新疆伊吾河水資源特征及懸移質(zhì)輸沙量分析

高照

（新疆維吾爾自治區(qū)哈密水文勘測局，新疆哈密839000）

新疆伊吾河水資源特征及懸移質(zhì)輸沙量分析

高照

（新疆維吾爾自治區(qū)哈密水文勘測局，新疆哈密839000）

伊吾河為典型的干旱區(qū)內(nèi)流河，水資源特征以及河流輸沙量的研究較為薄弱，選取伊吾河為研究對象，對其徑流狀況與懸移質(zhì)泥沙進(jìn)行研究。通過整理對比葦子峽水文站和白吉水文站1976年～2005年的水文資料，發(fā)現(xiàn)伊吾河在1990年以前為枯水年段，1990年以后為豐水年段。通過借用頭道溝、故鄉(xiāng)河、榆樹溝三處水文站的泥沙觀測資料，采用輸沙模數(shù)法推求伊吾河年輸沙量為4.04萬t，推移質(zhì)輸沙量為0.61萬t。

伊吾河；水資源；懸移質(zhì)；輸沙量；分析

1 流域概況

伊吾河流域位于哈密地區(qū)伊吾縣境內(nèi)，地處天山山脈東段，哈爾里克山北坡，東與代爾昆代郭勒溝相接，西與吐爾干溝相連，南面以哈爾里克山山脊線為界，北部為流域下游晚熟哈密瓜基地淖毛湖鎮(zhèn)[1-2]。由大白楊溝、科托溝、小白楊溝、忍達(dá)溝、塔什克其克、庫木克其克、納衣塔克等支流組成，河流由南向北橫貫伊吾縣，流經(jīng)中低山丘陵區(qū)的山間谷地，最終流向北部淖毛湖盆地，河流全長104.6km[1]。伊吾河為典型的干旱區(qū)內(nèi)流河，水資源特征以及河流輸沙量的研究較為薄弱，本文選取伊吾河為研究對象，對其徑流狀況與懸移質(zhì)泥沙進(jìn)行研究。

2 伊吾河徑流分析

2.1 徑流組成

伊吾河峽溝水庫位于伊吾山間盆地，入庫徑流為伊吾河河道的地表水量。徑流主要由冰雪融水、夏季降雨及泉水組成，徑流主要形成在中上游山區(qū)。其中在4～6月主要為融雪水補(bǔ)給，7～9月以融冰雪水與夏季降雨補(bǔ)給。每年10月至次年3月徑流量以泉水補(bǔ)給為主[3]。由于地下水補(bǔ)給權(quán)重相對較大，徑流的年內(nèi)分配比較均勻，連續(xù)最大四個月（5～8月）徑流量占年徑流量的43.2%左右。

2.2 葦子峽水文站的年徑流分析

分析葦子峽水文站天然年徑流系列有無代表性，本文借用1976～2005年白吉站與葦子峽水文站天然年徑流長系列進(jìn)行對比分析。平均徑流量與多年平均徑流量的比值K見表1。

根據(jù)繪制的白吉站1956～2005年年徑流量差積曲線，如圖2所示，1956～1961年為豐水年段；1962～1970年為枯水年段；1971～1984年為豐水年段；1981～2005年為平偏豐水年段。

表1 不同豐枯時段比較表

圖1 葦子峽站年徑流量差積曲線

圖2 白吉站年徑流量差積曲線

3 泥沙分析

伊吾河流域內(nèi)無長期泥沙觀測資料，河流泥沙主要來自暴雨洪水和融雪洪水對表面土壤的侵蝕以及河槽本身的沖刷。流域高山區(qū)冰雪融水區(qū)及中低山區(qū)降水匯流帶，由于河流縱坡較大，植被較差。表層巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，干燥的剝蝕山體較為普遍，河流運(yùn)行區(qū)間穿過伊吾河沖積平原，伊吾河谷堆積著巨厚的第四紀(jì)松散沉積物，沙礫石層、粘質(zhì)沙土及粉砂。

3.1 泥沙基本概況

伊吾河葦子峽水文站于2004年5月增加懸移質(zhì)泥沙觀測項(xiàng)目，只有兩年實(shí)測懸移質(zhì)泥沙資料，可供本次泥沙分析?？紤]到伊吾河流域內(nèi)懸移質(zhì)泥沙站點(diǎn)太少，為分析推算伊吾河流域的含沙量、輸沙量及其時空分布情況。本次分析借用哈爾里克山南坡有實(shí)測懸移質(zhì)泥沙資料的頭道溝、故鄉(xiāng)河、榆樹溝三處水文站的泥沙觀測資料進(jìn)行分析。

3.2 懸移質(zhì)輸沙量的估算

（1）流域侵蝕模數(shù)法

侵蝕模數(shù)[4]就是流域單位面積上每年的產(chǎn)沙總量，多年平均懸移質(zhì)侵蝕模數(shù)可由下式求得：

式中：MMs為多年平均懸移質(zhì)侵蝕模數(shù)（T/km2）；F為流域面積（km2）；為年平均懸移質(zhì)輸沙量（t）；

依據(jù)《新疆地表水資源》懸移質(zhì)多年平均侵蝕模數(shù)分區(qū)資料[2]，伊吾河流域懸移質(zhì)侵蝕模數(shù)在10～50t/km2之，又據(jù)哈密地區(qū)哈爾里克山南坡頭道溝、白吉、榆樹溝水文站多年平均輸沙模數(shù)為61.4t/km2，葦子峽水文站2004～2005年年平均輸沙模數(shù)為43.2t/km2，因系列太短，沒有采用。本次計(jì)算取伊吾河流域輸沙模數(shù)的上限值Ms＝50t/km2。已知峽溝壩址以上集水面積808.7km2，代入（1）求得峽溝壩址處多年平均懸移質(zhì)輸沙量為4.04萬t。

（2）水文比擬法

由于伊吾河流域缺乏泥沙實(shí)測資料，因此，選擇故鄉(xiāng)河白吉站為參證站。白吉站地處哈爾里克山南坡，分水嶺以北為伊吾鹽池牧場。該流域集水面積431 km2，冰川面積13.36 km2，河槽平均比降53.7‰。流域內(nèi)地層由泥盆系和華力西期花崗巖類組成，土壤由高山和亞高山草甸土，山地粟鈣土和山地棕色荒漠土組成，生長植物有高山草甸，沙生針茅，鹽蓬荒漠，麻黃等，植被較差，多年平均輸少量2.74萬t（1985～2005年），由于兩個流域的自然地理特征比較相似，因而可以直接移用故鄉(xiāng)河的侵蝕模數(shù)（Ms＝63.6 t/km2）作為伊吾河峽溝壩址以上流域的侵蝕模數(shù)，將故鄉(xiāng)河的選用參數(shù)代入（2）：

求得峽溝壩址處多年平均懸移質(zhì)年輸沙量為5.14萬t。[3]

采用葦子峽水文站2004～2005年實(shí)測值，年平均輸沙量4.59萬t，兩個流域同處一個氣候區(qū)內(nèi)，自然地理特征相似，因此可以直接移用葦子峽水文站的侵蝕模數(shù)Ms＝43.2t/km2作為伊吾河峽溝壩址以上流域的侵蝕模數(shù)，將葦子峽的選用參數(shù)代入（2），推求出求得峽溝壩址處多年平均懸移質(zhì)年輸沙量為3.49萬t。

（3）經(jīng)驗(yàn)公式法

根據(jù)蘇聯(lián)波萊柯夫公式：

式中，ρ為多年平均含沙量（kg/m3）；J為流域平均比降（‰）；α為侵蝕系數(shù)，它與流域的沖刷程度有關(guān)，擬定時可參考下列數(shù)值：沖刷劇烈的區(qū)域，α＝6～8；沖刷中等的區(qū)域，α＝2～6；沖刷輕微的區(qū)域，α＝1～2；沖刷極微的區(qū)域，α＝0.5～1.0[4]。

表2 榆樹溝站推～懸比例系數(shù)表

關(guān)于式中α的取值參考哈密地區(qū)哈爾里克山南坡頭道溝、白吉、榆樹溝水文站實(shí)測多年平均均懸移質(zhì)含沙量（1986～2005年）和河流比降J所求的侵蝕系數(shù)，結(jié)合伊吾河流域自然地理特征和調(diào)查實(shí)測河流含沙量的情況，取其α＝0.50，利用求積儀量算得峽溝壩址以上流域平均比降J＝38.9‰,代入（3），則求得峽溝壩址多年平均含沙量為1.0 kg/m3，懸移質(zhì)輸沙量為4.79萬t。

3.3 推移質(zhì)輸沙量的估算

（1）比例系數(shù)法

目前對推移質(zhì)來沙量的估算還沒有比較成熟的方法，系數(shù)法的基本理論是推移質(zhì)輸沙量與懸移質(zhì)輸沙量之間具有較嚴(yán)密的線性關(guān)系，此關(guān)系在一定的地區(qū)河道、水文地理?xiàng)l件下相當(dāng)穩(wěn)定，即：

式中，Wb為推移質(zhì)輸沙量（t）；Ws為懸移質(zhì)輸沙量（t）；β為推移質(zhì)輸沙量與懸移質(zhì)輸沙量的比值，β值在一般情況下可參考下列數(shù)值：原地區(qū)河流，β＝0.01～0.05；丘陵地區(qū)河流，β＝0.05～0.15；山區(qū)河流，β＝0.15～0.30[4]。

依據(jù)哈爾里克山南坡榆樹溝水文站1986～1988年實(shí)測推移質(zhì)輸沙量與懸移質(zhì)輸沙量比例系數(shù)表2，伊吾河屬山區(qū)丘陵地帶河流，取β＝0.15，已知Ws＝4.04萬t，代入（4），求得推移質(zhì)輸沙量為0.61萬t。

（2）水文比擬法

根據(jù)榆樹溝水文站觀測的1986～1988年推沙資料及推求的3年平均推移質(zhì)輸沙量0.169萬t，求得榆樹溝推沙侵蝕模數(shù)為5.48t/km2。因榆樹溝和伊吾河同處于一個山體，地貌類型及地質(zhì)構(gòu)造相同，所以直接移用榆樹溝的推沙侵蝕模數(shù)，利用公式（2），求得峽溝壩址處多年平均推移質(zhì)輸沙量為0.44萬t。

4 結(jié)論

與白吉站的年徑流量對比研究表明，伊吾河在1990年以前為枯水年段，1990年以后為豐水年段。葦子峽水文站30年實(shí)測年徑流過程可以代表伊吾河豐、枯水變化過程。

參考不同方法計(jì)算的輸沙量成果，經(jīng)對哈密地區(qū)各水文站的輸沙模數(shù)綜合分析，并參考榆樹溝站推沙資料，由葦子峽水文站2004～2005年實(shí)測泥沙資料推求值與其它各站相差較大，故未采用。懸移質(zhì)輸沙量建議采用侵蝕模數(shù)法推求成果，即年輸沙量為4.04萬t；推移質(zhì)輸沙量采用比例系數(shù)法推求成果，推移質(zhì)輸沙量為0.61萬t。

[1]駱光曉,劉莉.伊吾河流域水文特性分析[J].干旱區(qū)地理(漢文版), 1999,22(1):47-52.

[2]劉虹.新疆伊吾河流域水文水資源分析[J].黑龍江水利科技,2012,40 (8):42-44.

[3]高照.從伊吾河流域徑流量變化分析哈密地區(qū)高山區(qū)冰川消融[J].黑龍江水利科技,2010,38(1):10-12.

[4]黃廷杰,陸彥,陳帥,等.床沙粒徑及級配對非均勻沙起動的影響分析

TV143

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1673-9000（2017）04-0145-02

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高照（1968-），男，漢族，陜西省咸陽人，工程師，主要從事水文水資源工作。