恰克馬克河恰其嘎水文站遷移斷面的對比觀測分析

依蘭·阿不都克力木

(新疆克孜勒蘇水文勘測局，新疆 阿圖什 845300)

恰其嘎水文站是恰克馬克河出山口控制水文站，阿圖什鎮(zhèn)拉依勒克村是其測驗斷面所在位置，水文站以上流域面積和河流長度分別為3 795 km2以及127 km[1]。位于塔里木盆地西緣的圖魯噶爾特山南麓是恰克馬克河的源頭，恰克馬克河從西北向東南流經(jīng)長度為165 km，集水面積可達4 820 km2[2]。恰其嘎水文站下游150 m處為恰克馬克河分水閘,因為下游分水閘啟閉，導致水流倒槽、沖淤、激流等現(xiàn)象，影響水流沙測驗及成果，需要進行觀測斷面的遷移，從而降低分水閘啟閉對水文觀測資料的影響。恰其嘎水文站測驗斷面兩岸為水泥護岸，水流受河槽控制，沖淤變化頻繁，水流除大洪水時由于劇烈擺動一般分成好幾股，很大程度影響流量測驗精度[3]。在水文測驗實際工作中，水尺頻繁變動，流量、輸沙率測驗斷面也隨水流情況頻繁變動。該站水位與流量不成單一線，全年流量推算采用連實測法，降低了測驗精度。為降低分水閘啟閉對恰其嘎水文站水文觀測資料的影響，需要進行斷面遷移，斷面遷移后，為保證水文測驗精度不受影響，需要對遷移斷面和未遷移前的斷面進行對比觀測分析，從而保證新斷面的水文觀測精度。當前國內(nèi)對于水文遷移斷面對比分析主要此采用同步觀測方法[4-10]，即在上下兩個斷面同時進行水文測驗要素的觀測分析，分析對比觀測精度，從而分析斷面遷移的可行性。

1 遷移斷面概況

恰克馬克河渠首分水閘下游150 m為恰其嘎水文站遷移斷面，原觀測斷面距離遷移斷面的距離為300 m，主要由南、北兩個分支河流組成，4個觀測斷面分別布設(shè)在上阿圖什及阿扎克干渠上，流量、泥沙、水位、水溫等是該站點常規(guī)觀測的水文要素。

3-11月是上阿圖什及阿扎克干渠來水量較大的月份，恰克馬克的南部分支常年不斷流，北部支流在大洪水出現(xiàn)時需要進行排洪。結(jié)合渠道多年來水資料統(tǒng)計分析，克州阿圖什市恰克馬克灌區(qū)用水當河道流量介于12～100 m3/s之間且不屬于豐水期，其用水占比可達到75%左右，其他用水占比在25%左右。當河道流量超過100 m3/s時期下游兩個分支河道下泄洪水流量占比均為50%。因為流量主要分布在河渠范圍內(nèi)，因此具有較好的水位流量關(guān)系，從而流量測驗的精度也得到提高。

2 同步對比觀測誤差分析方法

下遷斷面兩個支流河道水流變化頻繁，平水期均在基本斷面進行涉水測流，豐水期水流比較大時無法涉水測流；兩個渠道斷面均在基本斷面測橋測流。上下斷面均采用流速儀一點法施測進行流量同步觀測。上下斷面水文觀測要素同步對比對比誤差用以下公式計算

(1)

(2)

式中：Q為洪峰流量(m3/s)；R為水力半徑(m)；A為面積(m2)；I為水面比降(m)；n為糙率。

3 同步對比結(jié)果分析

3.1 流量對比觀測結(jié)果

采用連續(xù)流量實測過程線方法對原觀測斷面進行流量推求，對1-5月流量均值進行分析，下游南部和北部兩個分支河流流量分別采用上阿圖什渠及阿扎克渠的水位流量過程線進行疊加推求遷移斷面1-5月流量均值。流量同步觀測結(jié)果如表1所示。并對原觀測斷面和遷移斷面同步觀測流量進行相關(guān)性統(tǒng)計，結(jié)果如圖1所示。

圖1 恰克馬克河恰其嘎站遷移、原斷面實測流量資料相關(guān)性統(tǒng)計

表1 遷移站和原觀測斷面同步流量觀測對比結(jié)果

按同步觀測的流量資料分析，恰其嘎水文站1-5月內(nèi)上下游一共20次同一時間測流。同步觀測的上下游斷面之間的流量測驗誤差均低于20%，兩個斷面觀測流量之間具有較好的相關(guān)性，相關(guān)度為0.974 4。其中個別同步流量觀測誤差較大的原因在于一是原有觀測斷面受下游分水閘起閉影響，流量呈現(xiàn)一定的波動特征，二是測驗斷面受上游自來水管維修形象，人工倒槽使得水流出現(xiàn)死水現(xiàn)象，測流斷面寬度較大使得流量測驗值偏高。

3.2 洪峰流量調(diào)查分析

洪峰流量調(diào)查分析首選需要確定其綜合糙率。糙率是根據(jù)恰其嘎水文站1977年、1978年、1981年三年實測糙率值，繪制水位～糙率關(guān)系圖，按該河1944年歷史最高洪水位6.50 m查出糙率值為0.028，其糙率值與卡浪溝呂克河、克孜河、布古孜河等臨近河流相比略偏小，這些河流糙率取值在0.030～0.035之間。在開展工程水文分析項目期間曾多次組織技術(shù)人員對該河歷史洪水進行過調(diào)查，由于恰其嘎站大洪水糙率實驗資料不足，經(jīng)實測和調(diào)查洪水資料分析，當時所選用的糙率在0.030，因此本次洪水調(diào)查時糙率的取0.030。結(jié)合糙率值及洪峰流量計算方法對 恰克馬克河洪峰流量進行調(diào)查分析，結(jié)果如表2所示。

表2 恰克馬克河洪水調(diào)查成果摘錄表

恰克馬克河恰其嘎水文站“2016.6.15”大洪水實測洪峰流量為342 m3/s，調(diào)查洪峰流量為341 m3/s，基本斷面實測流量與調(diào)查洪水流量接近，為此，本斷面采用實測洪峰流量值342 m3/s；南支和北支其洪峰調(diào)查值分別為136 m3/s和171 m3/s，流量合成值為307 m3/s，和斷面實測流量較為接近，表明流量調(diào)查值和實測流量之間具有較好的吻合度。通過上述分析表明，恰其嘎水文站的南支和北支的洪峰流量調(diào)查值可靠度較高。

4 成果合理性分析

(1)通過測站人員和野外調(diào)查確認洪痕，因此，無論調(diào)查到的洪痕或指認洪痕都可靠，同時每一調(diào)查河段都調(diào)查到3個以上洪痕，用水準儀施測了1～3個橫斷面。

(2)用比降～面積法推算洪峰流量有一關(guān)鍵要素，是糙率的選定，本次洪水調(diào)查中采用的糙率，一是根據(jù)恰其嘎水文站實驗資料，二是根據(jù)河段特征、洪水坡度、河床組成等要素，依據(jù)有關(guān)糙率表選定；從計算成果上比較結(jié)合實際，比較合理。

(3)恰其嘎水文站“2016.6.15”大洪水實測洪峰流量為342 m3/s，調(diào)查洪峰流量為341 m3/s，洪峰流量調(diào)查值和斷面實測流量值較為吻合，南部分支和北部分支的合成流量也和基本斷面流量實測值較為接近，表明流量調(diào)查值和實測流量的吻合度較高。

5 結(jié)語

(1)恰其嘎水文站1-5月內(nèi)上下游一共進行20次流量同步觀測。遷移、原斷面實測流量對比誤差在±20%范圍，遷移斷面和原斷面實測流量的相關(guān)系數(shù)達0.974 4，具有較好的相關(guān)性；

(2)因恰其嘎水文站遷移、原觀測斷面之間的高程基面不同，無法進行水位的同步觀測，遷移斷面的水位由4個觀測斷面水位按比例組成，水位漲落變化幅度較大；

(3)由于恰其嘎水文站原有觀測斷面沖淤變化幅度較大，水文測驗工作受擺動劇烈水流影響較大，使得流量測定的精度較低，而遷移斷面水量主要分布在河渠范圍內(nèi)，其水位流量關(guān)系較為穩(wěn)定，使得流量測定精度得到提高。