小白楊溝流域徑流分析與計算淺析

阿米娜·依米提

(哈密水文勘測局，新疆 哈密 839000)

1 流域概況

1.1 地理地形

小白楊溝位于巴里坤山南坡，東接南山口溝，西鄰葫蘆溝，南抵哈密盆地，流域北部以巴里坤山脊為界。流域位于西山鄉(xiāng)境內(nèi)，距哈密市約45 km,小白楊溝出山口以上集水面積32 km2,小白楊溝出山口處地理位置東經(jīng)93°36′54.1″，北緯43°13′46″,行政區(qū)劃屬哈密市管轄。小白楊溝流域地勢北高南低，由東北向西南傾斜。受地質(zhì)構(gòu)造控制，大體可分為高中山區(qū)、傾斜平原區(qū)、低山丘陵區(qū)，流域最高峰海拔3 600 m,出山口海拔2 010 m。

1.2 河流水系

小白楊溝發(fā)源于東天山巴里坤山南坡，源頭海拔高度3 600 m以上。河流基本特征：流域面積小、流程短、滲漏大、年徑流量小、河槽調(diào)蓄能力差。中高山區(qū)為徑流形成區(qū)，從河源到出山口水量逐漸增加，出山口后即進入透水性強、粗粒松散的沖洪積扇補充下游地下水源。

徑流補給來源主要以融雪水、降雨和泉水補給為主。流域集水面積小、冬季降雪少、積雪薄，春季融雪洪水不大；夏季在強大的低值天氣系統(tǒng)過境時，常發(fā)生暴雨洪水；冬季徑流主要由泉水補給為主，河水流量變化穩(wěn)定。流域平均高程2 945 m。河道平均比降大，洪水匯流迅速，這對下游水利工程極為不利。小白楊溝流域特征值見表1。

表1 小白楊溝流域特征值

2 選用參證水文站概況

2.1 水文站基本情況

頭道溝水文站為國家基本水文站，位于哈密市天山鄉(xiāng)頭道溝村，發(fā)源于東天山末端哈爾里克山南坡，流域內(nèi)無冰川，徑流主要以融雪水、降水和基巖裂隙水補給為主。地理位置東經(jīng)93°47′，北緯43°06′，海拔高度1 390 m,設(shè)立于1956年6月。1978年因修建石城子水庫，觀測斷面上遷4 km,更名為頭道溝(二)，1985年斷面被洪水沖毀而下遷83 m后觀測至今，更名為頭道溝(三)地理位置東經(jīng)93°48′14.5″，北緯43°08′11.10″，海拔高度1 426 m,測站以上集水面積371 km2,河長43 km。水文站雖經(jīng)過兩次遷移，但遷移距離不遠，區(qū)間也無水量的匯入與流出，經(jīng)多方考證分析，認為可作為一個連續(xù)系列使用。

2.2 觀測項目

觀測方式為駐站觀測，測驗項目有：水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、氣溫、水溫、水質(zhì)等，共有連續(xù)58年(1956-2013年)的實測水文資料。資料整編均按中華人民共和國行業(yè)標準《水文資料整編規(guī)范》(SL247-2012)和《水文年鑒編印規(guī)范》(SL460-2009)要求進行匯編。載入國家二級水文數(shù)據(jù)庫，原始資料精度可靠合理，可作為本次水文分析計算的參證站使用。

3 徑流分析與計算

3.1 徑流特性

小白楊溝發(fā)源于巴里坤山南坡，是一條山溪性小河流，正常情況下徑流在流出出山口后由于下滲、蒸發(fā)及山口草場澆灌后幾乎全部散失。出山口以下無支流匯入，河道河床變寬、變找，河床下滲增加，氣溫上升，蒸發(fā)變大，徑流的主要補給源是大氣降水、中低山帶的季節(jié)性積雪消融水和基巖裂隙水。

3.2 參證站選用依據(jù)及徑流系列還原計算

頭道溝水文站位于東天山哈爾里克山南坡，哈密市天山鄉(xiāng)頭道溝村，地理位置東或東經(jīng)：93°48′，北緯：43°08′，為區(qū)域代表站，是下游石城子水庫進庫站之一。測站以上集水面積371 km,流域平均高程2 445 m,流域內(nèi)最高峰海拔3 057 m。全流域無永久冰川，徑流屬基巖裂隙水和融雪降雨補給型。主要測驗項目有：水位、流量、懸移質(zhì)泥沙、降水、蒸發(fā)、水溫、氣溫、冰情、水質(zhì)等。是哈密地區(qū)重要的水文、水質(zhì)監(jiān)測站，承擔著報汛任務(wù)。

頭道溝水文站控制斷面以上多為天然牧業(yè)區(qū)，灌溉用水很少，自1955年建站開始在斷面上游有一引水渠，將部分河水引往斷面下游用于頭道溝村農(nóng)田灌溉用水，因此頭道溝水文站徑流系列需進行還原計算。將斷面實測徑流量加入各月引水量即為還原后的天然年徑流量。根據(jù)頭道溝水文站近幾年對引水渠水量實測資料分析，引水期主要在每年的4-10月，推算出頭道溝水文站還原后1956年-2013年多年平均年徑流量為2 586萬 m3。

3.3 參證站徑流系列三性分析

3.3.1 參證站徑流系列可靠性分析

頭道溝水文站實測資料從測驗、計算、整編、年鑒刊印都執(zhí)行國家行業(yè)規(guī)范與標準，資料經(jīng)過各級業(yè)務(wù)部門技術(shù)審查，測驗整編成果具有較高的精度及可靠性，可以滿足本次水文分析工作的需要。

3.3.2 參證站徑流系列一致性分析

由于頭道溝水文站設(shè)在出山口處，山區(qū)人口少，農(nóng)業(yè)發(fā)展緩慢，無工業(yè)，對徑流形成的下墊面條件基本無人為破壞，原有天然狀態(tài)的下墊面產(chǎn)匯流規(guī)律基本未變，在頭道溝水文站斷面上游20加處有一條用于農(nóng)田灌溉的引水渠，所以，對頭道溝水文實測徑流系列進行了還原計算。

3.3.3 參證站徑流系列代表性分析

1)豐、枯分析

將頭道溝站還原后的年徑流量系列，以每5年或10年為一個時段，代表站70、80年代徑流量較多年均值偏多11.6%～22.7%：而在50-60、90、21世紀初近幾年代，徑流量較多年均值減少1.6%～28.0%：實測資料分析顯示，20世紀50、60、90年代至今的年徑流量均值及其變化趨勢，可歸納為偏桔～偏豐一偏枯的交替變化過程。

2)年徑流模比系數(shù)差積曲線分析

頭道溝站發(fā)源于哈爾里克山南坡，是哈密地區(qū)唯一無冰川補給具有較長系列資料的代表性河流，還原后的多年平均年徑流量為2 586×104m3。頭道溝站1956-2013年年徑流系列差積曲線見圖1，從圖中看出，頭道溝水文站1956-1957年、1961-1970年、1993-1997年、2001-2013年為枯水段：1958-1960年、1971-1984年為豐水年段，80年代初期～二十一世紀初近幾年代，徑流量在均值上下動。

3)不同長度年徑流參數(shù)對比分析

分別對頭道溝站年徑流系列取2004-2013年、1999-2013年等、以每10 a為一間隔的不同時段的徑流系列與1956-2013年長系列進行統(tǒng)計參數(shù)對比分析，當系列長度達35年以及更長時，代表站短系列均值相對長系列均值偏差已不超過士4.1%。相比較而言，1984-2013年短系列與長系列均值比較誤差較小，反映出流域內(nèi)徑流量多年均值的計算年限在30 a以上即可滿足其計算精度。因為代表站長系列包含有一個以上的豐枯年際變化過程，年徑流系列的均值隨著系列年限的增長而漸趨穩(wěn)定，一般25～30 a即可達到基本穩(wěn)定。

圖1 頭道溝站1956-2013年年徑流系列差積曲線

4)年徑流樣本均值收斂性分析

年徑流的有界性決定了年徑流樣本均值的收斂性，但受流域特性和氣象因素的差異影響。由圖2可見，隨著樣本長度的增加，參證站樣本均值明顯呈現(xiàn)出收斂態(tài)勢，當樣本長度達35年以上時，其河流年徑流樣本均值已基本趨于穩(wěn)定。

圖2 頭道溝站1956-2013年年徑流模比系數(shù)累計曲線

3.4 小白楊溝多年平均年徑流量計算

由于小白楊溝無實測水文資料，為推求小白楊溝溝口多年平均年徑流量，采用徑流深等值線法、水文比擬法等方法進行徑流分析計算。

3.4.1徑流深等值線法

根據(jù)全疆徑流深等值線圖(1956-2000年)截出哈密地區(qū)局部徑流深等值線圖量算出小白楊溝多年平均年徑流量為103.2萬 m3。根據(jù)頭道溝水文站還原后1956-2000年年徑流量為2 661×104m3,1956-2013年的多年平均徑流量為2 586×104m3,從哈密地區(qū)年徑流深等值線圖上量算出小白楊溝多年平均年徑流量103.2.0×104m3,修正后計算出小白楊溝多年平均年徑流量100.3×104m3。

3.4.2 水文比擬法

對于無實測資料流域，水文比擬法是推求多年平均徑流量的重要方法之一。根據(jù)徑流的補給來源與下墊面條件，選用徑流的補給來源與下墊面條件相近的頭道溝水文站作為參證站，進行多年平均年徑流量的推求。

(1)

式中：W設(shè)計、W參證分別為設(shè)計流域與參證流域多年平均徑流量(104m3)；F設(shè)計、F參證分別為設(shè)計流域與參證流域集水面積(km2)。

頭道溝水文站集水面積為371 km2,天然年徑流量為2 586×104m3,用公式(1)，推求出小白楊溝多年平均年徑流量為223.1×104m3。

3.4.3 徑流計算成果分析

選用徑流深等值線法、水文比擬法對小白楊溝溝口多年平均年徑流量的推算，根據(jù)徑流補給類型，本流域內(nèi)相似站點的參數(shù)值，推算出多年平均年徑流量見表2。

表2 小白楊溝多年平均入庫年徑流量成果表 萬m3

兩種方法推算的小白楊溝流域多年平均年徑流量成果見表。根據(jù)實地踏勘小白楊溝出山口以上地形與頭道溝水文站以上地形相似，徑流補給也較為相似，主要由融雪、夏季降雨及泉水補給，選用的參證站頭道溝水文站徑流系列長，代表性好，精度可靠，兩流域相距較近。而徑流深等值線圖法主要以1956-2000年年徑流深等值線圖為基準，充分考慮繪制區(qū)域的降水、流域高度、下墊面植被和流域坡度等因素，對量算成果進行修正，但量算值偏小，該方法計算的成果供參考。因此建議采用水文比擬法推求的計算成果。

4 結(jié)語

通過對小白楊溝流域內(nèi)的頭道溝水文站的長系列水文資料“三性”分析,并基于基礎(chǔ)水文數(shù)據(jù)資料，采用徑流深等值線法和水文比擬法方法進行徑流分析計算，最終認為取以水文比擬法推求的223.1×104m3多年徑流量成果比較合理。分析結(jié)論可為今后流域水文預(yù)報、水利工程建設(shè)提供比較準確的水文數(shù)據(jù)支撐。