迪那河紅橋河引水閘徑流分析

麥買提·司馬義

（巴音郭楞水文勘測局，新疆庫爾勒 841000）

1 概況

迪那河發源于天山南坡的尤爾都斯達坂、巴什迪那達坂、科克鐵克達坂，河流正南流出，歸塔里木盆地。四面環山，深居大陸腹地，屬山溪性河流。根據干支流分布狀況，為扇型河系，河系水道總長約400 km，河網密度為0.25。迪那河出山口后，河道上修建有引水渠首，除洪水期，大部分河水被渠系引入農田綠洲進行灌溉。引水閘以上依次修建有五一水庫、迪那河引水樞紐、老引水沖沙閘等主要水利工程。在迪那河分叉口形成卡爾塔河和紅橋河，再經38.7 km，為擬建紅橋引水閘。水利工程布置平面示意圖見圖1。

圖1 水利工程布置平面示意圖

2 徑流沿程變化分析

由于每年9 月～次年4 月迪那河引水樞紐將河水全部引走，河道無水下泄，野外調查時只能在迪那河引水樞紐以上河段進行短期監測。

2.1 2010 年徑流沿程變化分析

新疆維吾爾自治區水文局水文實驗站2010 年10 月30 日，在迪那河引水樞紐以上選取四個斷面進行流量測驗，以推求徑流的沿程變化。徑流單位長度沿程相對變率計算公式如下：

式中：Ws為上游站計算時段年徑流量，108m3；Wx為下游站計算時段年徑流量，108m3；Di為上、下游斷面計算時段年徑流量差值，108m3；Ki為年徑流量單位長度沿程相對變率，%；Lsx為上、下游斷面之間的距離，km。

測驗斷面位置及實測流量成果見表1。

表1 迪那河測流斷面位置及實測流量計算成果表

由于此時為枯水季，根據迪那河引水樞紐將河水全部引入渠道的觀測資料流量無明顯日變化，因此上述計算公式中以單次流量實測值進行計算。收集到迪那河引水樞紐2010 年10 月29 日～10 月30 日水管站逐時流量觀測資料（由觀測水位換算為流量）見表2。

按四斷面分別計算兩測流斷面之間單位長度徑流沿程相對變率。1-2 斷面間距離7.3 km，單位長度沿程相對變率為-0.726%；1-3 斷面間距離10.15 km，單位長度沿程相對變率為-0.545%；1-4 斷面間距離12.49 km，單位長度沿程相對變率為-0.455%；2-3 斷面間距離2.85 km，單位長度沿程相對變率為-0.085%；2-4 斷面間距離5.19 km，單位長度沿程相對變率為-0.077%；3-4 斷面間距離2.34 km，單位長度沿程相對變率為-0.066%。

2.2 2019 年徑流沿程變化分析

2019 年12 月3 日，在迪那河引水樞紐以上設立3 個測流斷面，分別為a 號斷面、b 號斷面、c 號斷面，每個斷面均勻布設測深測速垂線（7 至12 條），用Ls25-3 型流速儀測桿相對水深0.6 一點法施測流量。測流斷面位置及實測流量計算成果見表3。

表3 測流斷面位置及實測流量計算成果表

徑流沿程損失計算：將收集整理的各節點斷面流量資料、對應距離帶入公式（3）、（4）、（5）得出相應的徑流沿程損失。

式中：P1、P2、P3為分別為a 號斷面至b 號斷面、a 號斷面至c 號斷面、b 號斷面至c 號斷面平均每公里損失率；Wa、Wb、Wc為a 號斷面、b 號斷面、c 號斷面的實測流量；L1為a 號斷面至b 號斷面的距離（6.25 km）；L2為a 號斷面至c號斷面的距離（10.25 km）；L3為b 號斷面至c 號斷面的距離（4.0 km）。

經計算得：a 號斷面到b 號斷面平均每公里損失率為1.043%；a 號斷面到c 號斷面平均每公里損失率為0.993%；b 號斷面到c 號斷面平均每公里損失率為0.979%。

綜合以上分析，一是測流時間為汛后枯水季節，一般意義上，與汛前相比，徑流的沿程相對變率可能偏小；二是監測河段處于迪那河上游河段，河道穩定，而下游河道寬，多有漫灘現象，因此下游河段徑流沿程變率應大于上游河段徑流沿程變率；三是由上自下推演設計徑流，宜從安全考慮，即不宜選取偏小的徑流沿程變率。因此，本次推薦單位長度沿程損失率較大的1.043%應用于徑流的沿程衰減計算。

3 分叉口分流比例

由于本次徑流分析計算是為紅橋河中下游四村引水閘維修改造工程設計服務，所以本次設計節點主要為紅橋河引水閘，涉及迪那河分叉口、紅橋河分叉口分流。

3.1 迪那河分叉口分流比例

迪那河分叉口處于迪那河水文站下游12.2 km，主要考慮其對紅橋河與卡爾塔河的徑流分配比。2019 年12 月1～4 日，對紅橋河與卡爾塔河分叉口進行河道形態大斷面測量，以分叉口為中心，以多年形成的紅橋河與卡爾塔河之間臨時導流為計算分界點，分別推求紅橋河與卡爾塔河同一水面高程下的過水面積，按比降面積法公式計算過水流量。

紅橋河與卡爾塔河分叉口處河道形態大斷面圖見圖2。

圖2 迪那河分叉口處河道形態大斷面圖

經過測量紅橋河與卡爾塔河大斷面，按比降面積法公式以每一0.1 m 水位級進行計算。因河道無水，按紅橋河與卡爾塔河分別測量長距離河道底坡作為水面比降取值，相關參數統計見表4。紅橋河與卡爾塔河分流比計算成果見表5。

表4 迪那河分叉口水文參數統計表

表5 紅橋河與卡爾塔河分流比計算成果表 單位：m3／s

續表5

3.2 紅橋河分叉口分流比例

紅橋河分叉口：處于迪那河分叉口下游38.7 km，主要考慮紅橋河右支（引水閘所在河道）與紅橋河左支的徑流分配比。2019 年12 月1～4 日，對紅橋河分叉口進行河道形態大斷面測量，以分汊口為中心，以多年形成的臨時導流為計算分界點，分別推求紅橋河左支和右支（擬建閘址處）同一水面高程下的過水面積，按比降面積法公式計算過水流量。詳見大斷面圖3。

圖3 紅橋河分叉口（第二分叉口）處河道形態大斷面圖

按比降面積法公式以每一0.1 m 水位級進行計算。分別測量長距離河道底坡作為水面比降取值，相關參數統計見表6。紅橋河左支、右支分水比見統計表7。

表6 紅橋河分叉口水文參數統計表

表7 紅橋河左支與右支分流比計算成果表 單位：m3／s

4 引水閘設計年徑流及其年內分配

4.1 天然條件下設計年徑流及年內分配

天然狀況下，紅橋河引水閘設計年徑流及年內分配推求，側重于不考慮五一水庫徑流調節，不考慮迪那河引水樞紐的引水，按徑流沿程變化及分流比將迪那河站不同保證率設計徑流及年內分配推演至紅橋河引水閘處。根據迪那河水文站監測資料，天然狀況迪那河站年徑流統計參數及設計年徑流量成果見表8。

表8 迪那河水文站（1957～2018）年徑流統計參數及設計年徑流量成果表

紅橋河引水閘設計年徑流及年內分配具體計算過程為：

（1）將迪那河水文站不同保證率設計徑流按平均每公里損失率1.043%推演至下游12.2 km 迪那河分叉口處。

（2）按迪那河分叉口分流比53.4%，推求分叉口處紅橋河不同保證率設計徑流。

（3）將分叉口處卡紅橋河不同保證率設計徑流按平均每公里損失率1.043%推演至下游38.7 km 紅橋河分叉口處。

（4）按紅橋河分叉口分流比72.8%推求紅橋河右支（引水閘所在河道）不同保證率設計徑流。

（5）將紅橋河右支不同保證率設計徑流按平均每公里損失率1.043%推演至下游3.7 km 紅橋河引水閘處。

天然狀況下紅橋河引水閘設計年徑流及年內分配見表9。

表9 天然狀況下紅橋河引水閘設計年徑流及年內分配成果表

續表9

4.2 成果合理性分析

（1）徑流沿程變化分析采用實測流量進行分析計算，考慮了實測流量的日變化，考慮了汛后與汛前徑流的沿程相對變率的差異，考慮了上游河段與下游河段徑流沿程變率的差異，考慮了由上自下推演設計徑流的安全因素，徑流沿程相對變率的取值有一定合理性。

（2）對比2010 年監測的迪那河第一分叉口處紅橋河與卡爾塔河分水比可以看出，由于分叉口處無固定水利工程進行分洪，加之河床為沙、石組成，河道受沖刷影響變化較大，2019 年實測的分水比與2010 年差異較大。再次證明了該河道自然沖刷對河床影響極大，分水比在不停變換。

2019 年12 月1 日，經現場勘察：近幾年分叉口分洪比發生了很大變化，以前是卡爾塔河占60%，近幾年與以前剛好相反，現在是紅橋河占60%。而根據實際計算來看，現在紅橋河分水比占53.4%，這與勘察情況基本一致。

5 結語

紅橋河引水閘徑流受上游迪那河引水樞紐及迪那河分水、紅橋河分水影響較大，為了論證紅橋河引水閘處的徑流，通過分析計算，迪那河在下游分到紅橋河的水僅占53.4%，徑流沿程衰減率為1.043%，紅橋河引水閘多年平均徑流為7641×104m3，為工程引水建設提供了科學依據。