乌鲁木齐河水文特性分析

2012-06-26谷鑫，金兵

黑龙江水利科技 2012年11期

谷鑫，金兵

(新疆乌鲁木齐水文水资源勘测局，乌鲁木齐 830000)

乌鲁木齐河水系坐落在天山的北坡中段位置，其源自于天山格尔峰一号冰川，乌鲁木齐河水系源头的海拔为4 479 m，该水系西至头屯河水系，东至柴窝洼地以及乌拉泊之间的分水岭位置，水系总体走向主要是从南到北，在此间承接各支流泉沟汇入后通达东道海子，整体长度为214 km，总流域面积为4 684 km2[1]。该水系是乌鲁木齐地区内流程最长，水量最丰沛，是乌鲁木齐城市经济和农业的主要水源。

1 乌鲁木齐地区自然概况

1.1 河流水系

乌鲁木齐地区有五大水系:乌鲁木齐河水系、头屯河水系、柴窝堡湖水系、达坂城白杨河水系与阿拉沟水系，多年平均地表水资源量为9.98亿m3。

乌鲁木齐市城市防洪建设的主要威胁是乌鲁木齐河洪水及支流河沟的局地性暴雨洪水。乌鲁木齐河是集降雨以及冰川融水、地下水来进行混合补给的河流，通过研究相关数据可以看出，英雄桥水文站多年的年径流量平均值为2.45亿m3，构成该径流的主要组成部分一般为12%的冰川融水以及37%的冰雪融水、36%的降雨，实际上地下水主要是由地表水入渗转化而得来的，其所占比例为15%，可见，乌鲁木齐河为混合性补给河流，其主要的补给来源为降雨以及冰雪融水。主要水文要素在流域内的变化大体上呈由下游到上游，随海拔高度升高降水量递增，径流深也随海拔高度升高而递增。

1.2 地形、地貌

乌鲁木齐位于天山地槽褶皱带准葛尔坳陷两个不同的构造带上，地形大致为东、南、西3面环山，北部为倾斜平原，东为东天山主峰—博格达峰，南依中天山天格尔峰，西北向准噶尔盆地倾斜。东半部南北高中间低，形成了达坂城—柴窝堡山间盆地，成为南北疆交通通道;西半部则南高北低，地势向北渐趋平缓。海拔5 445 m的博格达峰和4 562 m的天格尔峰，分别为东部及南部最高丸最低点为西北部海拔仅504 m的青格达湖。海拔＞2 000 m的山地占流域总面积的50.1%，山前丘陵占16.6%，冲洪积平原部分占33.3%。

乌鲁木齐河山区流域山势高、坡降陡，最高点为天格尔Ⅱ峰，海拔 4 479 m，最低点为西白杨沟口 1 670 m，高差2 809 m。由于山高坡陡，流水侵蚀是主要外营力，山峰间峡谷深切，盆地狭小。乌鲁木齐河流域除后峡有一小盆地外，其余皆为崎岖的山地，坡降的大小直接影响水流速度，坡降大，流速快，下渗量小，冲刷力强。

乌鲁木齐市区主要地段沿乌鲁木齐河两岸呈狭长带形依次展开，其海拔在380～920 m之间，南北长16 km，东西宽2～6 km，南高北低，自然坡降1.2% ～1.5%，市区地势相对较为平坦。

1.3 冰川

在自然界中，冰川可谓是淡水资源中最有潜力的，一直以来，冰川都是被称作是“天然固体水库”，冰川对河流的实际水量有着最为重要的调节作用，其属于一种较为可靠的水源。乌鲁木齐地区冰川资源较为丰富，主要分布在乌鲁木齐河、头屯河、阿拉沟等河流发源地天格尔峰及博格达峰南坡一带。境内冰川总计398条，总面积176.57 km2，冰储量78.65亿 m3，其中乌鲁木齐河冰川124条，面积38 km2，冰储量为12.89亿m2(表1)，平均消融量0.28×108m3/a，占河流径流量的12.1%。

表1 乌鲁木齐河水系山区冰川概况表。

1.4 气候特征

乌鲁木齐地处欧亚大陆腹地位置，其气候特征隶属于温带大陆性干旱半干旱气候。由于高山阻隔影响的原因，来自于东南方向(印度洋以及太平洋)的水汽在经过长途跋涉后到达了欧亚腹地位置时差不多已经是消失殆尽了，所以，进入到乌鲁木齐地区的大都是干热暖流。来自于北冰洋以及大西洋的冷湿气流在西风环流的作用下而进入到了新疆，其对乌鲁木齐市的影响是从西北方向开始的，这部分冷湿气流是乌鲁木齐最为主要的水汽来源。乌鲁木齐市区坐落于天山山脉凹陷位置，其成为了贯通南北冷暖气流的重要通道，使得乌鲁木齐在受到吐鄯托盆地干热风影响的同时还具备着天山北坡的气候特征，乌鲁木齐的气候整体呈现出多变的趋势。由此可见，可以将乌鲁木齐主要的气候特征概括如下:有着较大的昼夜温差，日照时间一般较长;春秋持续时间短，冬夏持续时间长，季节转换速度快，且冷热较为分明;实际的降水量较少，有着很强的蒸发性;因为受到地形的影响，导致气温以及降水地区存在着很大的差异，分析多年气温平均值情况可以得出，北部的平原地区平均气温约为6～7℃，南部山区平均气温约为-5℃以下。乌鲁木齐整体的降水趋势为，平原较少，山区较多;东部较少，西部较多;背风坡较少，迎风坡较多。采用干旱指数进行评价可知乌鲁木齐河山区隶属于半湿润气候。

2 洪水分析

导致乌鲁木齐河形成洪水的主要原因是该河流域内的暴雨以及积雪消融。春夏季是乌鲁木齐河洪水的多发季节，其中，冰雪消融型洪水是乌鲁木齐河春季洪水的主要类型，在春季一般少见暴雨性洪水;而在夏季，乌鲁木齐河洪水多见于由冰雪融水以及降水组成的混合型洪水以及暴雨型洪水。

在此，可将导致乌鲁木齐河形成洪水的主要原因分为3类:

2.1 冰雪消融型洪水

冰雪消融型洪水指的是季节性积雪以及流域内冰川由于气温持续快速回升的相应作用而在大范围内出现了消融现象，导致洪水的产生，该种洪水跟气温有着十分密切的联系。该类型洪水的主要特征为洪峰小、持续时间长、过程趋缓、洪量较大、日变化较为明显，易形成一日一峰一谷的多峰现象。从英雄桥水文站流量过程线上看，冰雪消融型洪水峰值多在午夜0～2时前后出现，而谷底则出现在下午18时左右。这类洪水无论大小，均与气温的回升速度相呼应，且有规律性地出现。例如1985年5月23日～25日，3 d里平均气温逐日上升，最大流量也逐日上升，分别为 24.0 m3/s、37.0 m3/s、46.0 m3/s。受气温回升速度、热量交换条件等因素影响，冰雪融水也会导致较大规模的洪水出现。例如1991年7月12日到15日，4 d平均气温分别为10.6、11.8、13.9、17.2 ℃，气温回升速度快，导致14日、15日2 d最大流量分别达到89.0 m3/s和104 m3/s。

2.2 暴雨型洪水

一般来说，区域性暴雨以及局地性暴雨都容易导致较大洪水的出现。暴雨型洪水具备相应特征，其中包括持续时间短、过程较为单一、有着很强的突发性、陡涨陡落、有着较小的峰高量、破坏效果明显，易造成后果较为严重的洪水灾害。

乌鲁木齐河产流区面积小，山势陡峻，坡度大，流域调蓄能力弱，降雨汇流时间短，洪峰往往起涨猛，峰顶持续时间短，落势也快，表现为雨停峰现，陡涨陡落。如1987年7月2日下午18时出现的局地性暴雨，英雄桥站实测降雨量仅4.1 mm，但1 h后，该站水位暴涨。仅1 h时间，河水流量从16.0 m3/s涨至73.0 m3/s，流量上涨率达57.0 m3/s·h。暴雨形成的洪峰流量达73.0 m3/s，而暴雨形成的洪量仅有40.32万m3。

2.3 冰雪消融与暴雨混合型洪水

冰雪消融与暴雨混合型洪水主要是由暴雨洪水以及冰雪消融洪水叠加混合而形成的，在乌鲁木齐河流域中，这种洪水是较为常见的，其一般形成于6～8月份之间，该类型洪水由于组成不尽相同的原因而同时具备了暴雨型洪水以及积雪消融型洪水的特征，其主要特征是历时长，峰高量大，在有规律的日变化过程上叠加了降雨洪峰，对水利工程、防洪对象最具威胁。由英雄桥站1996年7月18～25日冰雪消融与暴雨混合型洪水过程可见，暴雨形成的洪峰流量为352 m3/s，而暴雨形成的洪量则达到4 170万m3。

3 径流分析

本流域山区地势高寒，降水较多，是径流形成区，中下游是径流散失区，最终消失在戈壁沙漠中。

3.1 径流补给来源

乌鲁木齐河的补给有:冰川融水、融雪水、降雨和地下水。冰川融水包括冰舌和粒雪区的消融径流。融雪水由两部分组成:①山区冬季积雪在春季时的融水;②海拔＞3 500 m非冰盖区夏季积雪的融水。流域的降雨分布在中低山区及平原，山区降雨在河道的补给中占重要地位。地下水补给属冰雪融水和雨水的入渗，通过地下调节，又注入河槽的次生补给。