古米娜·哈木斯別克

（新疆維吾爾自治區(qū)阿勒泰水文水資源勘測(cè)局，新疆 阿勒泰 836500）

融雪洪水自然災(zāi)害在季節(jié)性?xún)鰠^(qū)較為常見(jiàn)，嚴(yán)重威脅到當(dāng)?shù)匕踩a(chǎn)過(guò)程及人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。為此，必須對(duì)融雪洪水成因展開(kāi)深入分析，加強(qiáng)洪水測(cè)報(bào)及調(diào)度管理，促進(jìn)融雪洪水資源化利用。截至目前，理論界對(duì)融雪洪水的研究重點(diǎn)主要集中在氣象因子及氣象因素影響方面，對(duì)季節(jié)性?xún)鰠^(qū)凍土濕度變化影響融雪洪水的研究仍較少。基于此，本文從影響卡依爾特斯河谷融雪洪水的下墊面出發(fā)，展開(kāi)季節(jié)性?xún)鐾了肿兓皟鐾翝穸葘?duì)融雪洪水影響機(jī)理的研究，以期為季節(jié)性?xún)鰠^(qū)積雪洪水測(cè)報(bào)及調(diào)度管理提供參考。

1 項(xiàng)目區(qū)概況

新疆卡依爾特斯河谷屬于原地貌類(lèi)型，支流眾多；流域地表主要為農(nóng)田及裸地，土壤類(lèi)型由高至低依次為高山草甸土、灰褐土、棕鈣土及季凍土、常年凍土等；河谷處植被覆蓋率不高，水源涵養(yǎng)能力差；河谷陰坡常年積雪，陽(yáng)坡積雪在4月初氣溫回暖及日照作用下逐漸融化，至4月底幾乎完全融化。在積雪融化及降雨等綜合作用下，4—9月河道山洪暴雨頻發(fā)。河谷下游庫(kù)威水文站于1965年建站，控制流域面積1039.7 km2。本文涉及的積雪深度、氣溫、流量等數(shù)據(jù)均來(lái)自阿勒泰水文水資源勘測(cè)局，凍土資料來(lái)自富蘊(yùn)縣氣象臺(tái)。

2 季節(jié)性?xún)鐾羶鋈谔卣?/h2>

2.1 季節(jié)性?xún)鐾廖锢韺傩?/h3>

凍土屬于多成分多相復(fù)雜結(jié)構(gòu)，以礦體骨架、礦物、未凍水、冰及氣體為主要成分，并決定凍土物理力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及凍融過(guò)程[1]。為此，必須對(duì)卡依爾特斯河谷季節(jié)性?xún)鐾廖锢韺傩哉归_(kāi)分析。該河谷融雪期季節(jié)性?xún)鐾辽疃冗_(dá)到40 cm，凍土物理性能詳見(jiàn)表1。

表1 卡依爾特斯河谷季節(jié)性?xún)鐾廖锢硇阅?/p>

2.2 季節(jié)性?xún)鐾翝穸茸兓?/h3>

根據(jù)該項(xiàng)目區(qū)2020年融雪期凍土濕度變化情況，4月5日以前，不同深度凍土層濕度存在明顯分層，自表層至深層呈增大趨勢(shì)；4月5日以后，深度10 cm 以?xún)?nèi)的凍土濕度迅速回升，并逐漸趨于穩(wěn)定。

在進(jìn)入消融期前，隨著凍土深度的增大，凍土濕度隨之持續(xù)增大，并逐漸趨于穩(wěn)定；從3月11日開(kāi)始至19日，40 cm 深度凍土濕度基本保持在20%；凍土濕度從3月19日開(kāi)始出現(xiàn)遞增趨勢(shì)，增至3月26日的73.7%，從3月27日開(kāi)始下降，此后基本維持在35%左右；10 cm 深度以?xún)?nèi)凍土層濕度持續(xù)回升，并表現(xiàn)出幾次濕度峰值，這種情況一直持續(xù)至4月5日；4月5日以后，凍土濕度趨于穩(wěn)定。這一趨勢(shì)與工程區(qū)空氣溫度變動(dòng)趨勢(shì)基本一致[2]。2021年項(xiàng)目區(qū)季節(jié)性?xún)鐾翝穸茸兓闆r，如圖1所示。

圖1 季節(jié)凍土濕度與空氣溫度變化曲線

2.3 融雪洪水日變化特征

在3月初至3月底的融雪期，氣溫回暖，積雪逐漸融化，而溫度的快速持續(xù)回升必然引發(fā)融雪洪水；夜間溫度降低，積雪凍結(jié)，融雪過(guò)程也暫停。所以，融雪期內(nèi)融雪洪水以日為單位表現(xiàn)出周期性變化特征。

為簡(jiǎn)化分析過(guò)程，對(duì)該河谷庫(kù)威水文站流量進(jìn)行插值[3]，結(jié)果詳見(jiàn)表2—3。進(jìn)入融雪期后氣溫升高，積雪層吸收熱量后開(kāi)始融化，產(chǎn)生融雪水。這一過(guò)程形成的融雪水經(jīng)地面產(chǎn)流及河網(wǎng)匯流后最終匯集至出山口庫(kù)威水文站；因積雪海拔、密度及匯流時(shí)間不盡相同，故融雪期流量增長(zhǎng)較為緩慢，2020年最大洪峰109.83 m3/s，出現(xiàn)在3月17日20 時(shí)41 分；2021年最大洪峰18.65 m3/s，出現(xiàn)在3月28日21 時(shí)32分。

表2 2020年庫(kù)威水文站融雪洪水日流量

2020年融雪期和2021年融雪期因氣候條件、積雪狀況等存在差異，故融雪洪水水文過(guò)程也不盡相同。2020年融雪洪水日流量變動(dòng)情況，詳見(jiàn)表2。由表2 可知，3月3日進(jìn)入融雪期后，融雪流量幾乎為零；從3月16日開(kāi)始融雪流量大漲，并于次日出現(xiàn)109.8 m3/s 的最大洪峰；此后于3月19日遭遇2 次波峰，最大洪峰流量46.31 m3/s。2021年融雪洪水日流量變動(dòng)情況，詳見(jiàn)表3。由表3 可知，3月16—25日先后出現(xiàn)3次洪峰變化，3次峰值分別為7.32、18.65、15.72 m3/s。

表3 2021年庫(kù)威水文站融雪洪水日流量

3 季節(jié)性?xún)鐾料趯?duì)融雪洪水的影響

3.1 對(duì)融雪洪水形成的影響

2021年3月6日前積雪深度變幅不大，在環(huán)境溫度和陽(yáng)光照射下積雪持續(xù)壓實(shí)，深度也發(fā)生改變，但無(wú)融雪水產(chǎn)生。在此后的6—10月，積雪深度變幅增大至3.2 cm/d，產(chǎn)生融雪水，但其流量仍維持在基流大?。粡膬鐾辽疃鹊淖兓瘉?lái)看，表層凍土深度表現(xiàn)出周期性波動(dòng)，且在融雪水的下滲作用下地面匯流得到削弱，河道匯流量相應(yīng)減小。結(jié)合項(xiàng)目區(qū)2021年季節(jié)性?xún)鐾磷兓闆r，3月6—9日，0 cm 凍土濕度高，但以下深度凍土濕度并無(wú)明顯變化。據(jù)此可知，項(xiàng)目區(qū)表層凍土在積雪融水熱量的作用下出現(xiàn)消融，濕度增大；但以下各層凍土幾乎不受影響，融雪水下滲范圍僅為10 cm。3月9—18日，河道回流量無(wú)明顯變化，但積雪厚度改變，凍土濕度并未超出田間持水量的34.8%，融雪水入滲深度無(wú)明顯變化；此后，各層凍土濕度均劇烈增大，融雪洪水受蓄滿(mǎn)產(chǎn)流的影響增大。融雪期積雪深度變化趨勢(shì)線，如圖2所示。

圖2 2021年融雪期積雪深度變化趨勢(shì)線

2022年項(xiàng)目區(qū)融雪洪水主要出現(xiàn)在3月25—27日及4月5—7日，土壤因受融雪水的入滲補(bǔ)給，濕度大大超出田間持水量，土壤水分接近飽和；夜間因積雪凍結(jié)，融雪水入滲補(bǔ)給過(guò)程暫停，但土壤中既有水分受到重力作用持續(xù)入滲，土壤濕度始終維持在田間持水量水平[4]。

3.2 對(duì)洪峰的影響

融雪洪水以融雪水為主要補(bǔ)給來(lái)源，基于水量平衡視角，表面蒸發(fā)、融水入滲、地表徑流等均為凍土凍融及積雪融水的消耗形式，因環(huán)境溫度所限，雪層表面蒸發(fā)可忽略不計(jì)。在土壤下滲調(diào)蓄影響較大的情況下，融雪洪水一般不會(huì)發(fā)生。

2021年3月9日前，項(xiàng)目區(qū)河谷融雪洪水流量較為穩(wěn)定，季節(jié)性?xún)鐾帘韺訚穸扔?月6日改變，到3月9日地下10 cm 深凍土濕度快速增大，達(dá)到25%后趨于穩(wěn)定。由此可知，融雪水于3月6日開(kāi)始入滲，并滯留于10 cm 深的土層內(nèi)，對(duì)地表徑流和河水流量起到抑制作用。此后，隨著積雪消融，融雪水持續(xù)入滲，但濕潤(rùn)峰面從未超出10 cm。3月11日積雪深度從9.5 cm 升高至14.3 cm，此后隨著融雪過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行，積雪深度變化曲線變得平緩；3月17日土壤層間濕度變化增大，流量達(dá)到融雪期內(nèi)的最大值110.08 m3/s，此后于3月20日出現(xiàn)2 次洪峰（流量峰值為48.42 m3/s）；隨后流量便持續(xù)接近基流。由此可以看出，項(xiàng)目區(qū)融雪水入滲后，土層10 cm 深度以?xún)?nèi)的土壤濕度與融雪洪峰關(guān)系密切，造成積雪快速融化；而10 cm 以下的未消融層則起到隔離層的作用，土壤濕度變化對(duì)洪峰起到削弱作用。

根據(jù)2022年融雪期積雪深度變化趨勢(shì)，在3月15日—4月5日的融雪期內(nèi)存在3 次明顯的積雪深度峰值，分別為3月16日的36.7 cm、3月21日的39.8 cm、3月29日的27.4 cm。河道流量也表現(xiàn)出相應(yīng)的大周期洪峰變化特征：第1個(gè)洪峰出現(xiàn)前，土壤濕度出現(xiàn)較大變化，各層水分開(kāi)始入滲；第2個(gè)洪峰期間，融雪水向土壤深層入滲，對(duì)洪峰流量有一定程度的削弱；第3個(gè)洪峰期間，融雪水入滲過(guò)程使融雪水地面產(chǎn)流減小，融雪洪水峰值同樣受到影響。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)氣候特征、水文觀測(cè)資料開(kāi)展融雪洪水測(cè)報(bào)完全可行，且測(cè)報(bào)過(guò)程中必須將重點(diǎn)放在季節(jié)性?xún)鐾辽疃?0 cm 以?xún)?nèi)，以增強(qiáng)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性及代表性。項(xiàng)目區(qū)融雪洪水的出現(xiàn)是氣候溫度、積雪深度、季節(jié)性?xún)鐾廖锢硖匦缘染C合作用的結(jié)果，應(yīng)對(duì)各因素影響程度分別進(jìn)行計(jì)算和分析，并以影響最大的因素作為河道融雪洪水測(cè)報(bào)及管理重點(diǎn)。