頭道溝河流域地表天然水化學特征及變化趨勢研究

(新疆哈密水文勘測局，新疆 哈密 839000)

1 流域概況

1.1 地理位置

頭道溝水文站位于東天山哈爾里克山南坡，哈密市天山鄉(xiāng)頭道溝村，為區(qū)域代表站，是下游石城子水庫進庫站之一。頭道溝水文站設立于1956年，控制斷面以上集水面積371 km2，河長41.5 km。流域平均高程2 445 m，流域內最高峰海拔3 057 m，流域平均高程2 445 m，平均坡降35.5‰，。全流域無永久冰川，徑流屬基巖裂隙水和融雪降雨補給型。

1.2 地形地貌

流域內的山體主要主要組成為華力西期花崗巖和石灰?guī)r，泥土主要成為高山草甸土、山地栗鈣土和石灰?guī)r剝蝕土組成[1]。山區(qū)中低部的潮濕地區(qū)生長了少許的西伯利亞落葉松和天山云杉，沿河灘有少許野生胡楊樹以及一些耐寒耐旱植物。該流域受寒冷和大風的影響，山體受風化和剝蝕作用十分明顯。

1.3 水文氣象

頭道溝水文站東與故鄉(xiāng)河相鄰、西與南山口流域毗鄰靠近303省道、北側以東天山脊線為界。與故鄉(xiāng)河匯合后統(tǒng)稱為石城子河，水文站控制斷面南側4 km是哈密地區(qū)最大的石城子水庫。主要測驗項目有：水位、流量、懸移質泥沙、降水、蒸發(fā)、水溫、氣溫、冰情、水質等。共有連續(xù)58年(1956～2013年)的實測水文資料。整編資料均經新疆水文水資源局審查刊布，資料精度可靠，達到水利部《水文年鑒編印規(guī)范》標準。是哈密地區(qū)重要的水文、水質監(jiān)測站，承擔著向中央報汛的任務。

1.4 氣溫狀況

區(qū)域內氣溫年較差大，多年年平均氣溫5.4℃，一月最冷，七月最熱；一月份的多年平均氣溫-13.3℃,七月份的多年平均氣溫19.6℃,極端最高氣溫35.9℃(2006年7月)，極端最低氣溫-32.0℃(1967年1月)。 頭道溝水文站氣象要素見表1。

表1 頭道溝站年、月平均氣溫表 ℃

1.5 降水及徑流

降水可分為兩大類，一類是大范圍的降水，此類降水大多降在山區(qū)，雨區(qū)包圍面積大，用時長，能構成較大洪水；例如2007年7月17～19日哈密區(qū)域發(fā)生大范圍降水，頭道溝站16、17、19日降水量達到85.2 mm，7月17日最大洪峰流量達到134 m3/s，是建站以來最大洪水；另一類是局部性大暴雨，這類降水的特點是，雨區(qū)籠罩面積小，歷時短，但強度大，山區(qū)或平原都有發(fā)生的機遇，能小范圍造成洪水災害，破壞性很強。年內分配：按照頭道溝站資料統(tǒng)計，頭道溝站持續(xù)最大4個月(6～9月)降水量占終年降水的76.5%，最大月降水量一般情況下出現在7月，占終年降水的26.8%，最小月降水量一般出現在12月，僅占終年降水的1.0%。頭道溝站降水量四季分配表見表2。

頭道溝河徑流的主要補給源是大氣降水、中低山帶的季節(jié)性積雪消融水和基巖裂隙水[2]，年徑流量的大小主要與夏季的降水量和冬季積雪的大小有關。因為頭道溝流域山體低矮，所以流域內沒有永久積雪和冰川，但中、高山區(qū)在冬、春季節(jié)有積雪，這些積雪在每一年的4～5月份由于氣溫的上升消融，因而頭道溝水文站每年4月、5月都會發(fā)生大小不等的春洪，春洪的大小與前一年降雪量和氣溫變化有關。春洪是頭道溝流域徑流的重要來源之一。

2 水體水化學特征分析

對頭道溝站2006年～2016年的水質監(jiān)測數據進行水化學特征的分析。水化學類型采用阿列金分類法[3]為標準，礦化度和總硬度的評價以《地表水資源質量評價技術規(guī)程》[4](SL395-2007)為標準。

2.1 礦化度

在天然水體中，礦化度一般情況下是指無污染水體中主要陰陽離子，相對于受污染的水體，除水體本身的陰陽離子還代表水體中各種無機鹽類和礦物元素。頭道溝站2006～2016年連續(xù)十年的測驗資料顯示礦化度的范圍在300～401 mg/L之間，屬于較低礦化度。

表2 頭道溝站降水量四季分配表

2.2 總硬度

天然水水體的硬度主要是指水中含有可溶性的鈣鹽和鎂鹽。在天然水中鈣鎂離子的含量與徑流所流經的地質環(huán)境，土壤以及氣候等條件有著密切關系。根據頭道溝站2010～2016年連續(xù)十年的實測資料顯示總硬度在172～218 mg/L之間，評價類別屬于地表水評價標準的軟水。

2.3 水化學類型

通過對頭道溝連續(xù)十年的實測資料進行分析，水體水化學狀況較好，屬于碳酸鹽類Ca組Ⅱ型水，水質基本未受到任何的人為污染。從頭道溝站到石城子水庫，途中沒有任何工業(yè)污染，而且只有少數零星自然村分布，所以水體水質總體變化不大，天然水化學狀況良好，從頭道溝站的2006年～2016年的實測資料分析，天然水體水化學狀況良好，屬于碳酸鹽類Ca組Ⅱ型水，頭道溝站連續(xù)十年的水化學評價結果見表3。

表3 頭道溝水化學特征分析表 mg/L

圖1 2010～2016年頭道溝站礦化度、總硬度變化曲線

3 水化學成分變化趨勢分析

3.1 年際變化分析

頭道溝河流域內沒有任何工業(yè)企業(yè)，沒有化學污染及其他工業(yè)污染，所以對河流水質基本不造成這一方面的影響。對其影響的主要是該流域徑流變化對水體中礦化度、總硬度的影響，徑流補給主要來源是冰雪融水和夏季的直接降水，由于徑流的年際變化不大，所以對評價的指標影響也不大。2006年～2016年頭道溝站礦化度、總硬度年際變化見圖1。

3.2 年內變化分析

河流天然水體水質受水量受季節(jié)性變化影響，所以，總硬度和礦化度呈現出明顯的季節(jié)性變化規(guī)律，通常頭道溝每年4～5月開始氣溫升高，此時會出現融雪性洪水，由于地表植被覆蓋率較低，表層裸露，土壤中碳酸鈣含量較大，加之流域比降較大、流速快，土壤中的無機礦物質成分尚未完全與河水融合，致使水體中總硬度和礦化度含量減??；而隨著氣溫的持續(xù)增高、降雨量的增加，在7～8月之間，總硬度、礦化度到達年內最低值；9月隨著氣溫持續(xù)回落，水量減少，河流流速變緩，總硬度和礦化度會也會隨之發(fā)生變化，最大值一般會出現在11月到次年的3、4月。水化學類型的變化與總硬度、礦化度變化類似，一般情況下汛期為碳酸鹽鈣組Ⅰ型水，非汛期同樣為碳酸鹽鈣組Ⅰ型水，由于上游土壤的構成，水化學類型的變化主要是由于水體中鈣、鎂等離子含量的變化而變化，并且汛期和非汛期水質類別基本保持不變。2016頭道溝站總硬度和礦化度年內變化見圖2。

圖2 2016年頭道溝站總硬度、礦化度年內變化曲線

4 結語

綜合分析評價結果表明，區(qū)域內，水質總硬度、礦化度評價年內、年際變化不大，區(qū)域內近年來并沒有化工業(yè)及其他工礦企業(yè)的生產經營，也就排除了其他化學和物理因素對該區(qū)域水質的影響，所以綜上所述，該區(qū)域水質將維持較長時間的穩(wěn)定狀態(tài)，同時也能滿足該區(qū)域水功能[6]區(qū)各方面用水的需求。

[1]內陸河湖水文資料[G].新疆:新疆維吾爾自治區(qū)水文水資源局.1956-2013.

[2]駱光曉,若孜汗·塔依爾.新疆哈密石城子河流域水文水資源分析[J].干旱區(qū)研究.2008.25(4):478-484.

[3]蔡云標. 哈密市榆樹溝流域地表水天然水化學特征分析[J].新疆水利.2012.(5)：9-11.

[4]中華人民共和國行業(yè)標準. 地表水環(huán)境質量評價標準(HJGB04-2010).中華人民共和國環(huán)境保護部.2011.

[5]中華人民共和國水利行業(yè)標準.地表水資源質量評價規(guī)程(SL395-2007) .中華人民共和國水利部.2007.

[6]中華人民共和國國家標準.水功能區(qū)劃分標準(GB/T50594-2010).中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部、中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.2010.