哈密大白楊溝流域水文特性

高 鵬

（新疆哈密水文勘測局,新疆 哈密 839000）

1 流域概況

大白楊溝流域位于新疆境內。流域出山口以上集水面積33 km2,大白楊溝位于流域出山口處,海拔高度2240 m。當前在行政管理方面劃歸到哈密市中。

流域的整體地勢呈現為北高南低,受地區(qū)地質結構影響,使得地區(qū)范圍內表現出高中山區(qū)、傾斜平原區(qū)、低山丘陵區(qū)的地質外貌結構[1]。區(qū)域內的土壤類型隨著流域高度變化而變化,從流域高處到低處表現出較為復雜、豐富的土壤類型。平原區(qū)土壤類型較復雜,沖洪積扇上部主要是普通棕漠土,面積較大。中山區(qū)以山地森林為主,針葉林屬于主要的植被類型；高山區(qū)在植被覆蓋上主要表現為草甸植被,低山區(qū)以羽茅、蒿屬草等草類植物居多,另外河谷地帶種植有一定數量的農作物。河槽位置的山體表層受到較為嚴重的風化,自身實際的蓄水能力相對不足。

大白楊溝流域發(fā)源于東天山的巴里坤山南坡,流域河流源短流急、河床狹窄,坡降大、滲漏大、河槽具備的實際蓄水能力較為不足。在流域內的中高山區(qū)部位,屬于流域水量的主要聚集區(qū)域,水量呈現逐漸增多趨勢,在水流出山口后,進入到流域透水性相對較強的地帶,通過透水進入地層之中,補充流域內的地下水源。河流出山口以上集水面積33 km2,河流全長13 km,流域平均高程3032 m,大白楊溝流域特征值見表1。

表1 大白楊溝流域特征值表

2 氣候特征

大白楊溝流域無氣象觀測資料,周邊哈密氣象站資料及頭道溝水文站從海拔高程、氣象特征等條件分析較為相近,作為參證站來表述該區(qū)域的氣象特征,這兩處觀測站的資料表明。區(qū)域內氣溫四季分明明顯,氣溫也隨地形而變化。具有明顯的垂直地帶性變化規(guī)律。春季升溫迅速,秋季在氣溫方面呈現明顯降低,在9月下旬便表現出霜凍現象。進入冬季后,山區(qū)內的氣溫下降明顯,尤其是高山區(qū),屬于流域內最為寒冷的區(qū)域。據歷年來流域氣溫統(tǒng)計,平均氣溫多集中在5℃左右,每年一月屬于最冷的月份,平均氣溫在-13℃左右,七月氣溫達到最高,平均氣溫在20℃左右,實測最高氣溫35.9℃（2006年7月）,極端實測最低氣溫-32.0℃（1967年1月）。流域內的降水情況受到地勢結構的嚴重影響,降水量呈現出自東向西逐漸增多的趨勢,平原地帶的降雨量相對較小,山區(qū)的降雨量相對較大。從歷年流域降水量情況來看,主要集中在6月～9月,這四個月的降水量大部分時候占到全年降水量的70%以上,從季節(jié)降水量來看,夏季降水量最多,秋季次之,冬季降水量最少。多年平均水面蒸發(fā)量2105.7 mm（φ20 cm）,最大月出現在6月,占年蒸發(fā)量的15.8%；最小月出現在12月,占年蒸發(fā)量的1.0%。

3 徑流

河流水量變化主要受氣溫、降水影響,冬季大部分河流封凍；春季積雪消融,水量逐漸增大；夏季高山積雪消融,加之山區(qū)正處于降水量較多時期,河流水量猛增,導致夏洪成災,年最大流量往往出現在此期間；秋季山區(qū)氣溫較低,高山冰川融水減少,河流水量減少。大白楊溝流域徑流主要由泉水、春季融雪水和夏季降雨組成。河流春季水量隨氣溫變化顯著,夏季常伴有局地暴雨洪水,洪水歷時短,峰低量小。坡降大,流程短、流域調蓄能力差。連續(xù)最大四個月徑流量發(fā)生在5月～8月,最大月發(fā)生在5月,大白楊溝流域春洪一般發(fā)生在每年的4月～5月,夏洪發(fā)生在6月～8月,由降雨補給,全年徑流量主要集中在4月～8月,10月～次年3月水量保持穩(wěn)定,主要為泉水補給。

3.1年徑流量

大白楊溝流域無水文觀測資料,只有幾次實測的流量資料,然后結合降水量、流域地勢結構等進行綜合考慮,并根據地區(qū)范圍內的年徑流深等值線圖做出計算（如圖1所示）,從中可計算出該流域范圍內多年的平均年徑流量,實際計算數值為223.6×104m3。

圖1 哈密地區(qū)年徑流深等值線圖（局部）

設計年徑流量的統(tǒng)計參數與徑流的補給有關,在哈密地區(qū)有長系列實測資料的河流中,無冰川補給的河流唯有頭道溝河,它的徑流由融雪水、降雨及基巖裂隙水補給,借用流域內水文站實際測得的年徑流參數進行計算,具體可得到表2所示的設計年徑流量數據。

表2 流域內設計年徑流量數據匯總

3.2 徑流的年內分配

徑流的年內分配主要決定于徑流的補給條件。流域的年徑流量,在年內各月的分配變化較大,大白楊溝徑流以融雪水、降雨和泉水補給,其中泉水補給所占比例相對較大。春季融雪水量的多少與上游冬季積雪量的多少密切相關,上游積雪多,春季升溫快,融雪水量也就大,反之,實際出現的融雪水量較小。流域內水流量主要集中在4月～9月,這幾個月的流量占據全年流量的78.5%,具體年內分配情況見表3,從表中數據可看出,5月份的實際流量最高,占據全年流量比例達到30.7%,而2月份屬于流域流量最小的月份,僅占到全年流量的2.5%。

表3 大白楊溝設計年徑流量月年分配表 單位：萬m3

4 洪水

大白楊溝流域地處巴里坤山南坡,屬暴雨和融雪水補給的河流。大白楊溝流域的洪水主要有：①融雪洪水；②暴雨洪水。

4.1 融雪性洪水

大白楊溝流域內最高處海拔高度3900 m,出山口處海拔高度2240m。春季洪水量的大小與上游積雪量密切相關,并隨氣溫變化而異,上游區(qū)域冬季的積雪是大白楊溝春洪的主要來源,因而融雪洪水主要集中在4月、5月。此類洪水類型形成的洪峰通常不高,且表現出一日一峰的現象。

4.2 暴雨性洪水

夏季受暴雨因素影響,容易形成洪水,且通常表現出兩種類型：一種為局部性的連續(xù)暴雨引起,該類型洪水來勢通常較為兇猛,在降雨結束后便會呈現出洪水,且洪水峰值較高,但是整體洪水量相對較小,持續(xù)時間較短；另一種為區(qū)域范圍內大面積連續(xù)性降雨,此類洪水不僅洪峰較高,而且整體洪水量較大,洪水持續(xù)時間較長,該類洪水形成多集中在夏季7月、8月,由于地區(qū)氣候因素影響,再加上流域地區(qū)范圍內獨特的地勢環(huán)境,使得水汽在區(qū)域范圍內聚集,進而造成流域范圍內大面積降雨。

4.3 設計洪水

由于大白楊溝流域地區(qū)實際監(jiān)測獲取到的洪水資料、降雨數據較為不足,主要借助相鄰地區(qū)監(jiān)測的洪水量、洪峰等參數來進行模擬估算。本次研究中主要借助白吉、頭道溝、榆樹溝、葦子峽四個地區(qū)獲取到的洪水資料,以此為基礎繪制出大白楊溝流域洪峰流量模比系數綜合頻率曲線,具體見圖2,根據大白楊溝調查洪水,推求出不同頻率的設計洪峰流量成果；借用頭道溝站洪量模數估算大白楊溝流域設計洪水成果見表4。大白楊溝流域50年一遇洪水118 m3/s,百年一遇洪水182 m3/s。

圖2 哈密地區(qū)洪峰流量模比系數綜合頻率曲線

表4 大白楊溝流域設計洪水成果表

5 泥沙

在流域范圍內,部分地面土壤受雨水、融雪水沖刷,會隨水流進入到小溪之中,然后逐漸匯聚到河流。流域內每年的泥沙含量通常存在著較大的變化,尤其是在出現特大性洪水之后,往往河流中會挾帶大量的泥沙,實際輸沙量可能是平時數年輸沙量的總和[2]。

5.1 懸移質資料估算

因大白楊溝流域無泥沙資料,根據哈密地區(qū)泥沙觀測站資料分析,頭道溝站流域自然地理特征與設計流域較相似,以頭道溝水文站為參證站,頭道溝站年內1月～3月、10月～12月懸移質輸沙量基本為0,4月～5月、7月～8月懸移質輸沙量較大,6月、9月懸移質輸沙量較小,頭道溝站多年平均懸移質輸沙量為5.30×104t,輸沙侵蝕模數Ms=143.1 t/km2,直接移用頭道溝站侵蝕模數計算大白楊溝多年平均輸沙量,求得大白楊溝多年平均懸移質輸沙量為0.47×104t。

5.2 推移質輸沙量的估算

目前對推移質來沙量的估算還沒有比較成熟的方法,系數法的基本理論是推移質輸沙量與懸移質輸沙量之間有較嚴密的線性關系,此關系在一定的地區(qū)河道,水文地理條件下相當穩(wěn)定,根據水文水利計算教科書公式Wb=βWs,因大白楊溝屬山區(qū)河流,取β=0.30,求得每年進入大白楊溝的推移質輸沙量為0.141×104t。

懸移質輸沙量加上推移質輸沙量為泥沙總量,即多年均值0.611×104t。

6 結語

對干旱區(qū)河流展開研究,其主要目的在于研究對應河流水分循環(huán)的實際規(guī)律,以便于更為科學合理地展開應用,從而為地區(qū)社會經濟發(fā)展提供參考。本次研究主要選擇大白楊溝流域作為研究對象,從多個方面研究其水文特性,同時通過本次研究也能夠促進對周邊無資料小河流域的水文特性的掌握和了解。大白楊溝流域內的水源補給主要為夏季降雨以及季節(jié)性的積雪融雪,通常表現出年徑流量較少,可供集水的面積較小等特點。大白楊溝流域范圍內的畜牧業(yè)發(fā)展迅速,且在生產經營方面過于傳統(tǒng),缺乏對畜牧養(yǎng)殖數量的有效控制,造成流域范圍內草地面積大幅度萎縮。而草地資源在出現萎縮之后,使得流域水土流失現象不斷加劇,并造成草地植被資源的嚴重退化,生態(tài)環(huán)境形成較為惡劣的循環(huán),處于不斷惡化的趨勢。受這方面因素影響,流域的中下游區(qū)域在農業(yè)種植生產方面表現出明顯的缺水特征,農業(yè)發(fā)展受到嚴重阻礙。因此,當前加強對該流域的水文特性展開研究,充分掌握其特征后制定科學的水資源利用措施,對流域水資源進行合理分配,不僅能夠提升水資源利用效率,而且能夠對地區(qū)環(huán)境改善起到積極作用,有助于水資源的可持續(xù)性利用,由此可看出,本次研究具有較為積極的意義,對國內同類型干旱河流水資源應用有較強的參考借鑒作用。