烏拉斯臺(tái)溝擬建渠首區(qū)域泥沙變化特征分析

哈得力·吾拉孜別克

(新疆博爾塔拉水文勘測(cè)局，新疆 博樂(lè) 833400)

河流泥沙是反映流域水土流失程度和河川徑流質(zhì)量的重要指標(biāo)。河流泥沙含量影響水資源的使用價(jià)值，影響湖泊、水庫(kù)以及水工建筑物的使用壽命。河流泥沙與流域自然地理、氣候特征及人類(lèi)活動(dòng)有直接關(guān)系。烏拉斯臺(tái)溝作為博爾塔拉河左岸的一條較小的支流，流域范圍內(nèi)的河流泥沙分布基本集中在山區(qū)暴雨洪水期和平水期，枯水期泥沙很少。針對(duì)烏拉斯臺(tái)溝出山口處具有修建塘壩的地形條件，為解決烏拉斯臺(tái)溝灌區(qū)工程性缺水的需要，在烏拉斯臺(tái)溝出山口附近擬修建攔河渠首工程。本次主要以擬建渠首區(qū)域?yàn)檠芯糠秶圆査恿饔蛏系臏厝恼竞桶⒑掀嫠恼咀鳛閰⒆C站，整理分析兩個(gè)水文站的多年泥沙資料進(jìn)行計(jì)算比選，在此基礎(chǔ)上對(duì)泥沙變化特征進(jìn)行研究，以期為參與工程建設(shè)的設(shè)計(jì)、施工等部門(mén)提供參考。

1 烏拉斯臺(tái)溝概況

烏拉斯臺(tái)溝是博爾塔拉河左岸的一條較小支流，位于新疆博爾塔拉蒙古自治州溫泉縣北部的阿拉套山南坡，流向?yàn)橛杀钡侥蠟椴査又Я鳌趵古_(tái)溝流域地理位置介于東經(jīng)81°35′50″～81°38′45″，北緯45°05′40″-45°14′30″之間，流域南北長(zhǎng)約19.8 km，東西寬約4.3 km。東部與哈拉吐魯克河流域相連，西部與阿爾夏提河流域相接，北部以阿拉套山脈分水嶺與哈薩克斯坦國(guó)接攘，南部與博爾塔拉河流域相望。行政區(qū)劃分屬新疆維吾爾自治區(qū)博爾塔拉蒙古自治州溫泉縣。烏拉斯臺(tái)溝擬建渠首地理位置及水文站網(wǎng)分布見(jiàn)圖1。

圖1 烏拉斯臺(tái)溝擬建渠首位置及水文站網(wǎng)分布圖

2 烏拉斯臺(tái)溝擬建渠首工程位置及泥沙狀況

圖2 烏拉斯臺(tái)溝擬建渠首工程斷面位置示意圖

3 研究區(qū)泥沙變化特征分析

3.1 參證站溫泉水文站泥沙分析

溫泉水文站有1983-989和1993-2016年的懸移質(zhì)泥沙輸沙率和含沙量資料，由于影響泥沙資料的因素比較復(fù)雜，在此不做插補(bǔ)處理。

3.1.1 溫泉水文站泥沙變化

博爾塔拉河流域山區(qū)河流眾多，河流徑流量小。山區(qū)植被覆蓋較好，地表土壤侵蝕較輕，且河流徑流量中冰雪融水及地下水補(bǔ)給比重較大，河流含沙量較小(大河沿子河除外)。主要河流年平均含沙量在0.21～1.81 kg/m3之間，較天山北坡精河以東諸河含沙量小。從縱向分布看，自河源向下游出山口，河流的懸移質(zhì)含沙量呈不斷增加趨勢(shì)，在河流出山口處時(shí)，含沙量最大，從出山口以后，含沙量呈逐漸減小的趨勢(shì)。河流含沙量的多少，受當(dāng)時(shí)流域氣候干旱程度、暴雨強(qiáng)度、下墊面條件影響。博爾塔拉河山區(qū)植被較好，坡度較小，暴雨相對(duì)較少，地下水補(bǔ)給量較大，河流含沙量變化較小。博爾塔拉河溫泉水文站多年平均含沙量資料截至2015年為0.58 kg/m3。詳見(jiàn)表1。

表1 溫泉水文站泥沙特性成果表

博爾塔拉河上游山區(qū)坡降大，流速快，輸沙能力強(qiáng)，溫泉水文站多年平均輸沙量18.6萬(wàn)t，河流侵蝕造成的災(zāi)害不容忽視。溫泉水文站含沙量、輸沙量的年際變化較大，最大年輸沙量是最小年輸沙量的8.6倍，最大年平均含沙量是最小年平均含沙量的7.5倍。含沙量、輸沙量年際變化情況見(jiàn)表2。

表2 溫泉水文站含沙量和輸沙量年際變化表

3.1.2 烏拉斯臺(tái)溝多年平均輸沙量估算

1)懸移質(zhì)輸沙量

本次烏拉斯臺(tái)溝多年平均輸沙量采用水文比擬法估算。計(jì)算公式為：

Ws=MS×f

(1)

式中：Ws為多年平均年懸移質(zhì)輸沙量(104t)；Ms為參證站多年平均年懸移質(zhì)輸沙模數(shù)(t/km2)；f為集水面積(km2)。

烏拉斯臺(tái)溝擬建渠首以上集水面積為52.9 km2，參證站溫泉水文站以上集水面積為2 206 km2，溫泉水文站多年平均年懸移質(zhì)輸沙量18.6×104t，求得其多年平均年懸移質(zhì)輸沙模數(shù)為84.3 t/km2，烏拉斯臺(tái)溝擬建渠首多年平均年懸移質(zhì)輸沙量為0.446×104t。

2)推移質(zhì)輸沙量

由于缺少推移質(zhì)泥沙資料，通常推移質(zhì)輸沙量采用懸移質(zhì)輸沙量乘經(jīng)驗(yàn)系數(shù)推求。計(jì)算公式為：

Wb=β×Ws

(2)

式中：Wb為推移質(zhì)輸沙量(t)；Ws為 懸移質(zhì)輸沙量(t)；β為推移質(zhì)輸沙量與懸移質(zhì)輸沙量的比值，β在一般情況下可參考下列數(shù)值：平原地區(qū)河流：β=0.01～0.05，丘陵地區(qū)河流：β=0.05～0.15，山區(qū)河流：β=0.15～0.30。

考慮到烏拉斯臺(tái)溝屬山區(qū)，選取推懸比系數(shù)β=0.20。由此推求得烏拉斯臺(tái)溝擬建渠首推移質(zhì)輸沙量為0.089×104t。則烏拉斯臺(tái)溝擬建渠首輸沙總量為0.535×104t。

3.2 參證站阿合奇水文站泥沙分析

阿合奇水文站位于烏爾達(dá)克賽河上，水文站有1964-1966年，1979-1993年泥沙資料，1967-1978年間停測(cè)12年。水文站懸移質(zhì)泥沙實(shí)測(cè)資料連續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的為1979年-1993年的15年資料。依據(jù)阿合奇水文站實(shí)測(cè)泥沙資料，對(duì)泥沙變化進(jìn)行分析。

3.2.1 阿合奇水文站泥沙變化

根據(jù)阿合奇水文站懸移質(zhì)泥沙實(shí)測(cè)資料，多年平均輸沙量為5.985×104t，實(shí)測(cè)最大年輸沙量25.6×104t，多年平均輸沙模數(shù)63.81 t/km2，多年平均含沙量0.39 kg/m3，歷年最大含沙量1.33 kg/m3。

烏爾達(dá)克賽河徑流量年內(nèi)分配相對(duì)較均勻，連續(xù)最大四個(gè)月徑流量占年徑流量的76.2%，但河流懸移質(zhì)泥沙年內(nèi)分配卻極不均勻，連續(xù)最大四個(gè)月輸沙量出現(xiàn)在夏季6-9月，其輸沙量占年輸沙量的91.9%，最大月輸沙量出現(xiàn)在7月，占年量的53.6%。

3.2.2 烏拉斯臺(tái)溝多年平均輸沙量估算

1)懸移質(zhì)輸沙量

烏拉斯臺(tái)溝擬建渠首以上集水面積為52.9 km2，參證站阿合奇水文站以上集水面積為938 km2，阿合奇水文站多年平均年懸移質(zhì)輸沙量5.985×104t，求得其多年平均年懸移質(zhì)輸沙模數(shù)為63.81/km2，根據(jù)公式(2)，烏拉斯臺(tái)溝擬建渠首多年平均年懸移質(zhì)輸沙量為0.338×104t。

2)推移質(zhì)輸沙量

根據(jù)公式(2)，選取推懸比系數(shù)β=0.20。由此推求得烏拉斯臺(tái)溝擬建渠首推移質(zhì)輸沙量為0.068×104t。則烏拉斯臺(tái)溝擬建渠首輸沙總量為0.406×104t。

3.3 估算結(jié)果比選

通過(guò)對(duì)采用的兩個(gè)參證站估算的結(jié)果進(jìn)行分析比較，推薦采用以溫泉水文站為參證站的估算成果，即烏拉斯臺(tái)溝擬建渠首多年平均年輸沙總量為0.535×104t。

4 結(jié)語(yǔ)

烏拉斯臺(tái)溝作為博爾塔拉河左岸的一條較小的支流，山口以上流域沒(méi)有水利工程及農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)活動(dòng)，流域植被及水土保持情況良好，具有修建塘壩的地形條件，通過(guò)修建攔河渠首工程，可改善當(dāng)?shù)氐墓喔葪l件，有利于水資源的合理優(yōu)化配置。本次對(duì)該區(qū)域的泥沙變化特征進(jìn)行研究，探明了泥沙變化的一般規(guī)律及輸沙量的總量，為該工程的建設(shè)及后期運(yùn)行提供了基礎(chǔ)資料支撐。