新疆白楊河流域阿克蘇河水文特性分析

(新疆烏魯木齊水文勘測(cè)局，新疆 烏魯木齊 830000)

新疆白楊河流域阿克蘇河水文特性分析

徐東斌

(新疆烏魯木齊水文勘測(cè)局，新疆 烏魯木齊 830000)

根據(jù)新疆白楊河流域阿克蘇河大量實(shí)測(cè)資料，對(duì)該地區(qū)以及阿克蘇河流域降水、蒸發(fā)、徑流、泥沙、暴雨洪水、冰情等重要項(xiàng)目的水文特性進(jìn)行了具體分析，初步歸納出各種水文特性的變化規(guī)律，對(duì)重新進(jìn)行水資源配置，解決用水矛盾，管理好流域水資源具有一定的參考價(jià)值。

阿克蘇河； 水文特性； 降水；徑流；洪水

1 流域自然概況

1.1 水文地質(zhì)

阿克蘇河位于黑溝東側(cè)，高崖子溝西側(cè)，三溝均為達(dá)坂城白楊河的支流，屬新疆白楊河水系。阿克蘇河發(fā)源于博格達(dá)峰南麓，北南流向，流域形狀呈扇形，河源與博格達(dá)山南坡冰川相連。據(jù)《中國(guó)冰川目錄》2007年統(tǒng)計(jì)，阿克蘇河共有冰川51條，占“三河”流域(黑溝、阿克蘇溝、高崖子溝三條水系)冰川總數(shù)的52.3%，冰川面積為40.41 km2，冰川儲(chǔ)量25.295億 m3，平均雪線高度3 843 m。阿克蘇河渠首斷面位于阿克蘇渠首的上游。斷面以上河長(zhǎng)29.3 km，集水面積351 km2，流域平均高程3 058 m，河道平均坡降53‰，流域平均寬度14.4 km，流域形狀系數(shù)0.41。

阿克蘇河流程短、水量小，坡陡流急。阿克蘇河山口以下的平原區(qū)堆積著較厚的第四系沉積物，且新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，以斷塊升降為基本特征，“三水”轉(zhuǎn)化頻繁。由于受盆地內(nèi)水文地質(zhì)條件影響，山區(qū)地表水在運(yùn)移過(guò)程中滲漏較大，地表水、地下水多次轉(zhuǎn)化，穿越達(dá)坂城盆地，在達(dá)坂城區(qū)東南以泉水形成復(fù)出，匯入白楊河。河水除達(dá)坂城區(qū)引用外，大部分水量越過(guò)天山峽口，沿白楊河峽谷東南蜿蜒流出境外，經(jīng)托克遜縣最終注入艾丁湖。

1.2 地形地貌

阿克蘇河屬柴窩堡凹地東段。流域三面環(huán)山，西面開(kāi)闊呈半封閉狀態(tài)；北為博格達(dá)山，山體高大、奇峰峻嶺，主脊在4 000 m以上，博格達(dá)峰5 445 m是東天山的最高峰；南面為天格爾山，山脊高度一般在3 000 m左右；流域南、北兩側(cè)均為強(qiáng)烈上升的褶皺斷塊山地，中間為中新生代斷陷盆地，盆地底面海拔1 100 m左右，由北部山區(qū)的博格達(dá)峰至盆地底部，垂直高差達(dá)4 000 m以上；東南部為中低山區(qū)，山體較低，坡度相對(duì)較緩，白楊河沿東南方向在峰巒疊嶂中切開(kāi)一條豁口(峽口)，峽口像簸箕口向西北敞開(kāi)，流域地勢(shì)總體上是北高南低。

1.3 土壤植被

阿克蘇流域山前平原發(fā)育著地帶性土壤，在洪積—沖積扇下部土壤較厚處，分布有班塊狀或環(huán)狀的農(nóng)田，是農(nóng)牧區(qū)形成為旱耕栗鈣土和灌耕栗鈣土、棕鈣土；洼地有水成土壤和鹽漬土壤，主要是沼澤土、草甸土和鹽漬土，植被多為草甸；而在山地有垂直帶分異的土壤、植被，以博格達(dá)山南坡為例，土壤、植被垂直分帶規(guī)律十分明顯，自下而上可分為以下幾個(gè)自然帶。

1.4 氣侯

達(dá)坂城區(qū)地處歐亞大陸腹地，屬溫帶大陸性干旱和半干旱氣候。其主要特點(diǎn)是：降水量少，蒸發(fā)能力強(qiáng)，日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)；冬季寒冷，夏季炎熱，春秋兩季不甚明顯，年較差及晝夜溫差大，具有寒熱多變的典型大陸性氣候特征。該地在西風(fēng)環(huán)流影響下，成為吐鄯托盆地氣流交換的主要通道，準(zhǔn)噶爾盆地與吐鄯托盆地的氣壓和溫度通過(guò)這條通道來(lái)調(diào)節(jié)，多年風(fēng)力強(qiáng)勁，是著名的“風(fēng)區(qū)”。根據(jù)達(dá)坂城氣象站氣象觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)成果，多年平均氣溫8.8℃，7月平均氣溫26.4℃，1月平均氣溫-10.6℃，氣溫年較差42.9℃，日平均氣溫穩(wěn)定超過(guò)20℃的天數(shù)長(zhǎng)達(dá)105 d，日最高氣溫≥35℃的酷署期長(zhǎng)達(dá)100 d，極端最高氣溫37.5℃，極端最低氣溫-40℃，≥10℃積溫為5 334.9℃，日較差13℃。

2 流域水文特性分析

2.1 降水分析

2.1.1 水汽來(lái)源

阿克蘇河流域遠(yuǎn)離海洋，大氣中的水汽主要源于北冰洋、印度洋，部分受大西洋濕氣的影響。流域地處歐亞腹地，四周高山環(huán)繞，能夠輸送到流域的主要?dú)饬鱽?lái)自西面的大西洋緯向環(huán)流和西伯利亞的干冷反汽旋環(huán)流，經(jīng)西北部額爾齊斯河谷及西部伊犁河谷翻越天山進(jìn)入流域。由于盆地地勢(shì)低洼，氣流處于下沉增溫狀態(tài)，不宜形成云雨，故降水稀少。北部中高山區(qū)地勢(shì)較高，氣流處于上升冷卻狀態(tài)，容易形成降水，成為流域水資源的主要補(bǔ)給來(lái)源。

2.1.2 降水量計(jì)算

阿克蘇河出山口處雨量站實(shí)測(cè)多年平均降水量135 mm，距出山口35 km達(dá)坂城氣象站實(shí)測(cè)多年平均年降水量70 mm。統(tǒng)計(jì)白楊河流域及周邊雨量站點(diǎn)資料，以實(shí)測(cè)資料為依據(jù)，同時(shí)參考周邊降水觀測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)趨勢(shì)繪制白楊河流域1956—2014年年降水量等值線圖。依據(jù)繪制的烏魯木齊市降水量等值線圖量算，得到阿克蘇河流域山區(qū)和平原區(qū)降水量(見(jiàn)表1)。

表1 阿克蘇河流域降水量成果表

表2 阿克蘇河渠首年徑流量計(jì)算成果表(頻率計(jì)算法)

2.2 徑流分析

阿克蘇河的徑流補(bǔ)給來(lái)源于3個(gè)方面，即冰川融雪水、降水、地下水補(bǔ)給，反映出的水文特征，則主要是降水與冰川融水補(bǔ)給為主的河流。多年平均徑流量0.839 6億 m3，最大徑流量1.028億 m3(2001年)，最小徑流量0.606 9億 m3(1983年)，豐枯比為1.69，年徑流變差系數(shù)為0.16(見(jiàn)表2)。

依據(jù)白楊河流域及周邊國(guó)家基本水文站資料為主要控制點(diǎn)，有短期資料的水文站為一般點(diǎn)，調(diào)查河流資料為參考點(diǎn)。根據(jù)技術(shù)大綱要求，繪制白楊河流域1956—2014年年徑流深等值線圖。依據(jù)烏魯木齊市徑流深等值線圖量算，得到阿克蘇河流域分區(qū)山區(qū)和平原區(qū)徑流量(見(jiàn)表3)。

表3 阿克蘇河流域分區(qū)徑流量成果表

徑流的年內(nèi)分配主要與徑流的補(bǔ)給來(lái)源有關(guān)，阿克蘇河徑流的年內(nèi)分配極不均勻，水量集中于夏季6—8月。徑流的實(shí)測(cè)系列統(tǒng)計(jì)表明，最大月平均徑流出現(xiàn)在7月或8月，平均占年徑流量的25.1%～32.1%；連續(xù)最大4個(gè)月徑流量(6—9月)占年徑流的比例占79.3%，最小月徑流量阿克蘇溝多出現(xiàn)在4月份(見(jiàn)表4)。

表4 阿克蘇河徑流年內(nèi)分配表

2.3 洪水分析

2.3.1 洪水類型與成因

洪水的成因和類型與影響洪水的因素密不可分，而影響洪水的因素是錯(cuò)綜復(fù)雜的，阿克蘇河的洪水成因主要是冰川融水和暴雨洪水。洪水類型有消融型洪水、暴雨洪水及暴雨與消融混合型洪水，這與周緣的一些流域，特別是烏魯木齊河、煤窯溝有共同之處，尤其像1996年大范圍的雨雪混合型洪水，它們有著同步性，因?yàn)樾纬纱髿饨邓乃麃?lái)源是一致的。(1)消融型洪水。阿克蘇河發(fā)源于博格達(dá)峰南坡高山帶，這里降水量較豐沛，因而每當(dāng)夏季氣溫連續(xù)上升，便出現(xiàn)消融型洪水。這類洪水的主要特征是日變化明顯，對(duì)于某個(gè)固定斷面，峰谷出現(xiàn)時(shí)間較有規(guī)律；此類洪水與氣溫變化、冰川面積、積雪變化情況等有密切的關(guān)聯(lián)性，一般融雪(冰)型洪水規(guī)模小。其特點(diǎn)表現(xiàn)為洪峰不高，洪量隨著洪峰的增大而增加。(2)暴雨型洪水。博格達(dá)山位于西風(fēng)帶，主要影響其降水的是西北氣流，據(jù)中科院考察：由于渦動(dòng)氣流的影響，博格達(dá)峰南坡降水不少于北坡，且集中于夏季，因而夏季常出現(xiàn)暴雨洪水。暴雨型洪水的主要特征是峰高量小歷時(shí)短，漲率大，峰現(xiàn)時(shí)間不固定，洪水常挾帶大量懸移質(zhì)和漂浮物。(3)暴雨與消融混合型洪水。暴雨與消融混合型洪水多發(fā)生在夏季6、7、8三個(gè)月，因?yàn)楦邷靥鞖馀c大降水都集中于夏季。近期最典型的是發(fā)生在1996年7月19日大洪水，阿克蘇河最大洪峰流量為213 m3/s，位于巡測(cè)與調(diào)查洪水資料之首。(4)洪水成因。1996年7月19日大洪水前，沿天山一帶氣溫高，4 000 m高空氣溫增溫迅速，促使高山區(qū)大面積冰雪融化，導(dǎo)致河水上漲，基流增加，同時(shí)受中亞低渦的影響，出現(xiàn)大范圍的降水，達(dá)坂城氣象站24h降水量達(dá)78.9mm，超過(guò)其多年平均年降水量，使河水猛漲，出現(xiàn)暴雨融雪(冰)混合型洪水。該類洪水的特證是在有規(guī)律的冰川融水基礎(chǔ)上疊加一個(gè)尖瘦的暴雨洪峰，峰高量大，歷時(shí)較長(zhǎng)，漲勢(shì)迅猛，突發(fā)性強(qiáng)，常構(gòu)成洪水災(zāi)害。

2.3.2 歷史洪水及災(zāi)害

由烏魯木齊市達(dá)坂城區(qū)林業(yè)水務(wù)局和烏魯木齊水文勘測(cè)局對(duì)達(dá)坂城區(qū)歷史洪水災(zāi)害基本情況進(jìn)行整理。1996年7月19日到21日，達(dá)坂城白楊河及各支流發(fā)生了一場(chǎng)罕見(jiàn)的洪水。洪水摧毀渠道，淹沒(méi)農(nóng)田房舍，沖斷鐵路公路。7月20日凌晨白楊河鐵路大橋被洪水沖垮，交通大動(dòng)脈蘭新鐵路被迫中斷近8 d；314國(guó)道后溝段被洪水淹沒(méi)，嚴(yán)重影響南北疆及區(qū)內(nèi)外公路運(yùn)輸達(dá)數(shù)月之久；正在施工中的吐烏大高等級(jí)公路后溝段受到嚴(yán)重破壞，部分路段不得不修改設(shè)計(jì)，重新施工。這次洪水災(zāi)害造成了巨大的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。1996年的這場(chǎng)洪水給達(dá)坂城區(qū)造成巨大損失。其中高崖子、阿克蘇、黑溝、三個(gè)山等引水樞紐水毀嚴(yán)重，導(dǎo)流壩、溢洪壩(溢洪道)被毀，渠道全部被泥沙淤填。據(jù)統(tǒng)計(jì)全區(qū)干渠被沖毀9.3 km，防洪支渠被沖毀25.8 km，防洪工程中總長(zhǎng)4 467 m的防洪壩、14 km的鐵絲壩和32 km沙石壩均被毀。供水管道被毀16.2 km，244座溫室被洪水泡塌。

2.3.3 洪水計(jì)算

本次選用阿克蘇河渠首斷面插補(bǔ)后 1980—2014年35年連續(xù)實(shí)測(cè)洪峰流量資料，根據(jù)國(guó)家水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水利水電工程水文計(jì)算規(guī)范》(SL278-2006)的要求，采用頻率分析法對(duì)阿克蘇河渠首斷面資料進(jìn)行設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算。

根據(jù)阿克蘇河渠首斷面1980-2014年35年插補(bǔ)連續(xù)洪峰流量系列資料，查詢了阿克蘇河渠首歷史上有關(guān)大洪水的資料，阿克蘇河渠首1996年特大洪水排為序列之首。所以本次計(jì)算1996年阿克蘇河渠首洪峰流量為213m3/s，為1972年阿克蘇渠首建成以來(lái)最大的一場(chǎng)洪水，重現(xiàn)期44年，在洪水計(jì)算中將這次洪水作為特大值處理，按不連序系列進(jìn)行計(jì)算。在運(yùn)用矩法對(duì)系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)估算的基礎(chǔ)上，用適線法選配P-Ⅲ型頻率曲線，推算阿克蘇河渠首設(shè)計(jì)洪峰流量，計(jì)算成果詳見(jiàn)表5。

表5 阿克蘇河渠首洪峰流量統(tǒng)計(jì)參數(shù)及成果表(頻率計(jì)算法)

阿克蘇河多年平均洪峰流量52.1 m3/s，最大洪峰流量213 m3/s發(fā)生在1996年；最小洪峰流量11.0 m3/s，發(fā)生在1980年，最大洪峰流量與最小之比為19.4，洪峰流量變差系數(shù)為1.0。

2.4 泥沙分析

選用與阿克蘇河相鄰、且同屬一個(gè)氣候區(qū)的阜康白楊河水文站作為參證站，通過(guò)對(duì)其1979-2014年36年完整的實(shí)測(cè)懸移質(zhì)泥沙資料進(jìn)行白楊河懸移質(zhì)泥沙特征的分析，以其估算阿克蘇河渠首斷面多年泥沙特征。

由此輸沙模數(shù)估算得阿克蘇河渠首斷面多年平均懸移質(zhì)泥沙輸沙量分別5.14萬(wàn) t。阿克蘇河屬山區(qū)河流，且河道坡降較大，根據(jù)流域?qū)嶋H情況、適用條件與范圍，阿克蘇河β取值0.25，阿克蘇河渠首斷面推移質(zhì)多年平均輸沙量分別為1.29萬(wàn) t。則估算出阿克蘇河渠首斷面年輸沙總量分別為6.43萬(wàn) t。

2.5 冰情分析

參照臨近河流冰情特性分析，阿克蘇河最早開(kāi)始結(jié)冰日期為1984年9月30日；最早開(kāi)始解凍日期為1970年2月3日；最早開(kāi)始流冰日期為1970年11月13日；最早開(kāi)始封凍日期為1996年11月14日；最晚開(kāi)始解冰日期為1992年3月25日；最晚終止流冰日期為1985年5月14日；最晚全部融冰日期為1979年4月14日，全年封凍天數(shù)最長(zhǎng)為114d，出現(xiàn)在1970年11月21日—1971年3月15日。根據(jù)觀測(cè)、調(diào)查和訪問(wèn)阿克蘇河未出現(xiàn)過(guò)“冰塞”和“冰壩”現(xiàn)象。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，烏魯木齊市達(dá)坂城區(qū)發(fā)展快，本文對(duì)新疆白楊河流域阿克蘇河的降水、徑流、洪水、泥沙、冰情等進(jìn)行了分析，通過(guò)水文特性分析及時(shí)掌握阿克蘇河及白楊河流域地表水資源，重新進(jìn)行水資源配置，解決用水矛盾，管理好白楊河流域水資源。把握好白楊河流域地表水資源量及其變化規(guī)律，對(duì)烏魯木齊、托克遜兩地地表水資源可持續(xù)利用研究和對(duì)兩地防汛減災(zāi)、合理開(kāi)發(fā)利用水資源有重要意義。

[1]烏魯木齊市達(dá)坂城區(qū)阿克蘇河渠首除險(xiǎn)加固工程水文分析計(jì)算.烏魯木齊水文水資源勘測(cè)局.2013.3.

[2]水利長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局.水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范(SL44-2006)[M].中華人民共和國(guó)水利部. 北京，中國(guó)水利電力出版社出版. 2006.

[3]水資源評(píng)價(jià)導(dǎo)則(SL/T238-1999)[M].中華人民共和國(guó)水利部發(fā)布.

[4]烏魯木齊市達(dá)坂城區(qū)“三河”流域水資源及工程水文分析計(jì)算 烏魯木齊水文水資源勘測(cè)局.2004.3.

P333

B

1004-1184(2017)06-0179-03

2017-08-14

徐東斌(1968-)，男，陜西西安人，助理工程師，主要從事水文測(cè)驗(yàn)和工程水文分析計(jì)算等工作。