2水文与工程地质.docx

2 水 文2.1 流域概况库山河属于喀什噶尔河流域，位于我国新疆维吾尔自治区西南部，塔里木盆地西南缘，流域西面与盖孜河连接，东面穿越布谷里沙漠与叶尔羌河相望，南面为昆仑山脉，北面为河流最终汇入的克孜河干流喀什噶尔河。库山河流域地理位置为东经75187630，北纬38083910之间。库山河从河源到入河口流经克孜勒苏克尔克孜自治州的阿克陶县，喀什地区英吉沙、疏勒县等三县，流域面积为6957.6 km2，山区面积为2612 km2，平原区流域面积为4345.6 km2，沙曼水文站以上集水面积为2169 km2。库山河流域总的地形为：自南向北倾斜，流域山区形状上宽下窄，地表倾向东北，山区多为冰山积雪，地表崎岖，木华里以上河段两岸陡峻，为深峡谷，河谷比较顺直，横断面为不对称的“V”型，山区长约104km,最大宽度约为45km，最小宽度约为11km，西岸切割比较严重，谷坡上缓下陡，河槽宽度一般在50m左右，下段多为低山丘陵，河槽宽度一般在400m左右，谷坡较为平缓，坡度为45，两岸很不对称，右岸较陡，深切基岩。山区面积2612 km2，海拔在1750-5000m之间，库山河出木华里后两岸地势突变，异常扩散，流向从南至北，近阿克陶县转向东北，河段两岸均延伸漫滩，宽达12km，高约0.51m，木华里以下为平原区，流域长约120km，面积4345.6 km2，海拔在12001750m之间。库山河中上游为第三系基岩组成，山口以下为第四系松散堆物组成。2.2 气象库山河流域深居内陆腹地，远离海洋，受喀什噶尔河流域区三面高大山体的层层阻隔，阻挡了西面和北面的湿冷空气入侵，也使印度洋暖湿气流难以进入，又受塔克拉玛干大沙漠的影响，因而降水量稀少而蒸发量很大，气候干燥，日照充足，气温日变幅及年较差大，呈现极度干旱的典型的大陆性气侯特征。流域区气候的垂直地带性分布规律显著，山区一年只有冷季和暖季，夏季短且凉爽，冬季长且严寒。海拔5000m高度以上山区发育有永久冰川。海拔2000m左右中山区，降水较为充沛，达300mm，有内陆“湿岛”之称，东北部平原区则受塔克拉玛干大沙漠“旱海”的烘烤，极度干旱，年降水量小于70mm，水面蒸发量可达2700mm。平原区气候温和，四季分明，光热充足，降水量少，蒸发强烈，无霜期长，日较差大。有大风、干热风，沙暴、冰雹、霜冻、浮尘等害灾性天气。因库山河地形条件复杂，气候差异大平原区和山区水文气象条件不尽相同 ，本工程以沙曼水文站、英吉沙气象站实测气象资料作为山区和平原区代表站分析库山河流域气候特征。各站多年气象特征值见表21。表21 各站多年气象特征值统计表项目 站名沙曼阿克陶英吉沙岳普湖测站高程(mm)23301324.31297.51205.9多年平均气温()9.111.311.411.7极端最高气温()35.639.440.441.8极端最低气温()-21.7-27.4-24.6-23.4累年年较差()32.132.233.2日较差()13.713.514.7年日照时数(h)2859.42755.22800.3多年平均年降水量(mm)136.165.26654.9最大日降水量(mm)37.232.741多年平均年蒸发量（E-601）(mm)14791344.31347.41542.3最大冻土深度(cm)100562.2.1气温气温年内变化显著，年较差及日较差大，全年1月份最低，7月份最热，平原区盛夏7月平均最高气温一般在32-34，多年极端最高气温达40左右，其中英吉沙县气象站年最高气温为40.4。春季升温快，秋季降温快。2.2.2降水降水量年际变化大，根据库山河沙曼水文站实测降水资料分析，多年平均降水量为135.7mm，降水量最多年为1971年的232.3mm，最小年为1961年的53.9mm，据平原区英吉沙县气象站降水观测资料统计，其多年平均降水量为66.0mm，降水量最多年为1981年的135.9mm，最小年降水量为1985年的18.4mm。降水相对集中，降水多年平均值集中在春夏两季，占年降水量的75%，连续最大四个月降水量占年降水量的60%左右，个别年份更大。年降水量不大，但最大日降水量可观，平原区最大日降水量的极值都在25mm以上，根据沙曼站实测降水资料统计，多年平均最大日降水量为19.0mm,其中1992年6月29日降水量达37.2mm，英吉沙县1968年5月4日也出现过32.7mm的日降水量，此类高强度的降水常常会形成库山河暴雨洪水的危害，如2002年8月15日库山河洪水就是由于高山区高强度的降雨所形成。 2.2.3 蒸发库山河流域地处欧亚大陆腹地，远离海洋，周围又有高山阻隔，加上大沙漠的影响，流域内呈典型的干旱大陆性气候，主要表现为空气干燥，日照长，蒸发强烈，降水量小。根据各站实测水面蒸发量资料统计，沙曼站多年平均水面蒸发量为1479.0mm，阿克陶气象站多年平均水面蒸发量为1344.3mm，英吉沙为1347.4mm，岳普湖为1542.3mm。从中也可看出水面蒸发量随地势增高而减少的趋势。2.2.4光热资源库山河流域光热充足，年平均日照时数2750-2850h，日照百分率为62%左右，年太阳光辐射总量约5800MJ/m2。热量资源丰富，多年平均气温11.4-11.7，0积温4623.54745.9，10积温为4188.34359.2。气温随着海拔高度的升高而降低，即气温的垂直地带性分布规律特别明显。2.2.5无霜期和冻土库山河流域无霜期较长，平均220天，初霜一般年份出现在10月中下旬，终霜出现在3月中下旬，11月初结冻，次年2月初解冻，冻土深在56cm100cm。2.2.6 灾害性气候大风:春夏两季（4-7月）多大风,风向NW,最大风速24m/s,8极大风年均13.4-18.6日,同时大风常夹裹着大量砂土，形成沙暴，常致农作物及人畜受害。干热风：多出现在56月，历年平均14次，使作物减产欠收。霜冻：般发生在早春和晚秋，影响棉花和其他作物的产量。浮尘：出现浮尘，遮天盖地，气温下降，大量降土，影响了光辐射量和光合作用的强度，影响呼吸。历年平均浮尘天气达25次之多，多发生在47月。库山河流域各站气象要素特征值统计见表2-2。表2-2 库山河流域各站气象要素月年分配表测站项目沙曼英吉沙岳普湖气温()降水(mm)蒸发(mm)气温()降水(mm)蒸发(mm)气温()降水(mm)蒸发(mm)1-7.13.442.3-6.61.518.2-6.92.327.02-3.47.254.2-1.72.844.1-1.55.450.133.69.3124.27.52.4132.77.73.9144.5411.211.9223.415.33.5235.315.67.7275.3515.822.3299.619.69.2314.920.110.4361.7619.815.3376.023.87.1377.424.37.5422.7722.218.4391.725.68.2366.726.38.4418.5821.324.1344.624.012.7291.924.98.9342.3914.816.1246.319.13.7202.320.16.8237.7109.94.5177.411.92.1133.112.33.2155.0112.12.192.83.11.462.22.71.467.212-3.91.552.2-4.61.124.1-5.01.626.2年9.0136.12424.611.455.72208.811.767.52528.32.3水文基本资料库山河是喀什地区主要河流之一， 60年代以来，新疆水文水资源局(原水文总站)在该河出山口附近设立沙曼水文站，基本控制了天然来水。库山河沙曼水文站位于阿克陶县境内，距出山口约28km，其地理位置为东经7539北纬3848，测站以上集水面积为2169km2，于1956年设立，观测至今，测验项目有水位、流量、悬移质泥沙、冰情、水化及降水、蒸发、气温等水文气象要素项目。该站是国家一类水文站，属喀什水文水资源勘测局管理，测站运行严格执行部颁水文测验技术规范，测验成果可靠。以上资料均经新疆水文水资源局审查，符合部颁水文测验技术规范水文资料刊印规范的技术标准，已编入国家水文年鉴和数据库，因而上述基本资料是可靠的。1978年盖孜河流域管理处为满足该流域管理需要，在库山河出山口设水量控制站-木华里水管站，该站基本控制了库山河出山口水量，观测项目为水位、流量，基本按照水文测验规范进行测验，资料成果属实可靠。盖孜河流域管理处并属水文观测工作。本次康帕一级电站设计流量计算选用沙曼水文站和木华里水管站为主要参证站。本次设计的依据资料有库山河康帕一级电站径流分析报告。2.4.径流分析2.4.1参证站径流量测验概况沙曼水文站是库山河上唯一的水文站，该站于1956年设立观测至今，设有较完整的水位、流量及悬移质泥沙实测资料，测验项目齐全，该站以上流域集水面积为2169km2，截止2002年，共有46年完整的径流量实测资料。木华里水管站是盖孜库山河流域管理处设立的库山河出山口处水量控制站，该站于1977年设立，1978年开始观测，观测至今，观测项目水位、流量。截止2002年，共有13年完整的径流量实测资料。本次计算康帕一级电站设计径流计算选用沙曼水文站和木华里水管站为参证站，各参证站历年各月年实测径流量见表2-3及表2-4。表2-3-1 库山河沙曼水文站月平均流量统计表 单位：流量m3/s 径流量108m3月 年份123456789101112平均 流量年径流量19564.994.374.255.121.7738.45957.127.711.37.85.320.76.54419577.295.175.215.5312.849.887.660.22714.69.917.7924.67.75219586.636.085.76.728.7134.279.562.336.713.68.987.2523.27.31219595.525.265.346.4113.237.165.780.546.52010.18.3425.58.04119606.996.66.086.8212.224.162.460.129.611.88.026.2320.26.38319615.474.544.64.6620.342.272.26140.713.27.365.3823.67.44919624.954.344.225.0621.638.158.656.727.511.27.745.2620.66.4919635.394.624.616.6513.737.753.957.326.5106.995.5319.56.15819645.14.694.424.487.4636.754.850.726.59.526.174.95185.719654.743.843.44.219.9322.840.833.119.28.626.344.7913.64.27719663.823.913.715.6710.149.745.758.32810.26.45.2919.36.09419675.364.483.8812.81657.472.847.123.89.937.256.2622.47.05419684.964.724.748.5612.837.661.752.917.78.245.895.1118.85.95619696.293.923.934.169.8228.959.157.517.69.135.764.1917.75.57419704.293.763.644.7210.430.54952.535.111.47.495.5518.35.77119714.163.943.313.7514.141.258.451.223.311.16.184.9718.95.97419724.574.174.075.4316.331.442.344.225.910.36.424.7416.75.28419734.13.833.634.938.333.975.860.83110.67.785.64216.62719745.275.035.7611.329.248.14119.79.786.16.0416.25.10919753.733.593.436.5811.357.954.460.928.110.56.865.4421.26.67419763.843.633.638.2519.436.271.457.223.6116.034.6320.96.59419773.83.633.494.8519.953.573.960.128.7138.196.2223.47.38919785.814.764.5110.216.245.576.165.127.711.16.434.7423.37.3619794.864.313.743.866.4335.5465124.69.687.065.56175.354表2-3-2 库山河沙曼水文站月平均流量统计表 单位：流量m3/s 径流量108m3 月 年份123456789101112平均 流量年径流量19815.214.864.744.8916.232.162.758.32611.76.434.64206.29619824.253.983.938.2125.934.549.963.925.710.87.545.720.56.46819835.644.9158.4931.934.8647737.811.97.165.4524.77.78719845.244.534.555.698.4839.353.472.526.615.185.820.96.59819855.224.494.816.5211.831.8655424.911.16.686.3919.56.16119865.645.624.76.8914.135.661.256.219.1116.195.7719.56.14119874.975.544.994.867.7223.451.158.331.211.36.295.8718.15.70219884.163.83.658.8810.639.159.947.225.510.76.544.7418.85.94519894.084.625.055.3916.730.452.340.321.59.86.465.0916.95.33519904.193.53.574.2617.358.671.767.538.412.96.694.0824.57.73719913.583.444.074.5614.334.9147.749.632.99.676.515.718.25.73319924.844.094.228.8612.438.554.752.929.110.37.076.5219.56.17519935.355.194.847.039.733453.852.725128.67.0119.95.95719945.855.155.46.0619.848.8878.863.926.29.455.354.3223.47.38919953.753.433.468.422254.96750.416.85.382.792.620.26.37319963.323.573.2617.355.643.353.850.722.85.443.533.0519.56.15119973.532.862.724.096.3931.971.253.521.45.563.142.5117.55.53319982.632.782.893.684.2536.563.469.844.418.49.175.9722.16.97819994.233.834.436.111531.960.564.736.112.18.296.221.36.70420005.825.564.616.4821.830.761.946.829.411.35.975.0519.76.23220013.883.934.234.7513.548.165.160.724.612.38.915.7821.56.76520025.365.045.577.281338.953.478.632.415.27.816.7222.67.1252.4.2 年径流系列一致性、代表性分析析沙曼水文站和木华里水管站位于库山河出山口以上河段，出山口以上河段无水利引水设施，其流域下面垫条件基本稳定，径流资料系列具有一致性。以沙曼水文站实测46年径流系列进行代表分析。根据沙曼水文站年径流系列代表性分析后认为，沙曼水文站只有25年以上的资料系列，各项统计参数趋于稳定，已具有较好的代表性，本次分析计算选用46年系列，系列长度足以保证计算精度，可用于工程分析计算。2.4.3参证站径流分析2.4.3.1沙曼水文站径流分析1.设计年径流根据沙曼水文站连续实测46年径流系列进行统计参数计算，采用 P型曲线适线，适线结果见表25。表2-5 沙曼站设计年径流计算成果表 单位:流量(m3/s) 径流量(106m3)频率项目P=10%P=15%P=25%P=50%P=75%P=85%P=90%径流量7.4517.2386.9276.3605.8095.5215.328流量23.23.022.020.218.417.516.92.设计年径流年内分配选取沙曼站保证率15%、50%及85%的径流相近的丰、平、枯年份为代表年，采用实际代表年法计算月径流量，见表2-6表26沙曼站典型年月平均流量计算成果表 单位:流量(m3/s) 月项目123456789101112丰水年P=15%6.636.085.706.728.7134.279.562.336.713.68.987.25平水年P=50%5.214.864.744.8916.232.162.758.326.011.76.434.64枯水年P=85%6.293.923.934.169.8228.959.157.517.69.135.674.192.4.3.2 木华里水管站径流分析库山河木水华里引水枢纽位于库山河出山处，距上游沙曼水文站28km，距下游英吉沙县约40km ，木华里水管站位于渠首下游约5km处，自1980年开始观测至2002年共有23年实测径流资料。木华里至沙曼站虽有部分产流面积，由于河床以卵砾石为主，缺少细沙成份，水量沿途渗漏，根据盖孜河库山河流域管理处提供的库山河出山口流量损失情况：1984年10月27日至11月27日测出损失结果为23%-27%，1986年10月19日至10月27日观测46次，得出径流损失结果为19.5%，木华里引水枢纽建成后，有效地将渗入河床的潜流截取，提高了引水率，同时也改善了测验条件。根据流域管理处提供的水量资料分析，1980-2002年径流损失为23%，而根据沙曼站至木华里水管站径流损失为15.0%，本次计算采用1995-2002损失系数推求木华里水管站设计径流量，计算成果见表27、28。表2-7 木华里站设计年径流计算成果表单位:流量(m3/s) 径流量(106m3) 频率项目P=10%P=15%P=25%P=50%P=75%P=85%P=90%径流量6.3336.1525.8885.4064.9384.6934.529流量20.119.618.717.215.614.914.4表2-8 木 华 里 站 历 年 各 月 平 均 流 量 表单位:流量(m3/s) 年径流量(108m3) 月径流量(106m3)月123456789101112年流量4.113.753.665.4312.032.551.448.523.69.445.874.6617.2径流量11.029.1389.80914.0832.2084.03137.8127.961.1925.3515.2212.475.421占年百分比%2.01.71.82.65.915.525.423.911.34.72.82.31002.4.4 康帕一级水电站场址处设计径流分析由于木华里引水枢纽是为英吉沙县、阿克陶县、疏勒县三个县提供引用水量，英吉沙康帕一级电站是经康帕大渠从库山河木华里引水枢纽引水发电，根据流域管理委员制定的三县水分比例，每年各时期的分水比例为：2月16日至5月30日及10月1日至11月30日，英吉沙为73%(库帕渠)，6月1日-9月30日英吉沙县为59%，冬季为轮灌制，从12月1日至次年2月15日共77天，其中英吉沙县为58天， 疏勒县为19天(英吉沙县引水19天)为使为分析，英吉沙县引水时间按12月1日至12月19日考虑因康帕一级电站坝址位于木华里水管站以下约5km处，渠道损失量按2%计算。则康帕干渠从木华里渠首多年平均引水流量见表2-9，设计年径流量见表2-10。表2-9 康帕大渠一级电站站址处历年各月平均流量表 单位:流量(m3/s) 年径流量(108m3) 月径流量(106m3)月123456789101112年1-1516-281-1920-31流量4.033.612.692.623.888.5818.829.728.013.66.754.2004.5710.5径流量10.807.707.01810.0923.0448.5979.6874.9935.3818.5010.894.7353.314占年百分比3.32.32.13.07.014.724.022.610.75.63.31.4100注：康帕大渠一级电站站址径流量采用分水比例计算，木华里至康帕大渠一级电站站址径流损失系数0.15。表2-10 康帕大渠一级电站站址处设计年径流计算成果表单位:流量(m3/s) 径流量(108m3)频率项目P=10%P=15%P=25%P=50%P=75%P=85%P=90%径流量3.8723.7613.6003.3053.0192.8692.769流量12.311.911.410.59.579.108.782.4.5 康帕一级水电站场址处典型年设计日平均流量分析选取保证率为15%、50%及85%的丰、平、枯三个典型年的实测日平均流量按大小排列，选配频率曲线，计算出不同频率下的日平均流量见表211。表211库山河各站设计日平均流量计算成果表 单位：流量（m3/s）频率站名设 计 日 平 均 流 量P=50%P=75%P=85%P=90%P=95%P=99%沙曼站8.165.264.574.193.853.70木华里站6.944.473.883.563.273.15康帕一级电站引水口处4.963.202.782.552.342.25注：（1）沙曼站典型年设计日平均流量根据典型年实测资料计算。 （2）木华里站典型年设计日平均流量根据沙曼站与木华里站同期实测流量坦化量计算（k=15%）。 （3）康帕一级电站引水口处典型年设计日平均流量根据库山河枯水期分水比例估算。 2.5 洪水库山河发源于帕米尔高原的冰峰雪岭，河源分布有现代大陆冰川和永久积雪。沙曼水文站以上冰川面积为303.85km2，冰川覆盖率为14.01%，加之3500m以上的山区终年多以雪的形式降落，夏季气温塞1500-3500m中低山区大降水甚至暴雨，则会形成雨雪型洪水。此外库山河冬季由于冰凌堵塞河道，造成凌汛，沙曼水文站每年冬季都有这各现象。如1978年1月1日23时，响声震耳，一道闪光，水位突然上涨一米，全河皆冰，奔腾直下，其势惊人。1981年12月19日曾发生105 m3/s冰凌洪水，相当于当年最大洪峰八成以上。综合上述，库山河的洪水主要有冰雪融水型洪水；暴雨型洪水；暴雨-消融混合型洪水；冰凌洪水，四种洪水具有不同的成因。1.冰雪融水型洪水：库山河分布着大量的冰川、永久性和季节性积雪极为发育，这为冰雪消融型洪水提供了丰富的物质条件，每年汛期，随着气温上升，冰雪消融补给河流。每次大的升温过程必伴随消融洪水的发生，消融型洪水是库山河四类洪水中发生频次最高、最基本的一类洪水。2.暴雨型洪水：区域持续性降水，当士雨强较大时，流域超流产流形成库山河暴雨型洪水。3.暴雨-消融混合型洪水：此类洪水是由高山区冰雪消融洪水与中低山区暴雨型洪水的遭遇形成的两种洪水的叠加。此类洪水洪蓄量大，来势凶猛，对下游人民生命财产及水利工程的运行危害极大。4.冰凌洪水：此类洪水是冬季河道行凌在特定的地形、地质条件下冰凌堵塞河道，由于气温的回升等原因，冰坝溃决形成库山河冰凌洪水。对下游人民生命财产及水利工程的运行危害极大。， 由于康帕渠不直接从库山河上引水，而是由木华里渠首从库山河上引水，经库山河输水总干渠按分水比例引水，康帕渠与洪水无直接关系，也不受洪水威胁，故本次康帕一级电站水文分析计算不对洪峰流量、洪量进行频率分析计算及各种频率的设计洪水过程线进行计算。2.6 泥沙河流泥沙是指由于水流夹带作用，所造成的泥沙运动。由于炎流的侵蚀和推移作用，将流域面上表层风化的岩石和土壤夹带入河流，形成河流的泥沙。影响河流来量的多少的主要因素有两个方面：一是气候因素，表现为一个流域的气温上、降水、风力等因素的变化情况，二是下垫面因素，包括流域的地形特征、土壤特性和植被情况等，根据泥沙在河流中的运动状态的不同，分为悬移质泥沙、推移质和河床质三类。由于受实测泥沙资料的限制，本次评述的泥沙主要是指悬移质泥沙。2.6.1 悬移质含沙量和输沙量的年内分配表2-10为沙曼站多年平均悬移质含沙量和输沙量的年内分配表，从中可见，沙曼小多年平均悬移质含沙量为3.05kg/m3,悬移质含沙量年内分配很不均匀，7-8月份为悬移质泥沙含沙量的最大月份，11月份是悬移质泥沙含沙量的最小月份，最大月与最小月的比值为137倍；冬半年10-12月，1-3月为悬移质泥沙含沙量的的低值期，各月悬移质泥沙含沙量在0.032kg/m3-0.21kg/m3之间。悬移质输沙量年内分配很为均匀，且输沙量的集中程度比径流更甚。表2-10 沙曼站悬移质含沙量及输沙量的年内分配表单位：含沙量：kg/m3 输沙量：104t 月项目123456789101112年含沙量0.0350.0330.211.471.843.954.384.201.430.120.0320.0383.05输沙量0.0450.0350.242.497.1939.470.964.010.40.360.0560.0551952.6.2 悬移质输沙量年际变化表2-11 沙曼站悬移质输沙量年际变化分析表项目多年平均年径流量Ws最大年径流量Wsd年份最小年径流量Wsx年份Wsd/WsxWsd/WsWsx/Ws年径流量6.3788.04519594.27819651.260.671.88从表中可见，沙曼站最大年输沙量为389104t，模比系数为1.99，最小年悬移质输沙量为58.2104t，模比系数为0.30。最大年为最小年输沙量的6.68倍，由此可见悬移质输沙量的年际变化较径流年际变化更大。2.6.3 泥沙颗粒分析1966年和1967年曾对库河悬移质输沙量颗粒进行过一年监测，据监测资料分析，库山河是喀什噶尔河流域悬移质泥沙颗粒最粗的河流，年平均粒径达0.182mm，年平均中数粒径达0.095mm，粒径大于0.050mm的泥沙占全年泥沙总量的67%。这主要是因为该河上游汇集了公格尔慕士塔格的冰川堆移积物，而汛期肣含沙量集中且洪水多为中低山区暴雨形成，因此泥沙颗粒较粗。沙曼水文站悬移质输沙量各粒径见表2-12。表2-12 沙曼站年平均悬移质各粒径输沙量汇总表站名年平均小于某粒径沙重的百分及相应输沙量粒径(mm)粒径数(mm)中数平均最大沙曼站0.070.0100.0250.0500.100.250.501.02.00.09510.1821.12%7.218.233.151.171.592.199.8100沙重(104t)20.351.3293.34144.1201.6259.7281.4282.02.7冰情和水质库山河河水结冰期一般在十一月前后,次年三月下旬融解,结冰期在一百天上下。十一月底到十二月初部分河段出现封冻现象。初冬河水结冰，一般是减少河道流量，但有些年份由于冰凌堵塞河道，造成凌汛。库山河河水主要以融雪补给主，且位于上游段，水的类型以碳酸盐为主，水质较好。离子径流量24.1万t，离子总量408.6mg/l,总硬度4.412mg当量/l,总碱度2.192mg当量/l。