烏溝流域水文特性

高 照

(哈密水文勘測(cè)局，新疆 哈密 839000)

?

烏溝流域水文特性

高 照

(哈密水文勘測(cè)局，新疆 哈密 839000)

烏溝地處巴里坤山北坡，東連大馬圈溝，西鄰小溝，南以巴里坤山山脊為為界，北部下游是奎蘇鎮(zhèn)。地理位置介于E93°27′-94°48′，N43°06′-43°25′，渠首以上集水面積18km2，烏溝水閘位于流域出山口處，地理位置E93°27′，N43°25′，海拔高度2560m，行政區(qū)劃屬巴里坤縣管轄。文章利用烏溝流域水文氣象站1957—2009年的氣象實(shí)測(cè)資料，對(duì)該流域地形、氣象、徑流、泥沙、冰情、水質(zhì)等進(jìn)行分析，為科學(xué)利用該地帶中小河流域水資源提供理論依據(jù)。

烏溝流域；水文要素；特征分析；水質(zhì)

1 流域概況

1.1 地理位置

烏溝地處巴里坤山北坡，東連大馬圈溝，西鄰小溝，南以巴里坤山山脊為為界，北部下游是奎蘇鎮(zhèn)。地理位置介于E93°27′-94°48′，N43°06′-43°25′，渠首以上集水面積18km2，烏溝水閘位于流域出山口處，地理位置東經(jīng)93°27′，北緯43°25′，海拔高度2560m，行政區(qū)劃屬巴里坤縣管轄。

1.2 地形植被

烏溝流域位于巴里坤山北坡，流域內(nèi)地形屬中高山地形，地勢(shì)南高北低，

按其自然地理景觀可分為高山帶、亞高山帶和中低山帶。高山帶分布在流域南部，海拔高度在3000m以上，最高峰月牙峰海拔4308m，溝口海拔高度2560m，地勢(shì)起伏一般在400-600m之間，坡度較大，土壤為高山寒漠土，植被以莎草科為主。

亞高山地帶分布在海拔2800-3000m左右，地勢(shì)較為平緩，山地和山坡上生長有喜濕耐寒的苔屬、嵩草，土壤為亞高山草甸土。中低山帶分布高度在海拔2000-2800m左右，這一帶氣候溫濕，草類繁茂，生長有天山云山和西伯利亞落葉松，土壤有山地灰褐色森林土和山地黑鈣土組成，常見的植物有狐茅，早熟朱等。

2 氣 象

烏溝位于巴里坤縣境內(nèi)，地處歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，氣候干燥，屬典型溫帶大陸性冷涼氣候，區(qū)域內(nèi)的氣候寒冷，四季界限不明顯，只有冷暖之分，光照充足，熱量不足，春、秋季天氣變化無常，時(shí)有寒潮和冷空氣入侵，出現(xiàn)大風(fēng)降溫、降雪天氣，冬季多風(fēng)、有積雪且寒冷。

在烏溝流域西部約50km處的巴里坤縣城有國家氣象站巴里坤氣象站，氣象站海拔高度1638.5m， 有1957-2009年的氣象實(shí)測(cè)資料，資料系列長，代表性好，精度高。由于烏溝流域地處巴里坤縣境內(nèi)，因此，選用巴里坤氣象站為本次分析計(jì)算的氣象參證站。

2.1 氣溫

據(jù)巴里坤氣象站資料統(tǒng)計(jì)，多年平均氣溫1.7℃，多年平均月最低氣溫-17.9℃，發(fā)生在1月，多年平均月最高氣溫17.7℃，發(fā)生在7月，歷年極端最高氣溫34.8℃，歷年極端最低氣溫-43.6℃，年月平均氣溫見表1。

表1 巴里坤氣象站年、月平均氣溫表 ℃

2.2 降水

根據(jù)紅山口站1980—1988年降水資料統(tǒng)計(jì)，紅山口站年降水量306.5mm，降水量的年內(nèi)分配不均勻，連續(xù)最大四個(gè)月降水量出現(xiàn)在6-9月，占年降水量的67.9%，其中夏季降水量最多，占年降水量的55.6%；其次為春、秋季，分別占年降水量的19.5%和20.2%；冬季降水量最少，占年降水量的4.7%，最大年降水量377.9mm(1984年)，最小年降水量201.0mm(1985年)，最大年降水量與最小年降水量的比值為1.9倍，歷年最大月平均降水量69.5mm(6月)，占年降水量的22.7%，歷年最小月平均降水量3.3mm(1月)，占年降水量的1.1%。

2.3 風(fēng)

根據(jù)巴里坤氣象站觀測(cè)資料，多年平均風(fēng)速2.7m/s，風(fēng)向以東風(fēng)為主，多年平均最大風(fēng)速20.0m/s，瞬間最大風(fēng)速32.0m/s，風(fēng)速的季節(jié)變化以春季最大，夏季次之，冬季最小。

2.4 凍土深度

根據(jù)《巴里坤縣農(nóng)業(yè)區(qū)劃》記載，巴里坤縣城每年10月下旬出現(xiàn)初冰，次年4月中下旬融冰。土壤解凍期一般在5月份，多年最大凍土深度253cm。

3 徑 流

3.1 徑流組成

烏溝引水渠首位于出山口處，徑流補(bǔ)給類型為混合型補(bǔ)給。徑流主要來源于冰雪融水和大氣的降水。每年5—6月隨著氣溫的回升，徑流主要是融雪水補(bǔ)給，補(bǔ)給量的多少由前期積雪量的大小和春季氣溫的變化而定。根據(jù)調(diào)查、訪問和巴里坤縣水電局提供的情況，烏溝流域冬季1—3月、11—12月河流封凍，4月和10月個(gè)別年份有少量的水，冬季因河流封凍而斷流。

3.2 參證站選用

1999年汛期,為配合烏溝水庫的修建,保證可研的設(shè)計(jì)要求,5月28日在烏溝設(shè)立專用水文站開始水位、流量、泥沙、水溫、氣溫、降水、蒸發(fā)等項(xiàng)目的觀測(cè),并同時(shí)在小溝開始巡測(cè)，到目前為止,已有完整的6—8月實(shí)測(cè)資料。

故鄉(xiāng)河發(fā)源于東天山哈爾里克山南坡，是哈密天山南坡水量較大的一條河流，故鄉(xiāng)河、烏溝流域雖然發(fā)源于不同山脈，但地形條件、徑流補(bǔ)給類型較相似，白吉水文站資料精度可靠，是哈密地區(qū)水文站徑流量、洪水的代表站之一。

根據(jù)以上分析，可以選用白吉站作為本次分析計(jì)算及資料插補(bǔ)延長的主要參證站。

3.3 成果合理性分析

選用的參證站白吉站，為國家基本水文站，由哈密水文水資源勘測(cè)局工作人員駐測(cè)，按照SL58—93《水文普通測(cè)量規(guī)范》、《流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》、SL247—1999《水文資料整編規(guī)范》進(jìn)行測(cè)驗(yàn)與整編，成果經(jīng)水文局站網(wǎng)處復(fù)審驗(yàn)收后，刊入水文年鑒。

由于參證站白吉站所在流域與烏溝流域上游都有冰川，徑流補(bǔ)給相似，都是由冰雪融水、夏季降雨及泉水補(bǔ)給，且白吉站年徑流系列長，精度高。又由于紅山口站所在流域與烏溝流域相近，流域上游都有冰川，徑流補(bǔ)給相似，且同位于巴里坤山北坡，同處在降水量相對(duì)較豐沛的區(qū)域，年內(nèi)來水5—8月相對(duì)較多，其它月份相對(duì)較少，因?yàn)榧t山口站僅有9a實(shí)測(cè)徑流資料，系列相對(duì)比較短，年內(nèi)分配選用同一區(qū)域的紅山口站進(jìn)行分配，烏溝設(shè)計(jì)年徑流量參數(shù)選用白吉站為參證站，供設(shè)計(jì)單位選用。

4 洪 水

4.1 洪水類型

烏溝流域地處東天山末端，巴里坤山北坡，洪水類型可分為：①季節(jié)性融雪洪水；②暴雨洪水；③暴雨融冰雪混合型洪水。

烏溝的洪水主要來自暴雨洪水和融雪洪水，由于流域面積小，積雪量少，融雪洪水一般不大。但在夏季，當(dāng)強(qiáng)大的低值天氣系統(tǒng)過境時(shí)，可出現(xiàn)暴雨洪水。暴雨洪水多發(fā)生在夏季的6—7月，以7月最多，而且天山山區(qū)易形成局地性的大暴雨。

4.2 施工期設(shè)計(jì)洪水

根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，施工期在4—10月份，設(shè)計(jì)洪水與年設(shè)計(jì)洪水一致，所以施工期設(shè)計(jì)洪水可采用同一成果，施工期不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量見表2。

表2 施工期不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量成果表

5 泥 沙

5.1 泥沙來源

烏溝、小溝河床主要有卵石組成，河槽中大漂石隨處可見，兩岸坡面植被較好，但土層較薄，由于河流比降大，洪水對(duì)坡面的沖刷是河流泥沙的主要來源。

5.2 泥沙估算

設(shè)計(jì)流域年輸沙量為懸沙與推沙之和，計(jì)算烏溝懸移質(zhì)輸沙量為0.53×104t，推移質(zhì)輸沙量為0.795×104t，總的輸沙量為0.6095×104t見表3。

表3 烏溝輸沙量計(jì)算成果表

5.3 泥沙成果合理性分析

由于設(shè)計(jì)流域無泥沙資料，哈密地區(qū)唯有榆樹溝水文站有實(shí)測(cè)3a推移質(zhì)輸沙量資料，所以采用長短系列訂正法推求出榆樹溝水文站多年平均推移質(zhì)輸沙量，直接移用榆樹溝的推沙侵蝕模數(shù)，由于集水面積與比降的差異，采用水文比擬法進(jìn)行推算出成果較小，比例系數(shù)法主要考慮推移質(zhì)輸沙量與懸移質(zhì)輸沙量之間關(guān)系，認(rèn)為工程場(chǎng)址處多年平均推移質(zhì)輸沙量采用比例系數(shù)法計(jì)算成果較為合理。但由于烏溝河道比降大，推移質(zhì)數(shù)量較大，但沒有實(shí)測(cè)資料驗(yàn)證。所以，推求的泥沙成果僅供設(shè)計(jì)單位參考。

6 冰 情

冰情是河流冬季獨(dú)特的水文現(xiàn)象之一，是許多水文因素和地區(qū)特性的綜合表現(xiàn)，河流結(jié)冰與氣溫、河水補(bǔ)給源、河道縱坡、水質(zhì)和水深等有密切的關(guān)系。氣溫出現(xiàn)負(fù)值之后，水的冷凝便開始，水溫也向零度過度，當(dāng)水溫高于氣溫時(shí)，水體內(nèi)儲(chǔ)熱不斷地經(jīng)水面向空中散失，當(dāng)水溫趨近0.2℃時(shí)，河道開始出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，岸冰生成之后，河內(nèi)逐漸流冰(行凌)，隨冰花或冰塊的數(shù)量增加和堆積，便形成冰蓋，而后部分甚至全河封凍。至春季氣溫回升，河道冰凌解融。

7 水 質(zhì)

7.1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的信息

2014年10月29日哈密水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心在巴里坤縣烏溝渠首處取樣分析，監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本情況見表4。

表4 烏溝渠首處水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息表

7.2 天然水化學(xué)特征分析

河流的天然水質(zhì)隨氣候、徑流、地質(zhì)等因素的變化而呈現(xiàn)明顯的地帶性分布規(guī)律，是各種自然因素相互作用的產(chǎn)物。通常以水體中溶解的離子總量(礦化度)和主要離子之間比值大小關(guān)系(水化學(xué)類型)作為描述水體的天然特征。

7.2.1 評(píng)價(jià)參數(shù)的選取

水化學(xué)類型分析評(píng)價(jià)參數(shù)選取礦化度、總硬度、鈣、鎂、鉀、鈉、氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽、重碳酸鹽等10項(xiàng)。采用阿廖金分類法劃分水化學(xué)類型，見表5。

7.2.2 分析結(jié)果

巴里坤縣烏溝pH為8.1，水質(zhì)偏堿性，礦化度為294mg/L；總硬度為91.0mg/L；水化學(xué)類型為重碳酸鹽，鈣組，Ⅰ型水，天然水質(zhì)優(yōu)良。

表5 烏溝渠首處天然水化學(xué)參數(shù)及類型統(tǒng)計(jì)表 mg/L

[1]張昕.新疆哈密地區(qū)河川徑流變化特征及影響因素[D].西安：西北師范大學(xué)，2014.

[2]高建芳，駱光曉.氣候變化對(duì)新疆哈密地區(qū)河川徑流的影響分析[J].冰川凍土，2009，31(04)：748-758.

1007-7596(2017)04-0125-03

2017-03-05

高照(1968-)，男，陜西咸陽人，工程師。

P

B