007～2010年4年的洪水監測測量過程中，斷面2－1、斷面2－2、斷面3－1、斷面3－2和斷面 3－3分別對黃水溝2007年7月10日、7月15日、2008年7月 20日、2009年 6月14日、7月5日和2010年6月23日的洪水過程進行實測，各次洪水過程觀測項目有過水斷面出大斷面測量、水位觀測、流速儀法實測流量以及比降水位、流量的觀測。在以上7場洪水觀測過程中，在2－1、2－2斷面分別觀測水位 179次，3－1、3－2、3－3斷面分別觀測水位136余次，各觀測斷面測到了各次洪水變化的完整過程。7場洪水觀測過程中，在2－1、2－2斷面分別用流速儀法實測流量26份，其中，在2－1斷面測到最大洪峰流量68.7 m3/s，測到最小流量7.30 m3/s;在2－2斷面測到最大洪峰流量67.9 m3/s，測到最小流量0.553 m3/s。在3－1、3－2、3－3斷面分別用流速儀法實測流量19份，其中，在3－1斷面測到最大洪峰流量68.1 m3/s，測到最小流量 4.54 m3/s;在3－2斷面測到最大洪峰流量16.5 m3/s，測到最小流量 0.261 m3/s，在 3 －3 斷面測到最大洪峰流量 27.4 m3/s，測到最小流量 0.905 m3/s。

3 河道斷面糙率系數分析

3.1 河道過水斷面糙率系數

在2007年～2010年4年的洪水試驗測量過程中，斷面1進行了18次比降水位、流量的觀測;斷面2－1進行了14次比降水位、流量的觀測;斷面2－2進行了16次比降水位、流量的觀測;斷面3－1進行了14次比降水位、流量的觀測;斷面3－2進行了13次比降水位、流量的觀測;斷面3－3進行了12次比降水位、流量的觀測，各斷面比測試驗成果見表1～表 3。

表1 黃水溝水文站測驗斷面糙率分析計算成果

斷面糙率成果分析，黃水溝水文站測驗斷面的糙率比較穩定，測流斷面水位與流量關系比較穩定，同時斷面水位與糙率相關關系呈帶狀分布，隨著水位和斷面流量的變化，斷面糙率的取值在0.013～0.036之間。黃水溝防洪閘處東支河道測驗斷面，由于洪水前后斷面整體性沖淤變化較大，造成斷面水位與糙率關系點據分布散亂，斷面糙率的取值在0.018～0.063之間。黃水溝防洪閘處西支河道測驗斷面的糙率極較穩定，測流斷面水位與流量關系比較穩定，同時斷面水位與糙率相關關系呈帶狀分布，隨著水位和斷面流量的變化，斷面糙率的取值在0.022～0.049之間。黃水溝在靜縣至先行鄉公路的三處公路橋3－1、3－2和3－3河道測驗斷面的河床沖淤影響較大，但斷面河床為經常性的局部性沖淤變化，由于過水斷面面積的沖淤互補，斷面糙率相對較穩定，斷面水位與糙率相關關系也呈帶狀分布，斷面3－1的糙率取值在 0.026～0.047之間，斷面 3－2的糙率取值在0.023～0.045之間，斷面 3－3的糙率取值在 0.028～0.060之間。

表2 黃水溝防洪閘處東支和西支河道測驗斷面糙率分析計算成果

3 結語

由于黃水溝特殊的地理位置，肩負著和靜縣的鄉、農場和農二師團場的工農業用水及人蓄飲水的重任，同時沿河道兩岸還修建有公路、鐵路和工業園區等，從它的洪水沿程斷面變化特征來看，黃水溝出山口由于河道縱坡坡降較大，洪水主流左右擺動沖刷成幾條較大的支溝，同時從斷面河床的穩定性來講，河道河床組成向下游由卵石河床逐漸演變為沙石河床，洪水對下游河道斷面的河床沖淤影響較大，在每次洪水時斷面河床整體性沖淤變化較大，是造成斷面水位與糙率關系點據分布散亂的主要原因。

表3 黃水溝在靜縣至先行鄉公路處各測驗斷面糙率分析計算成果