新疆東部區(qū)域水文特性分析

吳 冰，吳江濤

(新疆哈密水文水資源勘測(cè)局，新疆哈密839000)

1 概況

1.1 頭道溝流域

頭道溝流域位于天山山脈最東端喀爾里克山的南坡，東與故鄉(xiāng)河流域相接［1］;控制斷面南側(cè)4km是新疆哈密地區(qū)最大的水庫(kù)——石城子水庫(kù)，石城子水庫(kù)以南是廣闊的哈密盆地;西與南山口流域?yàn)猷?北側(cè)以東天山脊線為界。有全流域唯一水文站，，即頭道溝水文控制站，水文站以上控制面積371 km2，河長(zhǎng)41.5 km，流域最高峰3 057 m，流域平均高程2 445 m，平均坡降35.5‰。

頭道溝流域氣候特征［2］:春季升溫不穩(wěn)定，多寒潮降溫型大風(fēng)，風(fēng)向以東北風(fēng)為主?？諝飧稍铮舭l(fā)量大，易發(fā)生倒春寒。夏季天氣多晴朗，日照時(shí)間長(zhǎng)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)，晝夜溫差大，降水多，蒸發(fā)也大;秋季和春季氣候涼爽，日照充足，但歷時(shí)較短;冬季干燥寒冷，降水量少。

頭道溝是新疆新疆東部區(qū)域眾多沒(méi)有冰川消融水補(bǔ)給河流中年徑流量最大的河流，頭道溝水文站始建于1955年6月，一直連續(xù)觀測(cè)至今，實(shí)測(cè)多年平均徑流量2374×104m3(還原后年徑流量2620×104m3)。

頭道溝流域的水文特性見(jiàn)表1，頭道溝流域水系見(jiàn)圖1。

1.2 新疆東部區(qū)域

這里所指新疆東部區(qū)域，包含新疆的哈密地區(qū)、吐魯番地區(qū)和昌吉回族自治州鄰近哈密地區(qū)的奇臺(tái)縣及木壘縣，是聯(lián)系內(nèi)地的“窗口”，是古“絲綢之路”和亞歐大陸橋的樞紐。全區(qū)域東西長(zhǎng)約600 km，南北寬約440 km，總面積約25×104km2，人口約120×104。

新疆東部區(qū)域的氣候特性總體講同頭道溝流域一樣，具有日照強(qiáng)、蒸發(fā)大、降水少、冬季和夏季歷時(shí)長(zhǎng)的特性。區(qū)域海拔200～1 000 m的地方平均年降水量在15～70 mm，多年平均日照時(shí)數(shù) 3000～3 380 h，≥10℃的活動(dòng)積溫約為4 450℃，日照時(shí)數(shù)為全國(guó)之首;像海拔高程738 m的哈密氣象站多年平均年降水量38.4 mm，蒸發(fā)量高達(dá)2 881.0 mm(口徑20 cm蒸發(fā)量)，而海拔高程498 m的淖毛湖氣象站多年平均年降水量?jī)H15.8 mm。

表1 頭道溝流域水文特性表

2 徑流

2.1 頭道溝河年徑流量

頭道溝河的徑流量主要靠山區(qū)裂隙水和直接降雨［4］，河流的豐枯主要取決于集水區(qū)域內(nèi)的溫度和降水。因山體低矮高山區(qū)沒(méi)有永久冰川，故中、高山區(qū)在冬、春季節(jié)有一定積雪，但這些積雪在每年的4—5月份基本全部消融，因而每年都發(fā)生大小不等的春洪，造成每年該時(shí)期徑流量占年徑流量的47.8%。夏天(6—8月份)降水量占年降水量的75.2%，但這些降水量絕大部分被蒸發(fā)、下滲，只有發(fā)生高強(qiáng)度暴雨時(shí)(一次降水≥5mm才能形成地表徑流)，來(lái)不及下滲的降水徑流形成暴雨洪水，故夏天發(fā)生夏洪的機(jī)率相對(duì)較少，夏天洪峰流量的大小取決于流域內(nèi)降水量的強(qiáng)度和范圍。頭道溝流域［5］多年平均年徑流量2374×104m3，由于上游開(kāi)發(fā)草場(chǎng)和耕地經(jīng)計(jì)算消耗246×104m3，故經(jīng)還原后該流域原始平均年徑流量2620×104m3，變差系數(shù)Cv為0.40，偏差系數(shù)Cs為1.20(3 Cv)，最大年徑流量5170×104m3(1993年)，最小年徑流量1276×104m3(1978年)，變差4.1倍，頭道溝流域設(shè)計(jì)年徑流量頻率分析計(jì)算見(jiàn)表2。

頭道溝河的年徑流量在年內(nèi)變化很大，全年的徑流量主要集中在汛期的4—6月份，占年徑流量的57.9%，其中5月份的徑流量占年徑流量的30.4%，夏天徑流調(diào)節(jié)是本流域的主要特性，頭道溝河年徑流量年內(nèi)分配見(jiàn)表2。

表2 頭道溝河流設(shè)計(jì)年徑流量頻率分析計(jì)算成果表

表3 頭道溝河年徑流量年內(nèi)分配表

2.2 新疆東部區(qū)域

新疆東部區(qū)域共有長(zhǎng)流水河流104條，其中哈密地區(qū)75條、吐魯番地區(qū)14條、昌吉回族自治州的奇臺(tái)縣及木壘縣15條，年徑流量大于2 000萬(wàn)m3的有20條。

新疆東部區(qū)域約有30條河流受冰川消融水影響，其余河流基本沒(méi)有冰川消融水補(bǔ)給，即使個(gè)別河流有冰川消融水補(bǔ)給，占河流的徑流也很少，一般不足年徑流的3%，基本可以忽略不計(jì)，不受冰川消融水影響的河流構(gòu)成主體。區(qū)域眾多沒(méi)有冰川消融水補(bǔ)給的河流基本都像頭道溝流域一樣，河流分布在東天山南北兩側(cè)，水量來(lái)自山區(qū)裂隙水和直接降雨，河流的豐枯主要取決于集水區(qū)域內(nèi)的溫度和降水。因山體低矮，流域的中、高山區(qū)在冬、春季節(jié)有一定積雪，但這些積雪在每年的4—5月份全部消融。

2.3 地表水資源量情勢(shì)比較

經(jīng)用頭道溝水文站自1955年—2007年的徑流情勢(shì)與新疆東部區(qū)域同期徑流情勢(shì)比較，認(rèn)為新疆東部區(qū)域沒(méi)受冰川消融水影響河流的年徑流情勢(shì)與頭道溝水文站基本一致，頭道溝水文站徑流情勢(shì)與新疆東部區(qū)域同期徑流情勢(shì)見(jiàn)表4。

表4 頭道溝河年徑流豐枯年景與新疆東部區(qū)域豐枯年景比較表

從表4明顯看出，頭道溝流域和新疆東部區(qū)域是個(gè)水情 豐枯變化非常大的流域，其中特豐和特枯的年份占總年數(shù)的26.9%和25.0%，超過(guò)總年數(shù)的50%，這意味著這片土地多年平均每2年就會(huì)有特豐或特枯的現(xiàn)象出現(xiàn)，而年徑流量≥正常年份占總年數(shù)的 50.0%，≤正常年份占總年數(shù)的65.4%，正常年份僅占總年數(shù)的15.4%，這種現(xiàn)象違背了河流經(jīng)若干年觀測(cè)(一般20—30年)，其均值應(yīng)接近常數(shù)的特點(diǎn)，表明頭道溝流域和新疆東部區(qū)域一樣是一個(gè)水量豐、欠反復(fù)變化極大的地域。

這種特豐和特枯年份相對(duì)較多的現(xiàn)實(shí)特點(diǎn)，意味著這片區(qū)域修建多年調(diào)節(jié)水庫(kù)的必要性。

3 洪水

頭道溝流域的洪水從時(shí)間上分為春洪和夏洪。從類型上分為:融雪型洪水、暴雨型洪水兩種。這些水文特性與新疆東部區(qū)域沒(méi)有冰川消融水補(bǔ)給的流域情勢(shì)基本一致。

3.1 頭道溝流域洪水

3.1.1 融雪型洪水

冰雪型洪水則發(fā)生于每年的4—5月，洪量取決于山區(qū)的氣溫和降水，洪水具有明顯的日周期變化規(guī)律，而且一天比一天高，洪水一般分2～3個(gè)過(guò)程，每個(gè)過(guò)程維持一周左右，整個(gè)春洪約歷時(shí)不足一個(gè)月，但首場(chǎng)洪水的含沙量較大，頭道溝水文站典型融雪型洪水過(guò)程見(jiàn)圖2。

3.1.2 暴雨型洪水

暴雨型洪水通常發(fā)生在每年的6月下旬—8月中旬，這類洪水往往峰高量小，持續(xù)時(shí)間短，水中泥沙含量大。例如2007年7月17日，西西伯利亞、巴爾喀什湖的冷氣流在流域內(nèi)與來(lái)自青藏高原的暖氣流相遇，造成局地高強(qiáng)度冷鋒雨，造成頭道溝河道內(nèi)洪水猛漲，大水約30 min，最大洪峰流量達(dá)134 m3/s，為漲水前1 d最大流量的335倍，是始漲點(diǎn)流量的73倍;洪水中沙峰的懸移質(zhì)泥沙含量為538 kg/m3，為漲水前一天最大含沙量的1萬(wàn)多倍，頭道溝水文站典型暴雨洪水過(guò)程見(jiàn)圖3。

3.2 新疆東部區(qū)域沒(méi)有冰川消融水影響的河流

新疆東部區(qū)域沒(méi)有冰川消融水影響河流的洪水均來(lái)自流域內(nèi)因高溫導(dǎo)致的融雪性洪水和因降水導(dǎo)致的暴雨洪水。

3.2.1 融雪性洪水

這些流域因山體低矮，冬春季有一些季節(jié)性積雪，春季隨著氣溫的回升，淺山區(qū)及高山區(qū)的積雪便開(kāi)始消融補(bǔ)給河流，春洪水量的大小主要與山區(qū)積雪的多少有關(guān)。融雪型洪水一般發(fā)生在每年的4—5月。此類洪水一般峰不高，量不大，時(shí)程分布比較平坦，呈1 d1峰的過(guò)程。

3.2.2 暴雨洪水

暴雨洪水大多發(fā)生在6月下旬—8月中旬，主要有兩種類型，一種是局部性暴雨產(chǎn)生的洪水，這類洪水的特點(diǎn)是:雨區(qū)范圍小，強(qiáng)度大，歷時(shí)短，匯流迅速，通常雨一停馬上形成洪水，洪水往往來(lái)勢(shì)兇猛，陡漲陡落，峰高量小，持續(xù)時(shí)間短，這類洪水對(duì)下游總的講危害相對(duì)不大，但洪水帶來(lái)的泥沙，對(duì)某些水利設(shè)施的淤積影響較大;另一類是由大范圍降雨產(chǎn)生洪水，這類洪水常伴有大的天氣過(guò)程，造成大范圍的降雨，這類暴雨多降在山區(qū)，雨區(qū)籠罩面積大，歷時(shí)長(zhǎng)，可形成大洪水，給各地帶來(lái)較大災(zāi)害的大多屬這類洪水。

3.3 洪水特性的比較

頭道溝流域的洪水情勢(shì)與新疆東部區(qū)域洪水情勢(shì)驚人相似，水文站自1955年—2007年的洪水情勢(shì)與新疆東部區(qū)域同期洪水情勢(shì)見(jiàn)表表5。

從表5看出，新疆東部區(qū)域和頭道溝流域有共同的特點(diǎn)，是個(gè)旱、澇多變的區(qū)域，其中特豐和特枯的年份占總年數(shù)的21.2%和38.5%，正常年份僅占總年數(shù)的13.5%，這種現(xiàn)象同徑流量一樣違背了河流經(jīng)若干年觀測(cè)，其均值應(yīng)接近常數(shù)的規(guī)律，表明頭道溝河和新疆東部區(qū)域眾多河流一樣是一個(gè)洪水多發(fā)，極旱年份多現(xiàn)的特點(diǎn)。還有:1)頭道溝水文站的年徑流大于多年均值30%時(shí)，新疆東部區(qū)域各河流的年徑流多是特豐水年，至少是個(gè)豐水年;2)頭道溝水文站的年徑流小于多年均值30%時(shí)，新疆東部區(qū)域范圍內(nèi)各河流的多為特枯年份，至少是個(gè)枯水年份;3)頭道溝水文站的年最大洪峰流量出現(xiàn)在夏季(6—8月份)的話，新疆東部區(qū)域各河流多為春季旱，夏季澇，洪峰流量越大，春季越旱;4)頭道溝水文站的年最大洪峰流量大于多年均值30%時(shí)，新疆東部區(qū)域范圍內(nèi)各河流為洪水多發(fā)年;5)頭道溝水文站的年最大洪峰流量小于多年均值30%時(shí)，哈密地區(qū)范圍內(nèi)各河流均沒(méi)有發(fā)生較大洪水(指大于多年均值)。

4 結(jié)束語(yǔ)

頭道溝河的徑流情勢(shì)和新疆東部區(qū)域沒(méi)有冰川消融水補(bǔ)給河流的水文情勢(shì)驚人相似，研究、分析該流域的水文特性對(duì)其它流域具有普遍的意義。頭道溝流域的氣候條件、年徑流量、洪水的豐枯規(guī)律，基本代表了新疆東部區(qū)域沒(méi)有冰川消融水補(bǔ)給河流相應(yīng)的水文信息。

研究干旱區(qū)河流，就是揭示干旱區(qū)以河流為單元的水分循環(huán)內(nèi)在規(guī)律，服務(wù)于當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。頭道溝河在新疆東部區(qū)域的中小河流中具有較好代表性。不論是氣候因素，還是徑流的形成、洪水的發(fā)生，總的看都極為相似。通過(guò)上述分析，反映出新疆東部區(qū)域是個(gè)水資源量極度匱乏，洪、澇反復(fù)多現(xiàn)，水資源年內(nèi)分配極不均勻，以旱為主的地方，水資源量與面積的比值極不相稱，“旱”構(gòu)成了新疆東部區(qū)域水量情勢(shì)的核心，節(jié)約用水、科學(xué)用水是新疆東部區(qū)域永恒的話題。

［1］駱光曉，等.新疆哈密石城子河流域水文水資源分析［J］，干旱區(qū)研究，2008(4):478－484.

［2］哈密地區(qū)地方志編纂委員會(huì)，哈密年鑒［M］，烏魯木齊:新疆人民出版社.

［3］劉潮海，等，中國(guó)冰川目錄［M］.北京:科學(xué)出版社，1986.

［4］駱光曉，等，新疆哈密地區(qū)地表水資源量趨勢(shì)分析［J］，水文，2007 (5):92－95.

［5］周聿超.新疆河流水文水資源［M］.烏魯木齊:新疆科技衛(wèi)生出版社，1999.

圖2 頭道溝1988年4月融雪洪水過(guò)程線

圖3 頭道溝站2007年7月暴雨洪水過(guò)程線

表5 頭道溝河年最大流量澇枯與新疆東部區(qū)域澇枯比較表