新疆大河沿子河流域水文資料“三性”及徑流變化特征分析

(新疆博爾塔拉水文勘測局，新疆 博樂 833400)

1 流域概況

1.1 地理位置

大河沿子河位于新疆維吾爾自治區(qū)西北部，天山以北博爾塔拉蒙古自治州南部，大河沿子河?xùn)|臨阿恰勒河，南靠科古琴山，西接賽里木湖，北入博爾塔拉河。沙爾托海水庫位于大河沿子河中游，沙爾托海水文站上游600 m處，沙爾托海水庫地處精河縣西南部，距精河縣城約45 km。沙爾托海水庫壩址以上河長77.4 km，流域面積1 697 km2，流域平均寬度22 km，流域最高點海拔高程約3 000 m，至水庫壩址處河道落差約2 400 m。沙爾托海水庫為攔河式水庫，其主要任務(wù)以灌溉為主，兼顧防洪和工業(yè)供水。

1.2 地形地貌

大河沿子河山區(qū)氣候涼爽，降水豐富，生長有大片天然的雪嶺云杉林等，低山帶禾草繁茂，為優(yōu)良牧場?！段饔蛩烙洝纷髡咝焖赏窘?jīng)此大河沿子河，留有“西山銜日，林莽阻深，促騎叢薄，澗流幽咽”的記敘，是對秋日里夕陽西下，谷中林草茂密，溝峽谷深，道路難行情景的真實寫照。山區(qū)峽谷查汗托哈以下段(阿合峽河匯合口以下)，河床南岸前山帶(海拔2 000 m以下)及北岸喀拉他烏山(海拔最高2 437 m)為荒漠區(qū)，黃土沉積厚，河流含沙量大。大河沿子河流域內(nèi)分布有磷、銅等礦藏，其中磷礦已開采利用。大河沿子河流域垂直分布明顯，海拔3 000 m左右為冰緣作用的中高山帶，高山草甸、草原、森林草原分布；海拔2 500～2 000 m為中山帶，此分帶內(nèi)河流深切、峽谷深溝多，有針葉林、森林草原分布；海拔2 000～1 500 m、1 500～800 m分別為干燥剝蝕、低山丘陵帶，有草原廣泛分布。大河沿子河河流源頭發(fā)育有34條冰川，冰川面積4.17 km2，占水文站以上流域面積的0.25%。海拔2 500 m以上，分布有終年積雪和冰川，海拔800～2 500 m之間，山高林密，植被良好、牧草茂盛，是優(yōu)良的夏季牧場，山地陰坡還生長著以松樹為主的原始森林。

1.3 河流與水系

大河沿子河上游稱庫蘇木且克河；清乾隆年間稱“大河”，河?xùn)|岸有村落名稱“大河沿子”，博爾塔拉河支流，流經(jīng)精河縣和博樂市，沙爾托海水文站以上集水面積1 697 km2，河長78 km。大河沿子河發(fā)源于博羅科努山西段，科古琴山北部，在山區(qū)，河流呈西-東流向。大河沿子河為博爾塔拉河支流，博爾塔拉河最后匯入尾閭湖艾比湖。 大河沿子河源頭位于南北兩山交匯處，翻越源頭海拔2 290 m的隘口，西距賽里木湖僅15 km。河流自西潺潺東流，沿途兩岸匯集了眾多小溪，呈典型的樹枝狀水系。大河沿子河較大的支流有鐵里門薩依、喀克薩依、阿合峽河、托遜能蘇、庫魯鐵列克和蘇勒鐵列克等河溝；其后河流轉(zhuǎn)90°呈南北流向向北流出山口，過沙爾托海水文站至大河沿子鎮(zhèn)最終匯入博爾塔拉河。

2 流域水文站網(wǎng)布設(shè)狀況

大河沿子河先后設(shè)立三臺水文站、大河沿子大橋水文站及沙爾托海水文站三處國家基本水文站，由于其中三臺站和大河沿子大橋站資料年限相對較短，因此，同時選用同屬于一個區(qū)域、產(chǎn)匯流條件相近的精河山口水文站作為參證站，大河沿子大橋水文站、三臺水文站、沙爾托海水文站和精河山口水文站均為國家基本站，測驗項目較齊全。該三站均屬新疆維吾爾自治區(qū)水文局管理，水文資料均按國家行業(yè)規(guī)范與技術(shù)標準進行測驗、整編、刊印，資料可靠，精度較高，資料成果經(jīng)復(fù)核可滿足水文計算對資料的使用要求。各參證站概況見表1。

3 流域水文站徑流資料“三性”分析

3.1 可靠性分析

選用的參證站由新疆自治區(qū)水利廳設(shè)立，為國家基本水文站，其水文測驗規(guī)范，觀測項目較齊全。其水位觀測采用人工觀測和水位計自記方式觀測；流量測驗采用流速儀法、浮標法和比降～面積法測流；其它水文測驗項目及氣象輔助項目均以人工觀測為主。所有的水文測驗和觀測及數(shù)據(jù)整編均符合國家行業(yè)技術(shù)規(guī)范的標準和要求，經(jīng)復(fù)核各參證站水文數(shù)據(jù)無明顯錯誤，數(shù)據(jù)成果可靠，完全可以滿足水文分析計算的要求。

表1 各參證水文站概況一覽表

3.2 一致性分析

各水文站自設(shè)站以來，水文測驗基本斷面未發(fā)生較大的上、下遷移，基本斷面的移動，其間無支流匯入?；緮嗝嬉陨想m然存在引水及人類開發(fā)活動，但水文測驗部門以對其進行了流量控制，故徑流系列一致性較好。

3.3 代表性分析

沙爾托海水文站實測多年平均年徑流量1.340×108m3，最大年徑流量1.817×108m3(出現(xiàn)于2002年)，最小年徑流量0.980 0×108m3(出現(xiàn)于1992年)，最大年與最小年徑流量比差近2倍。

3.3.1 樣本不同時段統(tǒng)計參數(shù)對比分析

取沙爾托海水文站不同時段年徑流量1980～2016年37年；1987～2016年30年；1992～2016年25年；1997～2016年20年；2002～2016年15年；2007～2016年10年6個時段系列，統(tǒng)計其參數(shù)，見表2。從表中可看出，各短系列與1980～2016年37年系列統(tǒng)計參數(shù)對比，短系列的均值一般都較長系列均值偏大，系列時段越長，其與長系列的相對誤差愈小，代表性越好。隨著系列的增長，均值穩(wěn)定性好，Cv值越來越小，系列趨于穩(wěn)定。

3.3.2 系列豐枯變化特性與模比系數(shù)累積曲線分析

采用沙爾托海水文站1980—2016年共計37年年徑流量系列資料，分別用模比系數(shù)差積曲線和模比系數(shù)累積平均曲線對徑流系列代表性進行分析。從圖1中可以看出，當(dāng)徑流系列達到25 a以上時，模比系數(shù)累積平均值已趨近于1，說明徑流系列資料具有一定的代表性。繪制沙爾托海站年徑流量模比系數(shù)差積平均曲線(見圖2)。從圖中可以看出，系列豐、平、枯水期交替出現(xiàn)，說明徑流系列資料具有一定的代表性。

表2 沙爾托海水文站年徑流量長、短系列統(tǒng)計參數(shù)對比表

圖1 沙爾托海站年徑流量模比系數(shù)累積平均曲線

圖2 沙爾托海站年徑流量模比系數(shù)差積曲線

4 流域徑流特征分析

徑流特征及系列的一致性、代表性以具有長系列徑流資料的大河沿子河沙爾托海水文站為參證進行分析、說明。

4.1 年徑流補給組成分析

大河沿子河流域南部山區(qū)海拔3 500 m以上為冰川積雪區(qū)，是各支流的主要發(fā)源地。每年5月中旬，隨著氣候的變化，氣溫驟然回升，零度等溫層抬高，導(dǎo)致高山積雪與冰川消融，形成夏汛，其特征是水量變化幅度大，主要受太陽輻射、氣溫等影響，補給河流具有時續(xù)性。雨水補給河流主要發(fā)生在夏季，根據(jù)沙爾托海水文站歷年洪水資料分析，該流域暴雨洪水，尤其是突發(fā)性暴雨洪水發(fā)生頻次較高，隨機性強，峰高量大，來勢兇猛，往往造成比較大的洪水災(zāi)害。汛期過后即進入平、枯水期，河流主要靠地下水補給。

大河沿子河出山口以上為地表徑流形成區(qū)，出山口后，部分地表徑流在山前傾斜平原區(qū)下滲轉(zhuǎn)化為地下潛流。大河沿子河山前傾斜平原為松散的第四紀沉積物，沉積物質(zhì)顆粒較大，結(jié)構(gòu)松散，膠合較差，有很強的透水性。山麓地帶以北至原國道312線，沉積物質(zhì)由厚逐漸變薄，在傾斜平原與平坦平原過渡帶，地下潛水呈下降泉滲出地表，以自流的形式出露，遂又形成了地表徑流。

4.2 徑流的時空分布

4.2.1 徑流的空間分布

由于受降水和地形影響，與降水地域分布相一致，河川徑流地區(qū)差別較大。空間分布特點亦是山地大于平原，南部大于北部。中高山帶是徑流的高值區(qū)和徑流的主要形成區(qū)，低山丘陵區(qū)、平原地區(qū)是徑流的低值區(qū)和徑流散失區(qū)。沖洪積平原區(qū)年徑流深小于5 mm，出山口以下山前傾斜平原地帶年徑流深5～100 mm，中低山地帶年徑流深100～300 mm，中高山地帶年徑流深大于300 mm。

圖3 大河沿子河沙爾托海水文站徑流量年內(nèi)分配柱狀圖

4.2.2 徑流的年內(nèi)、年際變化

大河沿子河徑流年內(nèi)分配不均，連續(xù)最大四個月集中在5-8月，該時段徑流量占全年徑流量的50.34%，而2-3月、11-12月的徑流量僅占全年徑流量的21.91%；春季(3-5月)徑流量占24.41%，夏季(6-8月)占37.64%，秋季(9-11月)占21.07%，冬季(12-2月)占16.88%；多年最大月徑流量一般出現(xiàn)在6月份，占年徑流量的14.69%；最小月徑流量一般出現(xiàn)在2月份，占年徑流量的4.41%；最大約徑流量是最小月徑流量的3.33倍。沙爾托海水文站實測月徑流量特征值統(tǒng)計見表3。大河沿子河沙爾托海水文站徑流量年內(nèi)分配柱狀圖見圖3。大河沿子河徑流量年際變幅相對較小，Cv值為0.22。主要是由于冰雪融水補給所占比重較大，徑流年際變化相對穩(wěn)定。

表3 沙爾托海水文站多年徑流量特征值統(tǒng)計表

5 結(jié)語

綜合所述，通過對流域水文站徑流資料的可靠性、一致性和代表性進行分析，并對該流域徑流變化特征進行研究?？梢钥闯觯x用的參證站水文站為國家基本水文站，其水文測驗及資料整編也均嚴格按國家行業(yè)技術(shù)標準執(zhí)行，測驗精度較高，水文資料成果可靠。通過還原計算將三臺站與沙爾托海站實測系列組成一個完整系列，是合適的，充分考慮了徑流統(tǒng)計參數(shù)的地區(qū)分布規(guī)律，具有一定的合理性。研究結(jié)果為流域水資源合理開發(fā)及防洪安全提供了基礎(chǔ)依據(jù)。

[1]嚴宇紅,沈永平,李宇安，等. 新疆天山南麓柯坪河水文特性與洪水分析.冰川凍土.2007.(5).158-163.

[2]周志宇.防洪預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)探討.地下水.2017.(2).115-116.