(新疆烏魯木齊水文勘測局，新疆 烏魯木齊 830000)

新疆白楊河流域阿克蘇河水文特性分析

徐東斌

(新疆烏魯木齊水文勘測局，新疆 烏魯木齊 830000)

根據(jù)新疆白楊河流域阿克蘇河大量實測資料，對該地區(qū)以及阿克蘇河流域降水、蒸發(fā)、徑流、泥沙、暴雨洪水、冰情等重要項目的水文特性進行了具體分析，初步歸納出各種水文特性的變化規(guī)律，對重新進行水資源配置，解決用水矛盾，管理好流域水資源具有一定的參考價值。

阿克蘇河； 水文特性； 降水；徑流；洪水

1 流域自然概況

1.1 水文地質

阿克蘇河位于黑溝東側，高崖子溝西側，三溝均為達坂城白楊河的支流，屬新疆白楊河水系。阿克蘇河發(fā)源于博格達峰南麓，北南流向，流域形狀呈扇形，河源與博格達山南坡冰川相連。據(jù)《中國冰川目錄》2007年統(tǒng)計，阿克蘇河共有冰川51條，占“三河”流域(黑溝、阿克蘇溝、高崖子溝三條水系)冰川總數(shù)的52.3%，冰川面積為40.41 km2，冰川儲量25.295億 m3，平均雪線高度3 843 m。阿克蘇河渠首斷面位于阿克蘇渠首的上游。斷面以上河長29.3 km，集水面積351 km2，流域平均高程3 058 m，河道平均坡降53‰，流域平均寬度14.4 km，流域形狀系數(shù)0.41。

阿克蘇河流程短、水量小，坡陡流急。阿克蘇河山口以下的平原區(qū)堆積著較厚的第四系沉積物，且新構造運動強烈，以斷塊升降為基本特征，“三水”轉化頻繁。由于受盆地內水文地質條件影響，山區(qū)地表水在運移過程中滲漏較大，地表水、地下水多次轉化，穿越達坂城盆地，在達坂城區(qū)東南以泉水形成復出，匯入白楊河。河水除達坂城區(qū)引用外，大部分水量越過天山峽口，沿白楊河峽谷東南蜿蜒流出境外，經(jīng)托克遜縣最終注入艾丁湖。

1.2 地形地貌

阿克蘇河屬柴窩堡凹地東段。流域三面環(huán)山，西面開闊呈半封閉狀態(tài)；北為博格達山，山體高大、奇峰峻嶺，主脊在4 000 m以上，博格達峰5 445 m是東天山的最高峰；南面為天格爾山，山脊高度一般在3 000 m左右；流域南、北兩側均為強烈上升的褶皺斷塊山地，中間為中新生代斷陷盆地，盆地底面海拔1 100 m左右，由北部山區(qū)的博格達峰至盆地底部，垂直高差達4 000 m以上；東南部為中低山區(qū)，山體較低，坡度相對較緩，白楊河沿東南方向在峰巒疊嶂中切開一條豁口(峽口)，峽口像簸箕口向西北敞開，流域地勢總體上是北高南低。

1.3 土壤植被

阿克蘇流域山前平原發(fā)育著地帶性土壤，在洪積—沖積扇下部土壤較厚處，分布有班塊狀或環(huán)狀的農(nóng)田，是農(nóng)牧區(qū)形成為旱耕栗鈣土和灌耕栗鈣土、棕鈣土；洼地有水成土壤和鹽漬土壤，主要是沼澤土、草甸土和鹽漬土，植被多為草甸；而在山地有垂直帶分異的土壤、植被，以博格達山南坡為例，土壤、植被垂直分帶規(guī)律十分明顯，自下而上可分為以下幾個自然帶。

1.4 氣侯

達坂城區(qū)地處歐亞大陸腹地，屬溫帶大陸性干旱和半干旱氣候。其主要特點是：降水量少，蒸發(fā)能力強，日照時數(shù)長；冬季寒冷，夏季炎熱，春秋兩季不甚明顯，年較差及晝夜溫差大，具有寒熱多變的典型大陸性氣候特征。該地在西風環(huán)流影響下，成為吐鄯托盆地氣流交換的主要通道，準噶爾盆地與吐鄯托盆地的氣壓和溫度通過這條通道來調節(jié)，多年風力強勁，是著名的“風區(qū)”。根據(jù)達坂城氣象站氣象觀測資料統(tǒng)計成果，多年平均氣溫8.8℃，7月平均氣溫26.4℃，1月平均氣溫-10.6℃，氣溫年較差42.9℃，日平均氣溫穩(wěn)定超過20℃的天數(shù)長達105 d，日最高氣溫≥35℃的酷署期長達100 d，極端最高氣溫37.5℃，極端最低氣溫-40℃，≥10℃積溫為5 334.9℃，日較差13℃。

2 流域水文特性分析

2.1 降水分析

2.1.1 水汽來源

阿克蘇河流域遠離海洋，大氣中的水汽主要源于北冰洋、印度洋，部分受大西洋濕氣的影響。流域地處歐亞腹地，四周高山環(huán)繞，能夠輸送到流域的主要氣流來自西面的大西洋緯向環(huán)流和西伯利亞的干冷反汽旋環(huán)流，經(jīng)西北部額爾齊斯河谷及西部伊犁河谷翻越天山進入流域。由于盆地地勢低洼，氣流處于下沉增溫狀態(tài)，不宜形成云雨，故降水稀少。北部中高山區(qū)地勢較高，氣流處于上升冷卻狀態(tài)，容易形成降水，成為流域水資源的主要補給來源。

2.1.2 降水量計算

阿克蘇河出山口處雨量站實測多年平均降水量135 mm，距出山口35 km達坂城氣象站實測多年平均年降水量70 mm。統(tǒng)計白楊河流域及周邊雨量站點資料，以實測資料為依據(jù)，同時參考周邊降水觀測數(shù)據(jù)，根據(jù)趨勢繪制白楊河流域1956—2014年年降水量等值線圖。依據(jù)繪制的烏魯木齊市降水量等值線圖量算，得到阿克蘇河流域山區(qū)和平原區(qū)降水量(見表1)。

表1 阿克蘇河流域降水量成果表

表2 阿克蘇河渠首年徑流量計算成果表(頻率計算法)

2.2 徑流分析

阿克蘇河的徑流補給來源于3個方面，即冰川融雪水、降水、地下水補給，反映出的水文特征，則主要是降水與冰川融水補給為主的河流。多年平均徑流量0.839 6億 m3，最大徑流量1.028億 m3(2001年)，最小徑流量0.606 9億 m3(1983年)，豐枯比為1.69，年徑流變差系數(shù)為0.16(見表2)。

依據(jù)白楊河流域及周邊國家基本水文站資料為主要控制點，有短期資料的水文站為一般點，調查河流資料為參考點。根據(jù)技術大綱要求，繪制白楊河流域1956—2014年年徑流深等值線圖。依據(jù)烏魯木齊市徑流深等值線圖量算，得到阿克蘇河流域分區(qū)山區(qū)和平原區(qū)徑流量(見表3)。

表3 阿克蘇河流域分區(qū)徑流量成果表

徑流的年內分配主要與徑流的補給來源有關，阿克蘇河徑流的年內分配極不均勻，水量集中于夏季6—8月。徑流的實測系列統(tǒng)計表明，最大月平均徑流出現(xiàn)在7月或8月，平均占年徑流量的25.1%～32.1%；連續(xù)最大4個月徑流量(6—9月)占年徑流的比例占79.3%，最小月徑流量阿克蘇溝多出現(xiàn)在4月份(見表4)。

表4 阿克蘇河徑流年內分配表

2.3 洪水分析

2.3.1 洪水類型與成因

洪水的成因和類型與影響洪水的因素密不可分，而影響洪水的因素是錯綜復雜的，阿克蘇河的洪水成因主要是冰川融水和暴雨洪水。洪水類型有消融型洪水、暴雨洪水及暴雨與消融混合型洪水，這與周緣的一些流域，特別是烏魯木齊河、煤窯溝有共同之處，尤其像1996年大范圍的雨雪混合型洪水，它們有著同步性，因為形成大氣降水的水汽來源是一致的。(1)消融型洪水。阿克蘇河發(fā)源于博格達峰南坡高山帶，這里降水量較豐沛，因而每當夏季氣溫連續(xù)上升，便出現(xiàn)消融型洪水。這類洪水的主要特征是日變化明顯，對于某個固定斷面，峰谷出現(xiàn)時間較有規(guī)律；此類洪水與氣溫變化、冰川面積、積雪變化情況等有密切的關聯(lián)性，一般融雪(冰)型洪水規(guī)模小。其特點表現(xiàn)為洪峰不高，洪量隨著洪峰的增大而增加。(2)暴雨型洪水。博格達山位于西風帶，主要影響其降水的是西北氣流，據(jù)中科院考察：由于渦動氣流的影響，博格達峰南坡降水不少于北坡，且集中于夏季，因而夏季常出現(xiàn)暴雨洪水。暴雨型洪水的主要特征是峰高量小歷時短，漲率大，峰現(xiàn)時間不固定，洪水常挾帶大量懸移質和漂浮物。(3)暴雨與消融混合型洪水。暴雨與消融混合型洪水多發(fā)生在夏季6、7、8三個月，因為高溫天氣與大降水都集中于夏季。近期最典型的是發(fā)生在1996年7月19日大洪水，阿克蘇河最大洪峰流量為213 m3/s，位于巡測與調查洪水資料之首。(4)洪水成因。1996年7月19日大洪水前，沿天山一帶氣溫高，4 000 m高空氣溫增溫迅速，促使高山區(qū)大面積冰雪融化，導致河水上漲，基流增加，同時受中亞低渦的影響，出現(xiàn)大范圍的降水，達坂城氣象站24h降水量達78.9mm，超過其多年平均年降水量，使河水猛漲，出現(xiàn)暴雨融雪(冰)混合型洪水。該類洪水的特證是在有規(guī)律的冰川融水基礎上疊加一個尖瘦的暴雨洪峰，峰高量大，歷時較長，漲勢迅猛，突發(fā)性強，常構成洪水災害。

2.3.2 歷史洪水及災害

由烏魯木齊市達坂城區(qū)林業(yè)水務局和烏魯木齊水文勘測局對達坂城區(qū)歷史洪水災害基本情況進行整理。1996年7月19日到21日，達坂城白楊河及各支流發(fā)生了一場罕見的洪水。洪水摧毀渠道，淹沒農(nóng)田房舍，沖斷鐵路公路。7月20日凌晨白楊河鐵路大橋被洪水沖垮，交通大動脈蘭新鐵路被迫中斷近8 d；314國道后溝段被洪水淹沒，嚴重影響南北疆及區(qū)內外公路運輸達數(shù)月之久；正在施工中的吐烏大高等級公路后溝段受到嚴重破壞，部分路段不得不修改設計，重新施工。這次洪水災害造成了巨大的人員傷亡、經(jīng)濟損失和社會影響。1996年的這場洪水給達坂城區(qū)造成巨大損失。其中高崖子、阿克蘇、黑溝、三個山等引水樞紐水毀嚴重，導流壩、溢洪壩(溢洪道)被毀，渠道全部被泥沙淤填。據(jù)統(tǒng)計全區(qū)干渠被沖毀9.3 km，防洪支渠被沖毀25.8 km，防洪工程中總長4 467 m的防洪壩、14 km的鐵絲壩和32 km沙石壩均被毀。供水管道被毀16.2 km，244座溫室被洪水泡塌。

2.3.3 洪水計算

本次選用阿克蘇河渠首斷面插補后 1980—2014年35年連續(xù)實測洪峰流量資料，根據(jù)國家水利行業(yè)標準《水利水電工程水文計算規(guī)范》(SL278-2006)的要求，采用頻率分析法對阿克蘇河渠首斷面資料進行設計洪峰流量計算。

根據(jù)阿克蘇河渠首斷面1980-2014年35年插補連續(xù)洪峰流量系列資料，查詢了阿克蘇河渠首歷史上有關大洪水的資料，阿克蘇河渠首1996年特大洪水排為序列之首。所以本次計算1996年阿克蘇河渠首洪峰流量為213m3/s，為1972年阿克蘇渠首建成以來最大的一場洪水，重現(xiàn)期44年，在洪水計算中將這次洪水作為特大值處理，按不連序系列進行計算。在運用矩法對系列統(tǒng)計參數(shù)估算的基礎上，用適線法選配P-Ⅲ型頻率曲線，推算阿克蘇河渠首設計洪峰流量，計算成果詳見表5。

表5 阿克蘇河渠首洪峰流量統(tǒng)計參數(shù)及成果表(頻率計算法)

阿克蘇河多年平均洪峰流量52.1 m3/s，最大洪峰流量213 m3/s發(fā)生在1996年；最小洪峰流量11.0 m3/s，發(fā)生在1980年，最大洪峰流量與最小之比為19.4，洪峰流量變差系數(shù)為1.0。

2.4 泥沙分析

選用與阿克蘇河相鄰、且同屬一個氣候區(qū)的阜康白楊河水文站作為參證站，通過對其1979-2014年36年完整的實測懸移質泥沙資料進行白楊河懸移質泥沙特征的分析，以其估算阿克蘇河渠首斷面多年泥沙特征。

由此輸沙模數(shù)估算得阿克蘇河渠首斷面多年平均懸移質泥沙輸沙量分別5.14萬 t。阿克蘇河屬山區(qū)河流，且河道坡降較大，根據(jù)流域實際情況、適用條件與范圍，阿克蘇河β取值0.25，阿克蘇河渠首斷面推移質多年平均輸沙量分別為1.29萬 t。則估算出阿克蘇河渠首斷面年輸沙總量分別為6.43萬 t。

2.5 冰情分析

參照臨近河流冰情特性分析，阿克蘇河最早開始結冰日期為1984年9月30日；最早開始解凍日期為1970年2月3日；最早開始流冰日期為1970年11月13日；最早開始封凍日期為1996年11月14日；最晚開始解冰日期為1992年3月25日；最晚終止流冰日期為1985年5月14日；最晚全部融冰日期為1979年4月14日，全年封凍天數(shù)最長為114d，出現(xiàn)在1970年11月21日—1971年3月15日。根據(jù)觀測、調查和訪問阿克蘇河未出現(xiàn)過“冰塞”和“冰壩”現(xiàn)象。

3 結語

近年來，烏魯木齊市達坂城區(qū)發(fā)展快，本文對新疆白楊河流域阿克蘇河的降水、徑流、洪水、泥沙、冰情等進行了分析，通過水文特性分析及時掌握阿克蘇河及白楊河流域地表水資源，重新進行水資源配置，解決用水矛盾，管理好白楊河流域水資源。把握好白楊河流域地表水資源量及其變化規(guī)律，對烏魯木齊、托克遜兩地地表水資源可持續(xù)利用研究和對兩地防汛減災、合理開發(fā)利用水資源有重要意義。

[1]烏魯木齊市達坂城區(qū)阿克蘇河渠首除險加固工程水文分析計算.烏魯木齊水文水資源勘測局.2013.3.

[2]水利長江水利委員會水文局.水利水電工程設計洪水計算規(guī)范(SL44-2006)[M].中華人民共和國水利部. 北京，中國水利電力出版社出版. 2006.

[3]水資源評價導則(SL/T238-1999)[M].中華人民共和國水利部發(fā)布.

[4]烏魯木齊市達坂城區(qū)“三河”流域水資源及工程水文分析計算 烏魯木齊水文水資源勘測局.2004.3.

P333

B

1004-1184(2017)06-0179-03

2017-08-14

徐東斌(1968-)，男，陜西西安人，助理工程師，主要從事水文測驗和工程水文分析計算等工作。