2水文與工程地質(zhì)

2水文2.1流域概況庫山河屬于喀什噶爾河流域，位于我國新疆維吾爾自治區(qū)西南部，塔里木盆地西南緣，流域西面與蓋孜河連接，東面穿越布谷里沙漠與葉爾羌河相望，南面為昆侖山脈，北面為河流最終匯入的克孜河干流喀什噶爾河。庫山河流域地理位置為東經(jīng)75°18′～76°30′，北緯38°08′～39°10′之間。庫山河從河源到入河口流經(jīng)克孜勒蘇克爾克孜自治州的阿克陶縣，喀什地區(qū)英吉沙、疏勒縣等三縣，流域面積為6957.6km2，山區(qū)面積為2612km2，平原區(qū)流域面積為4345.6km2，沙曼水文站以上集水面積為2169km2。庫山河流域總的地形為：自南向北傾斜，流域山區(qū)形狀上寬下窄，地表傾向東北，山區(qū)多為冰山積雪，地表崎嶇，木華里以上河段兩岸陡峻，為深峽谷，河谷比較順直，橫斷面為不對稱的“V”型，山區(qū)長約104km,最大寬度約為45km，最小寬度約為11km，西岸切割比較嚴(yán)重，谷坡上緩下陡，河槽寬度一般在50m左右，下段多為低山丘陵，河槽寬度一般在400m左右，谷坡較為平緩，坡度為45°，兩岸很不對稱，右岸較陡，深切基巖。山區(qū)面積2612km2，海拔在1750-5000m之間，庫山河出木華里后兩岸地勢突變，異常擴(kuò)散，流向從南至北，近阿克陶縣轉(zhuǎn)向東北，河段兩岸均延伸漫灘，寬達(dá)1～2km，高約0.5～1m，木華里以下為平原區(qū)，流域長約120km，面積4345.6km2，海拔在1200～1750m之間。庫山河中上游為第三系基巖組成，山口以下為第四系松散堆物組成。2.2氣象庫山河流域深居內(nèi)陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，受喀什噶爾河流域區(qū)三面高大山體的層層阻隔，阻擋了西面和北面的濕冷空氣入侵，也使印度洋暖濕氣流難以進(jìn)入，又受塔克拉瑪干大沙漠的影響，因而降水量稀少而蒸發(fā)量很大，氣候干燥，日照充足，氣溫日變幅及年較差大，呈現(xiàn)極度干旱的典型的大陸性氣侯特征。流域區(qū)氣候的垂直地帶性分布規(guī)律顯著，山區(qū)一年只有冷季和暖季，夏季短且涼爽，冬季長且嚴(yán)寒。海拔5000m高度以上山區(qū)發(fā)育有永久冰川。海拔2000m左右中山區(qū)，降水較為充沛，達(dá)300mm，有內(nèi)陸“濕島”之稱，東北部平原區(qū)則受塔克拉瑪干大沙漠“旱?！钡暮婵荆瑯O度干旱，年降水量小于70mm，水面蒸發(fā)量可達(dá)2700mm。平原區(qū)氣候溫和，四季分明，光熱充足，降水量少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，無霜期長，日較差大。有大風(fēng)、干熱風(fēng)，沙暴、冰雹、霜凍、浮塵等害災(zāi)性天氣。因庫山河地形條件復(fù)雜，氣候差異大平原區(qū)和山區(qū)水文氣象條件不盡相同，本工程以沙曼水文站、英吉沙氣象站實(shí)測氣象資料作為山區(qū)和平原區(qū)代表站分析庫山河流域氣候特征。各站多年氣象特征值見表2—1。表2—1各站多年氣象特征值統(tǒng)計表項目站名沙曼阿克陶英吉沙岳普湖測站高程(mm)23301324.31297.51205.9多年平均氣溫(℃)9.111.311.411.7極端最高氣溫(℃)35.639.440.441.8極端最低氣溫(℃)-21.7-27.4-24.6-23.4累年年較差(℃)32.132.233.2日較差(℃)13.713.514.7年日照時數(shù)(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多年平均年蒸發(fā)量（E-601）(mm)14791344.31347.41542.3最大凍土深度(cm)100562.2.1氣溫氣溫年內(nèi)變化顯著，年較差及日較差大，全年1月份最低，7月份最熱，平原區(qū)盛夏7月平均最高氣溫一般在32℃-34℃，多年極端最高氣溫達(dá)40℃左右，其中英吉沙縣氣象站年最高氣溫為40.4℃。春季升溫快，秋季降溫快。2.2.2降水降水量年際變化大，根據(jù)庫山河沙曼水文站實(shí)測降水資料分析，多年平均降水量為135.7mm，降水量最多年為1971年的232.3mm，最小年為1961年的53.9mm，據(jù)平原區(qū)英吉沙縣氣象站降水觀測資料統(tǒng)計，其多年平均降水量為66.0mm，降水量最多年為1981年的135.9mm，最小年降水量為1985年的18.4mm。降水相對集中，降水多年平均值集中在春夏兩季，占年降水量的75%，連續(xù)最大四個月降水量占年降水量的60%左右，個別年份更大。年降水量不大，但最大日降水量可觀，平原區(qū)最大日降水量的極值都在25mm以上，根據(jù)沙曼站實(shí)測降水資料統(tǒng)計，多年平均最大日降水量為19.0mm,其中1992年6月29日降水量達(dá)37.2mm，英吉沙縣1968年2.2.3蒸發(fā)庫山河流域地處歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，周圍又有高山阻隔，加上大沙漠的影響，流域內(nèi)呈典型的干旱大陸性氣候，主要表現(xiàn)為空氣干燥，日照長，蒸發(fā)強(qiáng)烈，降水量小。根據(jù)各站實(shí)測水面蒸發(fā)量資料統(tǒng)計，沙曼站多年平均水面蒸發(fā)量為1479.0mm，阿克陶氣象站多年平均水面蒸發(fā)量為1344.3mm，英吉沙為1347.4mm，岳普湖為1542.3mm。從中也可看出水面蒸發(fā)量隨地勢增高而減少的趨勢。2.2.4光熱資源庫山河流域光熱充足，年平均日照時數(shù)2750-2850h，日照百分率為62%左右，年太陽光輻射總量約5800MJ/m2。熱量資源豐富，多年平均氣溫11.4-11.7℃，≥0℃積溫4623.5～4745.9℃，≥10℃積溫為4188.3～4359.2℃。氣溫隨著海拔高度的升高而降低，即氣溫的垂直地帶性分布規(guī)律特別明顯。2.2.5無霜期和凍土庫山河流域無霜期較長，平均220天，初霜一般年份出現(xiàn)在10月中下旬，終霜出現(xiàn)在3月中下旬，11月初結(jié)凍，次年2月初解凍，凍土深在56cm～100cm。2.2.6大風(fēng):春夏兩季（4-7月）多大風(fēng),風(fēng)向NW,最大風(fēng)速24m/s,≥8極大風(fēng)年均13.4-18.6日,同時大風(fēng)常夾裹著大量砂土，形成沙暴，常致農(nóng)作物及人畜受害。干熱風(fēng)：多出現(xiàn)在5—6月，歷年平均14次，使作物減產(chǎn)欠收。霜凍：—般發(fā)生在早春和晚秋，影響棉花和其他作物的產(chǎn)量。浮塵：出現(xiàn)浮塵，遮天蓋地，氣溫下降，大量降土，影響了光輻射量和光合作用的強(qiáng)度，影響呼吸。歷年平均浮塵天氣達(dá)25次之多，多發(fā)生在4—7月。庫山河流域各站氣象要素特征值統(tǒng)計見表2-2。表2-2庫山河流域各站氣象要素月年分配表測站項目沙曼英吉沙岳普湖氣溫(℃)降水(mm)蒸發(fā)(mm)氣溫(℃)降水(mm)蒸發(fā)(mm)氣溫(℃)降水(mm)蒸發(fā)(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水文基本資料庫山河是喀什地區(qū)主要河流之一，60年代以來，新疆水文水資源局(原水文總站)在該河出山口附近設(shè)立沙曼水文站，基本控制了天然來水。庫山河沙曼水文站位于阿克陶縣境內(nèi)，距出山口約28km，其地理位置為東經(jīng)75°39′北緯38°48′，測站以上集水面積為2169km2，于1956年設(shè)立，觀測至今，測驗(yàn)項目有水位、流量、懸移質(zhì)泥沙、冰情、水化及降水、蒸發(fā)、氣溫等水文氣象要素項目。該站是國家一類水文站，屬喀什水文水資源勘測局管理，測站運(yùn)行嚴(yán)格執(zhí)行部頒水文測驗(yàn)技術(shù)規(guī)范，測驗(yàn)成果可靠。以上資料均經(jīng)新疆水文水資源局審查，符合部頒《水文測驗(yàn)技術(shù)規(guī)范》《水文資料刊印規(guī)范》的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，已編入國家水文年鑒和數(shù)據(jù)庫，因而上述基本資料是可靠的。1978年蓋孜河流域管理處為滿足該流域管理需要，在庫山河出山口設(shè)水量控制站-木華里水管站，該站基本控制了庫山河出山口水量，觀測項目為水位、流量，基本按照水文測驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行測驗(yàn)，資料成果屬實(shí)可靠。蓋孜河流域管理處并屬水文觀測工作。本次康帕一級電站設(shè)計流量計算選用沙曼水文站和木華里水管站為主要參證站。本次設(shè)計的依據(jù)資料有庫山河康帕一級電站徑流分析報告。2.4.徑流分析2.4.1參證站徑流量測驗(yàn)概況沙曼水文站是庫山河上唯一的水文站，該站于1956年設(shè)立觀測至今，設(shè)有較完整的水位、流量及懸移質(zhì)泥沙實(shí)測資料，測驗(yàn)項目齊全，該站以上流域集水面積為2169km2，截止2002年，共有46年完整的徑流量實(shí)測資料。木華里水管站是蓋孜庫山河流域管理處設(shè)立的庫山河出山口處水量控制站，該站于1977年設(shè)立，1978年開始觀測，觀測至今，觀測項目水位、流量。截止2002年，共有13年完整的徑流量實(shí)測資料。本次計算康帕一級電站設(shè)計徑流計算選用沙曼水文站和木華里水管站為參證站，各參證站歷年各月年實(shí)測徑流量見表2-3及表2-4。表2-3-1庫山河沙曼水文站月平均流量統(tǒng)計表單位：流量m3/s徑流量月年份123456789101112平均流量年徑流量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庫山河沙曼水文站月平均流量統(tǒng)計表單位：流量m3/s徑流量月年份123456789101112平均流量年徑流量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年徑流系列一致性、代表性分析析沙曼水文站和木華里水管站位于庫山河出山口以上河段，出山口以上河段無水利引水設(shè)施，其流域下面墊條件基本穩(wěn)定，徑流資料系列具有一致性。以沙曼水文站實(shí)測46年徑流系列進(jìn)行代表分析。根據(jù)沙曼水文站年徑流系列代表性分析后認(rèn)為，沙曼水文站只有25年以上的資料系列，各項統(tǒng)計參數(shù)趨于穩(wěn)定，已具有較好的代表性，本次分析計算選用46年系列，系列長度足以保證計算精度，可用于工程分析計算。2.4.3參證站徑流分析2.4.3.1沙曼水文站徑流分析1.設(shè)計年徑流根據(jù)沙曼水文站連續(xù)實(shí)測46年徑流系列進(jìn)行統(tǒng)計參數(shù)計算，采用PⅢ型曲線適線，適線結(jié)果見表2—5。表2-5沙曼站設(shè)計年徑流計算成果表單位:流量(m3/s)徑流量(106頻率項目P=10%P=15%P=25%P=50%P=75%P=85%P=90%徑流量7.4517.2386.9276.3605.8095.5215.328流量23.23.022.020.218.417.516.92.設(shè)計年徑流年內(nèi)分配選取沙曼站保證率15%、50%及85%的徑流相近的豐、平、枯年份為代表年，采用實(shí)際代表年法計算月徑流量，見表2-6表2—6沙曼站典型年月平均流量計算成果表單位:流量(m3/s)月項目123456789101112豐水年P(guān)=15%6.636.085.706.728.7134.279.562.336.713.68.987.25平水年P(guān)=50%5.214.864.744.8916.232.162.758.326.011.76.434.64枯水年P(guān)=85%6.293.923.934.169.8228.959.157.517.69.135.674.192.4.3.2木華里水管站徑流分析庫山河木水華里引水樞紐位于庫山河出山處，距上游沙曼水文站28km，距下游英吉沙縣約40km，木華里水管站位于渠首下游約5km處，自1980年開始觀測至2002年共有23年實(shí)測徑流資料。木華里至沙曼站雖有部分產(chǎn)流面積，由于河床以卵礫石為主，缺少細(xì)沙成份，水量沿途滲漏，根據(jù)蓋孜河庫山河流域管理處提供的庫山河出山口流量損失情況：1984年10月27日至11月27日測出損失結(jié)果為23%-27%，1986年10月19日至10月27日觀測46次，得出徑流損失結(jié)果為19.5%，木華里引水樞紐建成后，有效地將滲入河床的潛流截取，提高了引水率，同時也改善了測驗(yàn)條件。根據(jù)流域管理處提供的水量資料分析，1980-2002年徑流損失為23%，而根據(jù)沙曼站至木華里水管站徑流損失為15.0%，本次計算采用1995-2002損失系數(shù)推求木華里水管站設(shè)計徑流量，計算成果見表2—7、2—8。表2-7木華里站設(shè)計年徑流計算成果表單位:流量(m3/s)徑流量(106頻率項目P=10%P=15%P=25%P=50%P=75%P=85%P=90%徑流量6.3336.1525.8885.4064.9384.6934.529流量20.119.618.717.215.614.914.4表2-8木華里站歷年各月平均流量表單位:流量(m3/s)年徑流量(108m3月123456789101112年流量4.113.753.665.4312.032.551.448.523.69.445.874.6617.2徑流量11.029.1389.80914.0832.2084.03137.8127.961.1925.3515.2212.475.4212.01.71.82.65.915.525.423.911.34.72.82.31002.4.4康帕一級水電站場址處設(shè)計徑流分析由于木華里引水樞紐是為英吉沙縣、阿克陶縣、疏勒縣三個縣提供引用水量，英吉沙康帕一級電站是經(jīng)康帕大渠從庫山河木華里引水樞紐引水發(fā)電，根據(jù)流域管理委員制定的三縣水分比例，每年各時期的分水比例為：2月16日至5月30日及10月1日至11月30日，英吉沙為73%(庫帕渠)，6月1日-9月30日英吉沙縣為59%，冬季為輪灌制，從12月1日至次年2月15日共77天，其中英吉沙縣為58天，疏勒縣為19天(英吉沙縣引水19天)為使為分析，英吉沙縣引水時間按12月1日至12月19日考慮因康帕一級電站壩址位于木華里水管站以下約5km處，渠道損失量按2%計算。則康帕干渠從木華里渠首多年平均引水流量見表2-9，設(shè)計年徑流量見表2-10。表2-9康帕大渠一級電站站址處歷年各月平均流量表單位:流量(m3/s)年徑流量(108m3注：康帕大渠一級電站站址徑流量采用分水比例計算，木華里至康帕大渠一級電站站址徑流損失系數(shù)0.15。表2-10康帕大渠一級電站站址處設(shè)計年徑流計算成果表單位:流量(m3/s)徑流量(108頻率項目P=10%P=15%P=25%P=50%P=75%P=85%P=90%徑流量3.8723.7613.6003.3053.0192.8692.769流量12.311.911.410.59.579.108.782.4.5康帕一級水電站場址處典型年設(shè)計日平均流量分析選取保證率為15%、50%及85%的豐、平、枯三個典型年的實(shí)測日平均流量按大小排列，選配頻率曲線，計算出不同頻率下的日平均流量見表2—11。表2—11庫山河各站設(shè)計日平均流量計算成果表單位：流量（m3/s）頻率站名設(shè)計日平均流量P=50%P=75%P=85%P=90%P=95%P=99%沙曼站8.165.264.574.193.853.70木華里站6.944.473.883.563.273.15康帕一級電站引水口處4.963.202.782.552.342.25注：（1）沙曼站典型年設(shè)計日平均流量根據(jù)典型年實(shí)測資料計算。（2）木華里站典型年設(shè)計日平均流量根據(jù)沙曼站與木華里站同期實(shí)測流量坦化量計算（k=15%）。（3）康帕一級電站引水口處典型年設(shè)計日平均流量根據(jù)庫山河枯水期分水比例估算。2.5洪水庫山河發(fā)源于帕米爾高原的冰峰雪嶺，河源分布有現(xiàn)代大陸冰川和永久積雪。沙曼水文站以上冰川面積為303.85km2，冰川覆蓋率為14.01%，加之3500m以上的山區(qū)終年多以雪的形式降落，夏季氣溫塞1500-3500m中低山區(qū)大降水甚至暴雨，則會形成雨雪型洪水。此外庫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這各現(xiàn)象。如1978年1月1日23時，響聲震耳，一道閃光，水位突然上漲一米，全河皆冰，奔騰直下，其勢驚人。1981年12月19日曾發(fā)生105m31.冰雪融水型洪水：庫山河分布著大量的冰川、永久性和季節(jié)性積雪極為發(fā)育，這為冰雪消融型洪水提供了豐富的物質(zhì)條件，每年汛期，隨著氣溫上升，冰雪消融補(bǔ)給河流。每次大的升溫過程必伴隨消融洪水的發(fā)生，消融型洪水是庫山河四類洪水中發(fā)生頻次最高、最基本的一類洪水。2.暴雨型洪水：區(qū)域持續(xù)性降水，當(dāng)士雨強(qiáng)較大時，流域超流產(chǎn)流形成庫山河暴雨型洪水。3.暴雨-消融混合型洪水：此類洪水是由高山區(qū)冰雪消融洪水與中低山區(qū)暴雨型洪水的遭遇形成的兩種洪水的疊加。此類洪水洪蓄量大，來勢兇猛，對下游人民生命財產(chǎn)及水利工程的運(yùn)行危害極大。4.冰凌洪水：此類洪水是冬季河道行凌在特定的地形、地質(zhì)條件下冰凌堵塞河道，由于氣溫的回升等原因，冰壩潰決形成庫山河冰凌洪水。對下游人民生命財產(chǎn)及水利工程的運(yùn)行危害極大。，由于康帕渠不直接從庫山河上引水，而是由木華里渠首從庫山河上引水，經(jīng)庫山河輸水總干渠按分水比例引水，康帕渠與洪水無直接關(guān)系，也不受洪水威脅，故本次康帕一級電站水文分析計算不對洪峰流量、洪量進(jìn)行頻率分析計算及各種頻率的設(shè)計洪水過程線進(jìn)行計算。2.6泥沙河流泥沙是指由于水流夾帶作用，所造成的泥沙運(yùn)動。由于炎流的侵蝕和推移作用，將流域面上表層風(fēng)化的巖石和土壤夾帶入河流，形成河流的泥沙。影響河流來量的多少的主要因素有兩個方面：一是氣候因素，表現(xiàn)為一個流域的氣溫上、降水、風(fēng)力等因素的變化情況，二是下墊面因素，包括流域的地形特征、土壤特性和植被情況等，根據(jù)泥沙在河流中的運(yùn)動狀態(tài)的不同，分為懸移質(zhì)泥沙、推移質(zhì)和河床質(zhì)三類。由于受實(shí)測泥沙資料的限制，本次評述的泥沙主要是指懸移質(zhì)泥沙。2.6.1懸移質(zhì)含沙量和輸沙量的年內(nèi)分配表2-10為沙曼站多年平均懸移質(zhì)含沙量和輸沙量的年內(nèi)分配表，從中可見，沙曼小多年平均懸移質(zhì)含沙量為3.05kg/m3,懸移質(zhì)含沙量年內(nèi)分配很不均勻，7-8月份為懸移質(zhì)泥沙含沙量的最大月份，11月份是懸移質(zhì)泥沙含沙量的