疏勒河泥沙演變規(guī)律及變化趨勢淺析

(甘肅省酒泉水文水資源勘測局，甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

1 疏勒河流域概況

疏勒河位于甘肅省河西走廊西端，是我國西北部河西走廊三大內(nèi)陸河流之一。疏勒河位于疏勒南山與托來山之間，源于天竣縣沙果林那穆吉木嶺日阿吉爾峰。北西流至德令哈波羅溝附近，受野馬山阻擋，折向北流，出青海入甘肅境。在青海省先后匯入的較大支流有烏蘭溝，扎爾馬格曲和查干布爾斯曲。西北向進(jìn)入甘肅境內(nèi)，流經(jīng)肅北縣的高山草地，穿大雪山—托來南山間峽谷，過昌馬盆地。出昌馬峽以前為上游(昌馬堡至玉門市段，當(dāng)?shù)胤Q昌馬河)，水豐流急，出昌馬峽至走廊平地為中游，向北分流于大壩沖積扇面，有十道溝河之名。經(jīng)昌馬、玉門、飲馬農(nóng)場后，折向西流，接納榆林河、黨河后，入敦煌市西北的哈拉湖，尾閭為間歇性河道、消沒于新疆維吾爾自治區(qū)東部邊境的鹽沼之中。

圖1 疏勒河上下游各站輸沙量模比系數(shù)差積曲線圖

2 疏勒河泥沙變化特征

疏勒河自上而下設(shè)有昌馬堡、潘家莊兩個水文監(jiān)測站，本次泥沙特性分析采用1956-2016年61年系列，通過上下游相關(guān)性插補(bǔ)至同步期資料，對輸沙量、輸沙率、輸沙模數(shù)等泥沙水文要素進(jìn)行變化特征分析并與徑流量進(jìn)行相關(guān)性分析。點繪疏勒河上下游昌馬堡站、潘家莊站輸沙量模比系數(shù)差積曲線圖，見圖1，從圖中可以看出，疏勒河泥沙上下游變化趨勢基本一致，從1968年昌馬大壩水利樞紐等涉水工程的修建及受人為因素干擾影響，上下游輸沙量變化趨勢不一致的程度越來越大，總的來說，1956-2016年間先后出現(xiàn)3個豐枯變化過程，其中最大的變化節(jié)點在1998年左右，初步判定疏勒河泥沙在這個時間段發(fā)生顯著的由枯轉(zhuǎn)豐的過程，發(fā)生跳躍性變化。

3 疏勒河泥沙年內(nèi)分配規(guī)律

從表1可以看出，疏勒河非汛期1-4月及10-12月輸沙量占比昌馬堡站1.89%，潘家莊站9.56%；徑流量占比昌馬堡站25.12%，潘家莊站45.7%。汛期5-9月輸沙量占比昌馬堡站98.16%，潘家莊站91.94%；徑流量占比昌馬堡站74.88%，潘家莊站54.3%。說明疏勒河泥沙非汛期7個月泥沙很少，主要集中在汛期，伴隨汛期洪水向下游輸送，據(jù)《水文巡測規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，可對疏勒河非汛期泥沙停測，采用汛期實測泥沙插補(bǔ)全年輸沙量,可對水文站測驗方式進(jìn)行簡化。疏勒河徑流量受水量來源組成年內(nèi)分配較均勻，汛期與非汛期徑流量上游較下游占比發(fā)生較大變化，其原因主要為區(qū)間水利工程截畜、水庫調(diào)度影響，使下游徑流受基流地下水補(bǔ)給，非汛期徑流量與汛期基本均等分配。

4 疏勒河泥沙年際變化規(guī)律

從表2可以看出，疏勒河上下游徑流量相差較大，而輸沙量相差不大，是因為泥沙主要集中于汛期洪水期間，而區(qū)間水利工程對非洪水徑流引調(diào)調(diào)蓄利用率高，汛期洪水的調(diào)蓄、利用程度低。疏勒河輸沙量兩站Cv值為0.72和0.75，徑流量Cv值為0.27和0.25，上下游代表站徑流比3.7，泥沙比1.5，泥沙與徑流量的上下游相關(guān)性較好，最大值發(fā)生年份基本一致，說明輸沙量大的年份水量也一定是豐水年，而極值比輸沙量差別較大，徑流量差別小，說明泥沙主要受汛期暴雨過程影響，降水強(qiáng)度、降水歷時等因素影響最為顯著，區(qū)域內(nèi)植被覆蓋稀疏、土質(zhì)松軟，泥沙來源主要為強(qiáng)度大、雨量大的降水過程對下墊面的侵蝕、沖刷，易形成含沙量極高的洪水過程向下游輸送。

5 疏勒河泥沙不同時段變化規(guī)律

采用距平分析法對疏勒河各年代泥沙變化進(jìn)行分析，并點繪泥沙變化過程線及不同時段均值變化圖，表3說明疏勒河泥沙上下游變化規(guī)律一致，昌馬堡站與潘家莊站均為鋸齒狀的增長過程，1956-1996這40 a的時間疏勒河輸沙量較穩(wěn)定呈緩慢增長趨勢，但在1997-2006這10 a間輸沙量發(fā)生跳躍性增長，明顯高于均值，這也與前文中的疏勒河輸沙模數(shù)分析輸沙量變化過程結(jié)果一致(見圖2和圖3)。

表1 疏勒河泥沙與徑流量年內(nèi)分配表

表2 疏勒河泥沙特征值及典型年輸沙量統(tǒng)計表

圖2 昌馬堡站輸沙量變化過程及不同時段均值變化過程圖

分析原因主要為這個階段是當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展最迅速的時間段，也是人類活動對河道、上游祁連山生態(tài)環(huán)境影響最顯著的時間段，河道采砂、水利工程施工、上游植被破壞等一系列的人類活動使地表裸土增加，暴雨洪水挾沙能力顯著增大，水土流失等使祁連山區(qū)生態(tài)環(huán)境發(fā)生非常嚴(yán)重的破壞。隨著當(dāng)?shù)貙?jīng)濟(jì)發(fā)展模式和觀念的轉(zhuǎn)變及國家對上游祁連山區(qū)生態(tài)環(huán)境治理強(qiáng)度的加大，近年來疏勒河流域水土保持效果顯著，裸土面積得到有效控制，徑流挾沙能力也在降低，但年輸沙量仍高于多年均值，說明疏勒河輸沙量還遠(yuǎn)未達(dá)到較好水平。

圖3 潘家莊站輸沙量變化過程及不同時段均值變化過程圖

表3 疏勒河不同年代泥沙均值及距平分析表

6 疏勒河泥沙變化趨勢分析

對疏勒河泥沙輸沙量變化趨勢進(jìn)行分析，分別對昌馬堡站和潘家莊站泥沙變化趨勢進(jìn)行回歸分析并擬合趨勢方程，見表3，采用坎德爾秩次相關(guān)法、斯波曼秩次相關(guān)法、線性趨勢回歸法進(jìn)行顯著性水平α=0.05的趨勢性檢驗，兩站的檢驗結(jié)果均為顯著性增大，詳細(xì)檢驗結(jié)果見表3。

7 疏勒河泥沙變化跳躍性分析

根據(jù)有序聚類分析法分析判斷，疏勒河泥沙變化趨勢跳躍性檢驗t檢驗結(jié)果為跳躍點前后均值差異顯著，秩和檢驗結(jié)果為前后兩樣本來自不同總體，游程檢驗結(jié)果為前后兩樣本來自同一總體。其中昌馬堡站跳躍前均值275.2×104t，跳躍后均值495.4×104t，跳躍量為220.2×104t，最可能的跳躍年份為為1998年，即1956至1998年為前一樣本，1999至2016年為后一樣本；潘家莊站跳躍前均值152.4×104t，跳躍后均值296.9×104t， 跳躍量為144.6×104t，最可能的跳躍年份為1995年，即1956至1995年為前一樣本，1996至2016年為后一樣本。具體分析結(jié)果見表5。

表4 疏勒河泥沙變化趨勢檢驗統(tǒng)計表

表5 疏勒河泥沙變化趨勢跳躍分析結(jié)果表

點繪疏勒河昌馬堡站和潘家莊站輸沙量雙累積曲線，如圖4，上下游昌馬堡站和潘家莊站輸沙量雙累積曲線擬合較好，線性呈一直線，說明疏勒河上下游各站相關(guān)關(guān)系良好，但在1997-2006年區(qū)間內(nèi)曲線點據(jù)發(fā)生間隔性變化，曲線呈斷裂狀，但上游昌馬堡站和下游潘家莊站相關(guān)性較好，變化趨勢一致。這主要是因為這個時間段內(nèi)疏勒河輸沙量相鄰年份間出現(xiàn)較大幅度的變化，點據(jù)間隔年份為1995年、1998年，正是這幾年間，疏勒河流域受人工干預(yù)影響最大的時間段，這也說明了疏勒河輸沙量變化趨勢發(fā)生跳躍性變化，印證了跳躍年份檢驗結(jié)果的合理性。

圖4 昌馬堡站輸沙量累積值

8 結(jié)語

(1)通過繪制疏勒河泥沙上下游代表站模比數(shù)差積曲線、趨勢過程線得出上下游代表站各出現(xiàn)三個不同程度的豐枯變化過程，且相關(guān)性較好，資料代表性較高。

(2)疏勒河泥沙年內(nèi)分配汛期與非汛期差距顯著，上下游代表站汛期占比91.9%～98.2%，泥沙絕大部分是通過汛期向下游輸移；疏勒河徑流量年內(nèi)分配汛期與非汛期差距不顯著，上下游代表站汛期占比54.3%～74.9%，說明徑流與泥沙相關(guān)性不是很顯著，疏勒河泥沙輸移動力來源為集中在汛期的暴雨洪水，并與暴雨歷時、暴雨強(qiáng)度等因素影響較大。

(3)疏勒河泥沙趨勢性檢驗，疏勒河泥沙演變?yōu)轱@著性增大過程，疏勒河泥沙跳躍性檢驗，上下游代表站均在1995-1998年間發(fā)生跳躍性變化，這與當(dāng)?shù)卮罅啃藿ㄌ菁夒娬?、水庫及水利工程影響的年份相一致?/p>

(4)疏勒河泥沙1996-2006年間顯著高于多年均值，這個階段也是當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展最迅速的時間段，也是人類活動對河道、上游祁連山生態(tài)環(huán)境影響最顯著的時間段，河道采砂、水利工程施工、上游植被破壞等一系列的人類活動使地表裸土增加，暴雨洪水挾沙能力顯著增大，水土流失等使祁連山區(qū)生態(tài)環(huán)境發(fā)生非常嚴(yán)重的破壞，使經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的矛盾異常突出。