淺談基于新疆地區(qū)水文特性的勘測(cè)技術(shù)

張 亮

（新疆石河子水文勘測(cè)局，新疆 石河子 832000）

新疆地區(qū)水文勘測(cè)研究有著一定的特殊性。首先新疆地區(qū)距離海洋較遠(yuǎn)，同時(shí)降水量稀少，整體氣候非常干旱，使得新疆地區(qū)地表徑流大多散失在地表，只有少數(shù)河流能在低洼地區(qū)形成終點(diǎn)湖；其次，新疆地區(qū)湖泊面積、位置等變化頻繁，并且湖泊因?yàn)橐喔鹊木壒书_(kāi)始漸漸萎縮。同時(shí)，新疆地區(qū)大河數(shù)量稀少，僅有塔里木河、伊犁河、額爾齊斯河等少數(shù)河流。所以對(duì)新疆地區(qū)進(jìn)行水文勘測(cè)十分必要。水文勘測(cè)應(yīng)用技術(shù)是水文勘測(cè)活動(dòng)的基礎(chǔ)，針對(duì)新疆地區(qū)的水域特點(diǎn)選擇勘測(cè)技術(shù)，不僅是尊重水資源的客觀規(guī)律，更能夠大幅度提高水文勘測(cè)效果，為新疆地區(qū)的水資源應(yīng)用提供相應(yīng)的依據(jù)。

1 新疆地區(qū)水文特性

1.1 地表水資源分布

新疆地區(qū)的地表水資源整體分布不均，大部分為內(nèi)流區(qū)，外流區(qū)只有額爾齊斯河和奇普恰普河兩片。新疆地區(qū)的河流多為冰川融雪源頭，發(fā)源于山區(qū)，在出山后匯聚為大的河川，最終形成湖泊。新疆地區(qū)的降水期受到氣候影響，一年之中大部分地區(qū)的降水集中分布在5月～9月，其中7月的降水量最高，12月降水量最低。山地地區(qū)的地表徑流量普遍大于其他地區(qū)，其融雪水源受季節(jié)影響非常大。

1.2 地下水資源分布

新疆地區(qū)的地下水資源主要分為基巖裂隙水和碎屑巖裂隙孔隙水兩種，具體分布主要受第四紀(jì)堆積的影響，具有明顯的分帶性。在天山北麓、吐魯番—哈密盆地等地區(qū)，地下水資源充足，在南疆等地區(qū)，地下水資源分布相對(duì)較少。新疆地下水資源整體補(bǔ)給量非常不足，同時(shí)因?yàn)殚L(zhǎng)期無(wú)計(jì)劃的開(kāi)采，很多地區(qū)地下水位持續(xù)下降，使得居民用水困難，甚至出現(xiàn)土地鹽堿化的情況。

1.3 水資源轉(zhuǎn)化特征

新疆地區(qū)的地下水來(lái)源主要是地表徑流的轉(zhuǎn)化，地表徑流在進(jìn)入戈壁帶后大部分滲入地下轉(zhuǎn)化為地下水。錯(cuò)落分布在新疆地區(qū)綠洲大多處于戈壁帶的邊緣，其主要原因是因?yàn)榈叵滤?jīng)過(guò)復(fù)雜的地形變化，最終與戈壁邊緣溢出而形成。

1.4 蒸發(fā)量

新疆地區(qū)屬于溫帶大陸性氣候，各地區(qū)的降水量差異較大，比如北疆的氣溫低于南疆，降水量高于南疆，再加上較為封閉的內(nèi)陸環(huán)境，使得新疆地區(qū)的蒸發(fā)量整體偏高，這也導(dǎo)致了新疆地區(qū)的河川和湖泊出現(xiàn)位置和大小變化。新疆地區(qū)的全年蒸發(fā)量保持在1500 mm～3000 mm左右，極大的影響了新疆地區(qū)的水資源利用。

2 基于新疆地區(qū)水文特性勘測(cè)新型技術(shù)

2.1 水文泥沙測(cè)驗(yàn)及資料整編技術(shù)

2.1.1 H—ADCP技術(shù)

H—ADCP技術(shù)是利用多普勒流面剖速儀（H—ADCP）對(duì)水體流速進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該儀器能夠根據(jù)多普勒頻移原理對(duì)水體的流速進(jìn)行測(cè)量。傳統(tǒng)的水文勘測(cè)對(duì)水體流速的監(jiān)測(cè)主要是靠實(shí)測(cè)流量的連時(shí)序法，不過(guò)這種方法工作量非常大，而且新疆地區(qū)地形特殊，水體流速受梯級(jí)影響較大，所以水體流量關(guān)系復(fù)雜，連時(shí)序法不能很好地滿足資料整編和流量勘測(cè)的要求。我國(guó)引進(jìn)H—ADCP技術(shù)的時(shí)間較長(zhǎng)，在H—ADCP技術(shù)的應(yīng)用方面也積累了相當(dāng)多的資料和經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，相關(guān)配套軟件和自動(dòng)流量監(jiān)測(cè)的水文測(cè)站也在我國(guó)得到廣泛的應(yīng)用。

2.1.2 泥沙測(cè)驗(yàn)技術(shù)

新疆地區(qū)的河流普遍含沙量較大，所以需要泥沙測(cè)驗(yàn)技術(shù)對(duì)河床泥沙進(jìn)行勘測(cè)。泥沙測(cè)驗(yàn)技術(shù)是指通過(guò)挖斗式采樣器、同位素測(cè)沙儀、卵石及沙質(zhì)推移質(zhì)采樣器和近底層懸移質(zhì)采樣器等設(shè)備對(duì)地表徑流的河床泥沙進(jìn)行分析探究。

2.1.3 一維水沙運(yùn)動(dòng)模型

為了對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行更為清晰的研究，建立一維水沙運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型就顯得十分必要。一維水沙運(yùn)動(dòng)模型能夠?qū)Φ乇韽搅骱秃吹乃畮?kù)泥沙情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)度，并結(jié)合短期的雨水情況進(jìn)行水庫(kù)泥沙的預(yù)報(bào)。新疆地區(qū)因?yàn)槠浣邓康莫?dú)特性，所以建立一維水沙運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型時(shí)應(yīng)當(dāng)以新疆地區(qū)的雨水情報(bào)和水體信息為邊界條件。

2.1.4 蒸發(fā)氣象與墑情自動(dòng)監(jiān)測(cè)

新疆地區(qū)地表徑流蒸發(fā)量很大，所以需要對(duì)蒸發(fā)氣象和土壤墑情進(jìn)行監(jiān)測(cè)，方便水文勘測(cè)更為綜合全面的開(kāi)展。一般來(lái)說(shuō)，土壤含水率可由實(shí)際土壤的增墑和退墑來(lái)表示，新疆地區(qū)的土地情況大多為失墑，偶爾會(huì)有嚴(yán)重失墑的情況，增墑階段較短。監(jiān)測(cè)工作開(kāi)始的基礎(chǔ)是建立相應(yīng)的墑情自動(dòng)監(jiān)測(cè)站和蒸發(fā)氣象自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)氣象條件、地形地貌和水文條件等綜合因素，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布到不同的區(qū)域內(nèi)。

2.2 勘測(cè)與測(cè)繪技術(shù)

2.2.1 多波束探深系統(tǒng)

多波束探深系統(tǒng)在我國(guó)早已得到應(yīng)用，尤其是對(duì)于新疆地區(qū)湖泊環(huán)境面積、位置變化條件大的情況，多波束探深系統(tǒng)能夠?qū)λ騼?nèi)的不同深度進(jìn)行測(cè)量，一次能得到幾十個(gè)甚至上百個(gè)相關(guān)數(shù)據(jù)，真正意義上實(shí)現(xiàn)了對(duì)水下地形的詳細(xì)測(cè)繪。

通過(guò)多波束測(cè)深系統(tǒng)在大水深、高邊坡及河床起伏變化急劇等復(fù)雜條件下的河道水下進(jìn)行地形精密測(cè)繪的應(yīng)用可行性研究，探討了利用單波束測(cè)深儀率定系統(tǒng)精度方法、軟件處理數(shù)據(jù)方式、系統(tǒng)與Hypack軟件、CARIS軟件結(jié)合的耦合性，以及與GPSRTK技術(shù)相結(jié)合實(shí)施高精度無(wú)驗(yàn)潮水下地形測(cè)量的方式方法。

2.2.2 測(cè)量機(jī)器人

在新疆地區(qū)，有很多水文勘測(cè)點(diǎn)位置特殊，工作人員不能夠?qū)ζ溥M(jìn)行有效的測(cè)量，所以就需要應(yīng)用測(cè)量機(jī)器人來(lái)避免這個(gè)問(wèn)題。測(cè)量機(jī)器人技術(shù)能夠?qū)睖y(cè)點(diǎn)的水文情況進(jìn)行智能測(cè)量并進(jìn)行三維坐標(biāo)、影像圖等多角度的呈現(xiàn)，可以說(shuō)是集高精尖技術(shù)于一體的智能電子全站儀。安裝測(cè)量機(jī)器人后，測(cè)量機(jī)器人可以自主對(duì)目標(biāo)進(jìn)行判斷和識(shí)別，并自主完成后續(xù)的操作，大大降低了水文勘測(cè)的工作量。

2.2.3 測(cè)深儀無(wú)紙化技術(shù)

新疆地區(qū)地表徑流途徑的地形復(fù)雜，容易對(duì)測(cè)深精度產(chǎn)生較大的影響，而測(cè)深儀無(wú)紙化技術(shù)能夠很好的降低復(fù)雜地形的影響。測(cè)深儀無(wú)紙化技術(shù)是指測(cè)深回波模擬信號(hào)數(shù)字化，并通過(guò)計(jì)算機(jī)將數(shù)字化信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像方式儲(chǔ)存，從而實(shí)現(xiàn)水下地形測(cè)量的無(wú)紙化。該技術(shù)從根本上解決了測(cè)深儀在打印回波模擬信號(hào)時(shí)可能產(chǎn)生的機(jī)械誤差、打印延時(shí)響應(yīng)誤差、人工判讀誤差以及回聲紙存放后產(chǎn)生的模糊效應(yīng)誤差等，從而較大地提高了水深測(cè)量精度，特別是通過(guò)計(jì)算機(jī)完成水深判讀，從而使水深量校效率提高80%以上。目前該技術(shù)正被應(yīng)用到新疆地區(qū)的多個(gè)大型水下地形測(cè)量項(xiàng)目中，均取得了不錯(cuò)的成果。

2.2.4 遙感湖泊監(jiān)測(cè)技術(shù)

采用遙感技術(shù)對(duì)湖泊水域進(jìn)行調(diào)查和水質(zhì)監(jiān)測(cè)具有適時(shí)、迅速、持久等特點(diǎn)。它能及時(shí)地收集大量的信息，對(duì)湖泊水域和湖泊水質(zhì)的變化及時(shí)反映出來(lái)，它所提供的信息量比常規(guī)的水文勘測(cè)信息量要大得多，并且還能發(fā)現(xiàn)一些常規(guī)方法不能發(fā)現(xiàn)的湖泊變化特征。因此易于對(duì)湖泊進(jìn)行長(zhǎng)期的跟蹤調(diào)查和對(duì)突發(fā)污染事件進(jìn)行監(jiān)測(cè)。有利于水文勘測(cè)的科學(xué)性和有效性，也有利于國(guó)家有關(guān)部門制定相關(guān)政策和法規(guī)。

3 結(jié)語(yǔ)

由于新疆地區(qū)獨(dú)特的水文環(huán)境，使得無(wú)論是降水變化的哪個(gè)時(shí)期對(duì)新疆地區(qū)水文進(jìn)行勘測(cè)時(shí)都面臨著新疆地區(qū)特有的地形和氣候特點(diǎn)，以及不確定的其他風(fēng)險(xiǎn)。如果勘測(cè)人員的勘測(cè)技術(shù)得不到保障，其自身的安全風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)隨之增加。因此，針對(duì)新疆地區(qū)的水文環(huán)境特點(diǎn)引進(jìn)高新技術(shù)對(duì)于提高新疆地區(qū)水文勘測(cè)質(zhì)量，推動(dòng)新疆地區(qū)水文勘測(cè)進(jìn)程有著不可忽視的作用。