以米爾其克河為例探討無資料地區(qū)年徑流量計算

烏仁娜

(新疆博爾塔拉水文勘測局，新疆 博爾塔拉蒙古自治州 833400)

1 流域概況

米爾其克河發(fā)源于阿拉套山南坡，河源高程約4000 m，河長35 km，流域面積117 km2，是博爾塔拉河北岸眾多支流中的一條支流[1]。米爾其克河北高南低，是以冰雪融水為主要補(bǔ)給的河流。河流平均比降47.1‰，多年平均年降水量575.2 mm。流域?qū)俅箨懶耘瘻貛Ц珊禋夂颍稍?、少雨。流域降水從山區(qū)至平原，呈垂向梯級分布，降水量隨著高程的增加而逐漸遞增。降水量年內(nèi)和區(qū)域分配不均勻。

2 流量監(jiān)測

博爾塔拉水文勘測局組織相關(guān)技術(shù)人員，自2022年5月起，連續(xù)4個月，對米爾其克河開展流量監(jiān)測，并進(jìn)行徑流分析計算。監(jiān)測結(jié)果5月平均流量為0.204 m3/s、6月平均流量為0.223 m3/s、7月平均流量為0.336 m3/s、8月平均流量為0.143 m3/s。

3 水量分析

3.1 參證站選用

在無資料與少資料地區(qū)進(jìn)行水文計算時，需要選擇資料系列長、資料較為完整的水文站作為參證站。米爾其克河匯入的博爾塔拉河流域現(xiàn)有溫泉水文站、精河山口水文站、博樂水文站、沙爾托海水文站及阿合奇水文站(該站1961年5月—1966年9月、1979—1993年有監(jiān)測資料)5個水文站。其中，溫泉水文站冰川融水比例較高，博樂水文站受人為影響較大，沙爾托海水文站距離米爾其克河較遠(yuǎn)，阿合奇水文站資料不完整，均不宜作為參證站。故本次計算選用精河山口水文站作為米爾其克河徑流分析計算的參證站，該站自1956年5月開始監(jiān)測至今，集水面積 1419 km2。

精河山口水文站缺少1956年1—4月的徑流資料，由于精河山口水文站周邊無長系列參證站，無法進(jìn)行插補(bǔ)延長[2]。根據(jù)《博河、精河流域水資源評價及水文分析計算報告》(2001年)中的插補(bǔ)方法，采用精河山口水文站1957—2021年1—4月的多年平均流量作為1956年1—4月的流量，即1月平均流量為4.03 m3/s，2月平均流量為3.57 m3/s，3月平均流量為3.34 m3/s，4月平均流量為4.48 m3/s。

3.2 徑流特性分析

3.2.1 徑流年際變化

精河山口水文站集水區(qū)地勢狀況為：三面環(huán)山，山體相對平緩，中間谷地，谷地開闊。米爾其克河道為滲潛段，對徑流起調(diào)節(jié)作用。從精河山口水文站實測徑流資料分析，精河上游段徑流量的年際變化比較平穩(wěn)，1956—2021年多年平均徑流量為4.689億m3，Cv值為0.13，最大年徑流量為6.050億m3，出現(xiàn)在1988年；最小年徑流量為3.401億m3，出現(xiàn)在2013年，最大年徑流量與最小年徑流量比值僅為1.7倍。

3.2.2 徑流年內(nèi)分配

米爾其克河徑流補(bǔ)給以高山冰雪、泉水、降雨混合補(bǔ)給為主，徑流的年內(nèi)分配比較均勻。根據(jù)精河山河水文站1956—2021年的徑流資料，其年內(nèi)分配春季3—5月徑流量占年徑流量的10.7%，夏季6—8月徑流量占年徑流量的63.5%，秋季9—11月徑流量占年徑流量的19.0%，冬季12月—次年2月徑流量占年徑流量的6.8%。連續(xù)最大四個月徑流量占年徑流量的73.5%，出現(xiàn)在6—9月[3]。最大月徑流量出現(xiàn)在7月，占全年的25.2%；最小月徑流量出現(xiàn)在2月，僅占全年的1.8%。

3.3 徑流系列三性分析

采用相鄰流域的精河山口水文站參證站對年徑流量資料進(jìn)行分析。

3.3.1 可靠性分析

精河山口水文站流量測驗采用LS25-1型流速儀測流，根據(jù)率定的水位流量關(guān)系曲線推求逐日流量，其資料符合國家行業(yè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)要求。通過對精河山口水文站徑流量資料的審查表明，其資料精度可以滿足無資料的米爾其克河水文分析計算要求。

3.3.2 一致性分析

精河山口水文站測流斷面雖然遷移3次，但遷移距離在500 m范圍內(nèi)，斷面上游無水量調(diào)出，上游山區(qū)有少量牧民放牧，人類活動影響較小，根據(jù)規(guī)范要求，遷移距離間集水面積變化不大，低于5%的規(guī)范要求。且在遷移距離范圍以內(nèi)，無溝壑水量匯入，遷站前后資料一致性沒有受到影響，各斷面資料可以合并統(tǒng)計使用。

3.3.3 代表性分析

(1)長短系列統(tǒng)計參數(shù)對比分析。對精河山口水文站1956—2021年的年徑流量系列按照不同系列長度，采用矩法計算統(tǒng)計參數(shù)，并與長系列進(jìn)行對照，成果見表1。

表1 精河山口水文站不同時段統(tǒng)計參數(shù)對比

由表1可知，不同長度系列年徑流量的均值和Cv值，隨系列長度的增加而Cv值誤差不斷減小。當(dāng)系列長度達(dá)到40年以上時，與長系列比較均值誤差絕對值<1.06%，Cv值誤差絕對值<9.8%，當(dāng)系列長度達(dá)到60年以上時，與長系列比較均值誤差絕對值<0.67%，Cv值誤差絕對值<0.3%，這表明，當(dāng)參證站年系徑流量系列長度達(dá)到60年以上時，各統(tǒng)計參數(shù)已基本趨于穩(wěn)定。

(2)年徑流模比系數(shù)差積曲線分析。繪制精河山口水文站模比系數(shù)差積曲線，見圖1。由圖1可見，精河山口水文站年徑流存在明顯的周期變化，呈現(xiàn)出1956—1973年為豐水期，1974—1997年為枯水期，1998—2021年為豐水期三個階段。1956—2021年徑流量系列中包含了豐、枯變化的完整過程，樣本系列有較好的代表性。

圖1 精河山口水文站年徑流模比系數(shù)差積曲線

(3)年徑流收斂性分析。繪制精河山口水文站年徑流模比系數(shù)累積曲線，見圖2。由圖2可以看出，精河山口水文站年徑流量模比系數(shù)累積曲線隨時間的增長越來越小，年徑流量系列30年以上時，模比系數(shù)累積曲線穩(wěn)定趨近1，可見系列均值有較好的代表性。

圖2 精河山口水文站年徑流模比系數(shù)累積曲線

(4)年徑流系列代表性評價。通過精河山口水文站1956—2021年徑流系列不同時段統(tǒng)計參數(shù)對比分析、模比系數(shù)差積曲線分析、均值收斂性分析得出結(jié)論：不同時段均值變幅在±5%以內(nèi)，年徑流包含了豐、枯過程，35年均值收斂在2%以內(nèi)，年徑流系列樣本具有較好的代表性。

3.4 設(shè)計年徑流計算

根據(jù)精河山口水文站徑流系列資料及《博爾塔拉河、精河流域地表水資源調(diào)查評價》成果。采用長短系列比值法，來推求米爾其克河出山口斷面設(shè)計年徑流量。

3.4.1 參證站設(shè)計徑流計算

根據(jù)精河山口水文站徑流系列資料，經(jīng)過頻率計算，得到精河山口水文站不同頻率設(shè)計年徑流量成果，見表2。

表2 米爾其克河出山口斷面設(shè)計徑流成果

3.4.2 米爾其克河出山口斷面設(shè)計年徑流計算

由于米爾其克河與具有長系列年徑流量資料的參證站同處于一個氣候區(qū)，在徑流影響因素上存在相似性。因此，采用長短系列比值法，即以精河山口水文站同期年徑流量資料的比值來推求米爾其克河長系列年徑流量。米爾其克河有2022年5—8月的實測流量資料。以實測資料與同期精河山口水文站進(jìn)行長短系列對比。徑流量分別為0.0240億m3和0.4367億m3。精河山口水文站2018—2021年平均徑流量4.689億m3，計算出米爾其克河平均徑流量為0.049 09億m3。

3.5 典型年的選擇及設(shè)計年徑流量月分配

首先根據(jù)典型年選擇原則，在設(shè)計流域?qū)崪y年、月徑流資料中按以下原則選擇：

(1)按水量相近原則選擇，即選取年徑流量與設(shè)計值相近的年份作為代表年，這樣所選年份徑流形成條件可能更加接近。

(2)按對水利工程較為不利的原則來選擇，可以在多個水量相近的年份中，盡可能選擇水量年內(nèi)分配較為不均的年份。

(3)選擇精河山口水文站作為典型年月分配過程，采用同倍比放大法，得到米爾其克河設(shè)計頻率年徑流量月分配成果，見表3。

表3 米爾其克河設(shè)計年徑流量月分配 億m3

4 結(jié) 語

無資料地區(qū)的年徑流計算是一復(fù)雜的過程，其影響關(guān)鍵因素是參證站的選擇。本次在實測4個月徑流資料的基礎(chǔ)上，經(jīng)過比對分析，選擇臨近相近流域且具有代表性的精河山口水文站作為參證站，采用實測與理論計算相結(jié)合的方法，計算出米爾其克河出山口斷面設(shè)計年徑流量，該成果可為米爾其克河水資源開發(fā)和利用提供數(shù)據(jù)依據(jù)。