新疆黃水溝水文站測站特性分析

王正勇

（新疆巴音郭楞水文勘測局，新疆 巴州 841000）

1 測站概況

黃水溝水文站位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州和靜縣和靜鎮(zhèn)境內(nèi)，是黃水溝出山口處的國家基本水文站，測驗方式為駐測。該站于1955 年6 月由新疆水利廳設(shè)立，初設(shè)為水位站，一年后改為水文站觀測至今，領(lǐng)導(dǎo)機關(guān)為新疆水文局。測站以上集水面積4311 km2，海拔高程1321 m，河源至山口河長為110 km，控制著黃水溝來水量，為區(qū)域代表站。

該站主要測驗項目包括水位、流量、泥沙、冰情、降水量、蒸發(fā)量（口徑20 cm）、水溫、氣溫、比降、水質(zhì)等，流量測驗精度二類，泥沙測驗精度三類。

黃水溝水文站設(shè)站目的主要是為黃水溝及開都河水資源評價、區(qū)域水文特征、水文規(guī)律研究積累資料；也為水資源統(tǒng)一管理、水環(huán)境保護、防洪減災(zāi)等實時水文監(jiān)測，并提供水文信息服務(wù)和水文分析成果等功能。

2 流域地形地貌及植被

黃水溝發(fā)源于中天山的天格爾山南坡，自北向南流入焉耆盆地西北部，流域呈扇狀。流域中部巴倫臺鎮(zhèn)以上有兩條支流，西支巴音溝，東支為烏拉斯臺溝，后者為黃水溝主流。流域中上部為天然草地，植被覆蓋率較高，對水源有一定的涵養(yǎng)作用；流域中部至山口多為風化巖石山脈，缺乏土壤覆蓋基本上無植被生長，水源涵養(yǎng)能力極差。該流域地勢落差大，河流源頭與黃水溝站河段處高差約為2000 m，河流表現(xiàn)出典型的山溪性河流特點。

3 測驗河段基本情況

黃水溝水文站測驗河段順直長度約300 m，基本水尺斷面上游約100 m，下游約200 m。測驗斷面最大河寬50 m，左右兩岸均為鉛絲籠人工護岸，河床由卵石、砂礫組成，無水生植物生長。受基本水尺斷面上游45 m 處三孔拱形公路橋洞導(dǎo)流影響，測驗河段河床呈現(xiàn)出右低左高現(xiàn)象。低水時水流集中在右岸，對河床沖淤變化影響不大，水面寬一般在12 m～25 m 之間變化。中、高水時水流布滿河道，對左岸河床有沖淤變化影響，水面寬一般在25 m～50 m 之間變化。斷面高、中、低水時均無岔流、串流、逆流、回水、死水等水流現(xiàn)象。

黃水溝水文站基本水尺斷面與測流斷面重合，水位用浮子式水位計觀測，直立式水尺人工觀測校核；測流設(shè)施為吊箱測流，根據(jù)河寬均勻布設(shè)測深測速垂線，用一點法測速，視水位變化布設(shè)測流次數(shù)。根據(jù)水文資料整編規(guī)范，暢流期用水位流量關(guān)系曲線法推求流量，冰期用連實測流量過程線法推求流量。

4 徑流與洪水

4.1 徑流

根據(jù)黃水溝水文站1956 年～2011 年實測逐月徑流資料，分析得該站多年平均年徑流量的年內(nèi)分配情況，從歷年月徑流資料來看，水量主要集中于汛期，占全年的57.6%，見表1。

黃水溝水文站多年平均徑流量為2.894×108m3，水量較小。采用頻率流量進行流量級劃分[1]，確定出該站高水流量為大于350 m3/s, 中水流量為250 m3/s～350 m3/s，低水流量為小于250 m3/s。

4.2 洪水

黃水溝水文站1956 年～2011 年超過防洪警戒流量120 m3/s以上的年最大洪峰流量發(fā)生過31 次，多年平均年最大洪峰流量為167 m3/s。1996 年7 月19 日發(fā)生的602 m3/s 的洪峰為有實測資料的最大值，2000 年7 月18 日和1994 年7 月15 日發(fā)生的517 m3/s 和437 m3/s 的洪峰流量分別排在歷史洪水的第二和第三位。年最大洪峰多出現(xiàn)6 月～8 月，7 月、8 月最多，影響年最大洪峰流量的主要氣象因素是降水和氣溫。黃水溝洪水主要為融雪型洪水、暴雨型洪水和暴雨融雪混合型洪水三種類型：（1）融雪型洪水主要受氣溫影響，隨著氣溫升高，高山冰川和積雪融化形成，洪峰小，較穩(wěn)定，一日一峰；洪水量級也不大，較平緩。典型融雪型洪水如1980 年5 月9 日至15 日洪水，最大洪峰流量79.9 m3/s，見圖1；（2）暴雨型洪水由降雨形成，主要集中在7 月～8 月的主汛期，其特點為降雨強度大，匯流時間短。洪水具有來勢洶猛，突漲突落，洪峰高但洪量不大、破壞性強的特點。如1976 年8 月6 日洪水，最大洪峰流量109 m3/s，見圖2；（3）暴雨融雪混合型洪水主要由氣溫和降雨共同作用疊加形成，具有來勢猛、洪量大、破壞性強等特點。如1996 年7月19 日洪水，洪峰流量602 m3/s，見圖3。

圖1 黃水溝站洪水1980 年融雪型洪水過程線

圖2 黃水溝站洪水1976 年暴雨型洪水過程線

圖3 黃水溝站洪水1996 年暴雨融雪混合型洪水過程線

5 測站特性

5.1 降水特性

黃水溝流域地處背風，降水較少。根據(jù)黃水溝1956 年～2011 年的降水資料，據(jù)統(tǒng)計年平均降水量為64.2 mm，最大年降水量為161.3 mm（1993 年），最小年降水量為12.4 mm（1968年），年內(nèi)降水量集中在夏季，6 月～8 月降水量占年降水量的60.9%。年內(nèi)降水量多集中在5 至9 月，而1 月～4 月、10 月～12 月降水量較少。季節(jié)性分配不均勻，6 月～8 月夏季雨量可占全年60%以上，春秋兩季雨量相差不大各占全年16%左右，冬季12 月～2 月降水比例低于全年降水的8%。最大月降水在7 月，占年內(nèi)降水量28%左右，最小月降水在2 月，占年內(nèi)降水量0.4%左右。汛期降水多以暴雨形式發(fā)生，雨水主要降落在流域中上部的山區(qū)地帶。

5.2 水沙特性

黃水溝水量主要來源于中天山的天格爾山南坡，以冰雪融水和雨水形成地表徑流量，多年平均年徑流量為2.894×108m3。統(tǒng)計徑流量年內(nèi)分配，6 月～8 月夏水為水量集中時期，可占年水量的55%以上，連續(xù)最大四個月5 月～8 月水量可占到年水量的65%左右；其余三個季節(jié)的水量不足年水量的50%。輸沙量的年內(nèi)分配極不均勻，多年平均年輸沙量為29.47 萬t，年輸沙量多集中在4 月～9 月，可占全年98%以上，連續(xù)最大四個月5 月～8 月輸沙量可占到年輸沙量的95%左右。汛期各時段輸沙率與年平均輸沙率相關(guān)系數(shù)為1.0。

黃水溝水文站洪水期洪峰在測驗斷面上的反映均為陡漲陡落，且水、沙峰過程峰形都較為尖瘦。對應(yīng)水、沙過程線，二者之間表現(xiàn)出峰形相似、峰谷相應(yīng)的特點。徑流量與輸沙量在年際變化中也具有一致性。

5.3 斷面沖淤特性

分別計算黃水溝水文站各級流量上大洪水前后的斷面面積增減量，從中可以看出黃水溝水文站的測驗斷面受沖淤變化影響較大。例如：1996 年7 月該站排名歷史第一位大洪水過后，測驗斷面沖淤積面積高達18 m2，沖淤位置主要發(fā)生在起點距18 m～50 m 之間，河床最大變幅深度達到1.5 m，有先沖后淤的特點。該站流量在130 m3/s 時，測驗斷面就會產(chǎn)生沖淤變化，當流量大于170 m3/s 時，測驗斷面沖淤變化明顯加劇，流量小于100 m3/s 時，測驗斷面沖淤變化不明顯。測驗斷面還存在左岸穩(wěn)定于右岸，年際變化頻繁于年內(nèi)變化的特點,見圖4。

圖4 1996 年洪水前后斷面對比圖

5.4 浮標系數(shù)

根據(jù)《河流流量測驗規(guī)范》[2]，黃水溝水文站高水期需要使用浮標法施測流量，浮標系數(shù)是浮標法施測流量計算中的重要參數(shù)，按規(guī)定需要定期率定浮標系數(shù)。該站浮標系數(shù)試驗分析選用了2000 年～2005 年中、高水資料25 次，且大部分資料為高水位級流量資料。均勻浮標有效位置橫向分部基本控制在流速儀測速垂線位置上，中泓浮標法是在均勻浮標法測速歷時短的位置上選取2～3 條垂線作為中泓資料[3]。經(jīng)計算，得出黃水溝水文站均勻浮標系數(shù)為0.78，中泓浮標系數(shù)為0.61。

5.5 水位流量關(guān)系

黃水溝水文站水位流量關(guān)系未能達到單值化，表現(xiàn)為多線關(guān)系，即：在同一水位條件下，會有不同的流量值存在。出現(xiàn)多條水位流量關(guān)系的主要原因是該站的斷面面積、斷面流速變化都比較大，且兩者之間的互補性較差所致。經(jīng)統(tǒng)計，該站年內(nèi)最大洪水小于120 m3/s 時，水位流量關(guān)系多為單一線，年內(nèi)最大洪水大于120 m3/s 時，水位流量關(guān)系為多線。

5.6 輸沙特征

黃水溝流域懸移質(zhì)泥沙年內(nèi)分配極不均勻，夏季大量冰雪融水和局部暴雨洪水攜帶大量泥沙進入河道，使得夏季輸沙量高度集中。黃水溝水文站連續(xù)最大四個月輸沙量出現(xiàn)在夏季5月～8 月，其輸沙量占年輸沙量的99.11%以上，最大月輸沙量基本出現(xiàn)在7 月份，占年輸沙量的69.9%。輸沙量年內(nèi)分配見表2。

表2 參證站輸沙量年內(nèi)集中程度統(tǒng)計表

黃水溝水文站多年平均年輸沙量為29.47×104t，多年平均輸沙模數(shù)68.36 t/km2，黃水溝流域懸移質(zhì)輸沙量、含沙量的年際變化都較大，年最大與年最小懸移質(zhì)輸沙量比值為76 倍，年平均最大與年平均最小含沙量比值為56 倍。黃水溝水文站懸移質(zhì)含沙量、輸沙量年際變化見表3。

表3 懸移質(zhì)輸沙量、含沙量年際變化匯總表

黃水溝水文站的單- 斷沙關(guān)系是一條45°的直線，點線配合良好。

6 結(jié)語

黃水溝水文站降水主要集中在6 月～8 月，多以暴雨形式發(fā)生在山區(qū)，洪水陡漲陡落；水量主要來源于流域中上部，徑流量年內(nèi)分配和洪水發(fā)生時間基本一致，主要集中在6 月～8 月；泥沙主要來源于流域中部至山口，輸沙量年內(nèi)分配主要集中在5 月～8 月；中高水斷面沖淤量大，不穩(wěn)定；水位流量關(guān)系不穩(wěn)定，多表現(xiàn)為多線關(guān)系；單- 斷沙關(guān)系是一條45°角的直線，點線配合良好。