郭华

乌鲁木齐河干流河段水量传播关系研究

郭华

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐830000）

基于乌鲁木齐河大西沟水库、乌拉泊水库、红雁池水库联合调度计算需要，针对乌鲁木齐河大西沟水库至乌拉泊水库之间干流河段，分析在已建水利工程影响下的乌鲁木齐河上下游水量传播演进规律。根据不同的下垫面条件及工程节点，将乌鲁木齐干流河段划分为上中下三段；采用乌鲁木齐河干流上各个节点的水文资料，对乌鲁木齐河干流上段、中段、下段的水量传播演进关系分别进行分析计算，通过实测和调查洪水对乌鲁木齐河干流水量传播关系进行验证，模拟值与调查实测值相差幅度仅4.22%，分析认为乌鲁木齐河干流大西沟水库坝址至乌拉泊水库入口水量传播一维模型合理，且具有较高的应用精度。

水量传播；关系；干流；乌鲁木齐河

1 研究区概况及河段划分

1.1 研究区概况

乌鲁木齐河干流大西沟水库坝址至乌拉泊水库入口河段内分布有多处引水工程，其中拦河引水工程有大西沟渠首和青年渠渠首，设计引水流量分别为13 m3/s和25 m3/s。大西沟渠首位于大西沟水库坝址下游约15 km处，大西沟水库坝址与大西沟渠首之间有一在建的石门子渠首；青年渠渠首位于大西沟水库坝址下游约21 km处，其下游干流河道长约1 km处，建有青年渠二次引水口（未拦河）；下游干流河道长5.7 km处，建有西山潜坝引水渠首（拦河式）。乌鲁木齐河干流水系及水利工程示意图见图1所示。

1.2 河段划分

本次研究河段为乌鲁木齐河干流大西沟水库坝址至乌拉泊水库入口河段，根据不同的下垫面条件及引水工程的分布情况，可将该河段大致分为上、中、下三段。

干流上段为大西沟水库坝址至大西沟渠首之间河段，河段长约10 km，区间流域面积为73 km2，区间内有7条支沟汇入干流，但常年流水的仅英雄桥沟和南台子沟。干流上段属乌鲁木齐河的净产流区，该河段属春季融雪及降雨径流补给河段。河段内无农业、工业用水，且下垫面为坚硬的基岩，基本无水量下渗。

图1 乌鲁木齐河干流水系及水利工程示意图

图2 青年渠泄洪断面与乌拉泊河坝入库断面逐日平均流量相关图

图3 乌鲁木齐河干流下段（青年渠渠首至乌拉泊水库）不同流量下水量损失率

干流中段为大西沟渠首至青年渠渠首之间河段，河段长11 km，区间流域面积为135 km2，区间内有13条支沟汇入干流，常年流水的河沟有两岸的东、西白杨沟，两沟流域面积分别约为71.3 km2和19 km2。

干流下段为青年渠渠首至乌拉泊水库之间河段，河段长约39 km，区间流域面积为235 km2。区间内有9条较大的沟河汇入干流。其中左岸有卡亚沟、白杨树沟、南沟、荀子沟、头号沟等5条沟汇入；右岸有阴沟、常家沟、扁担沟、大沟等4条沟经黄草梁子一带灌区汇入乌鲁木齐河干流。

2 乌鲁木齐河干流水量传播关系

乌鲁木齐干流上大西沟渠首无水文观测资料，青年渠渠首设有青年渠水管站，乌拉泊水库设有乌拉泊水管站，受限于资料条件并结合选择的典型河段，本次从乌鲁木齐河干流下段开始，从下游至上游分别研究各河段水量传播关系。

2.1 干流下段（青年渠渠首至乌拉泊水库）水量传播规律

乌鲁木齐河干流下段（青年渠渠首至乌拉泊水库）河长约39 km，选择青年渠水管站作为干流下段起点控制站，选择乌拉泊水管站作为干流下段末点控制站，青年渠水管站所属引水道断面控制上游乌鲁木齐河河道来水量，所属干渠断面控制青年渠渠首引水量，所属泄洪断面控制经青年渠渠首下泄至乌鲁木齐河道的水量，青年渠渠首的管控原则是首先满足青年渠灌溉引水，若有多余弃水则会通过青年渠泄洪断面经乌鲁木齐河道输向下游，因此青年渠泄洪断面仅在非灌溉期或汛期有水量下泄。乌拉泊水管站所属河坝入库断面控制经乌鲁木齐干流进乌拉泊水库的入库水量。

若汛期流速按3 m3/s～4 m3/s计，乌鲁木齐河干流下段水量传播时间在2.7 h～3.6 h之间，即上下游断面流量滞后时间差并不显著，可认为瞬时流量与日平均流量同步性较好。此外由于水管站仅有逐日平均流量记录，因此本次根据上下游断面日平均流量分析河段水量的传播规律。

根据1981～2011年青年渠泄洪断面与乌拉泊河坝入库断面逐日平均流量相关图（图2）中流量点据与关系线的拟合情况，可知下部的小流量级别的点群趋势向左偏离关系线，说明小流量的传播损失小于中大流量的传播损失。统计逐年上下游断面对应的逐日流量过程线，在河道通畅情况下，此时初损填洼作用消失，且西山潜坝引水干扰甚微，受历时因素影响小流量下河道的下渗损失趋于平稳，水量损失相对较小；而对于中大流量，由于过流断面的湿周显著增大，因而损失增大。依据点群趋势分析，在畅流期，青年渠下泄流量约在15 m3/s以下发生偏转。对于15 m3/s以下的小流量，通过逐年对比上下游断面的日流量过程线，发现2003年干流河段青年渠下泄与乌拉泊水库河坝入库流量相关关系好，本次以2003年的点据（表1）反映出的上下游相关关系代表乌鲁木齐河干流河段下段小流量下的水量传播关系。

表1 2003年青年渠泄洪与乌拉泊河坝实测逐日平均流量

则乌鲁木齐河干流下段（青年渠下泄至乌拉泊水库入口河段）水量传播关系为：

式中，Q河坝为乌鲁木齐河干流进入乌拉泊水库断面流量（m3/s）；Q青渠泄为乌鲁木齐河干流经青年渠首下泄流量（m3/s）。

若不考虑区间小洪沟的季节性汇入水量，乌鲁木齐河干流下段河段损失水量为：

进而可得不同流量下的水量损失率，见图3。由图可知小流量下河段水量损失率较大，随着流量增大河段水量损失率K逐渐减小并趋于平稳值0.35即损失百分比为35%。

2.2 干流中段（大西沟渠首至青年渠渠首）水量传播关系

限于大西沟渠首断面无实测资料，本次假定中游段河道水量损失规律与下游段河道相同，即乌鲁木齐河干流中段和下段的单位河长损失量一致。则乌鲁木齐干流中段河道水量损失Q西至青SS可由下式计算得出：

式中，L西至青为大西沟渠首至青年渠渠首段乌鲁木齐河干流河长（m）；L青至乌为青年渠渠首至乌拉泊水库入库段乌鲁木齐河干流河长（m）。

大西沟渠首至青年渠渠首之间的干流河段分别有东、西白杨沟的水量汇入，为便于计算，假定区间水量在中游河段起点大西沟渠首处汇入，即区间汇入水量仅影响中游河段入口的来水量。基于这个假定，可认为干流中段仅为水量损失，且损失规律同干流下段。对于干流中段首尾两个断面流量，存在以下关系：

式中，Q西渠道为大西沟渠首断面流量（m3/s）；Q青引道为青年渠渠首引水道断面流量（m3/s）；若不考虑干渠引水，单就乌鲁木齐河道的进出水量而言，则Q青引道=Q青泄洪。

表2 乌鲁木齐河干流中段节点水量推算成果表

根据公式（1）、（2）可推求在给定不同青年渠泄洪断面流量下的乌拉泊河坝断面流量，根据公式（4）及（5）可计算出对应流量下大西沟渠首断面流量，计算成果见表2所示。

由表2计算成果，可建立基于干流下段水量损失规律上，乌鲁木齐河干流中段（大西沟渠首至青年渠渠首河段）水量传播关系，如下：

2.3 干流上段（大西沟水库至大西沟渠首）水量传播关系

乌鲁木齐河干流上段大西沟水库坝址至大西沟渠首之间河段为基岩河床，水量无下渗损失，同时现状区间无引水设施（石门子渠首在建），则乌鲁木齐河干流上段（大西沟水库至大西沟渠首河段）水量传播关系为：

式中，Q西库泄为大西沟水库出库下泄流量（m3/s）；Q西渠道为大西沟渠首河道来水流量（m3/s）；

根据推导出的乌鲁木齐河大西沟水库坝址至乌拉泊水库入口干流水量传播模型，可得不同工况下乌鲁木齐河干流各节点处的水量传播成果。

3 模型成果验证

1953年8月4日乌鲁木齐河发生洪水，乌拉泊水文站实测最大流量为359 m3/s；2006年6月新疆水利水电勘测设计研究院在大西沟水库坝址附近对1953年洪水进行了历史洪水调查工作，调查到1953年大西沟水库坝址处洪峰流量为680 m3/s，该成果经专业部门审核后评定为可靠。利用乌鲁木齐河干流大西沟水库坝址至乌拉泊水库入口干流水量传播模型进行检验，由于洪水期引水影响甚微，经计算，大西沟渠首处的洪峰流量为604 m3/s，根据河长比例将该洪峰值插延至大西沟坝址处，计算得到相应的大西沟坝址处洪峰流量为652 m3/s，较调查洪峰值相差幅度为-4.22%。考虑洪水调查本身具有一定误差，可认为乌鲁木齐河干流大西沟水库坝址至乌拉泊水库入口水量传播一维模型合理，且具有较高的应用精度。

[1]雒文生．河流水文学[M]．北京：水利电力出版社，1992，6-74．

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Study on the relationship between river river water transmission in Urumqi

Guo Hua
（Xinjianginstitute ofwater resources and hydro-power exploration and design Urumqi 830000,Xinjiang）

Based on calculation requirement of united regulation of Daxigou reservoir,Wulabo reservoir,Hongyanchi reservoir,for the river sections fromDaxigou reservoir to Wulabo reservoir ofUrumqi river,The article analyzed the evolution of water qualityin the upper and lower reaches ofUrumqi River under the influence ofthe established water conservancyprojects. Accordingtothe different conditions ofthe underlyingsurface and the engineeringnode,the Urumqi Mainstreamis divided into upper,middle and lower section.The hydrological data ofthe various nodes in the main stream ofthe Urumqi River are used to analyze and calculate the evolution relationship of the water flowin the upper,middle and lower reaches of the Urumqi River. The simulation results showthat the difference is only 4.22%between the simulated and the measured values.In summary,s of the Urumqi River Mainstream from Daxigou Reservoir Dam to the Wulabo Reservoir entrance,the water flow is one-dimensional model reasonable and and has a high application accuracy.

Water propagation；relationship；the mainstreamand Urumqi river

TV143

A

1673-9000（2017）02-0149-03

2017-02-16

郭华(1987-)，女，新疆乌鲁木齐人，工程师，主要从事水文及水资源规划专业设计工作。