新疆白杨河流域阿克苏河水文特性分析

(新疆乌鲁木齐水文勘测局，新疆 乌鲁木齐 830000)

新疆白杨河流域阿克苏河水文特性分析

徐东斌

(新疆乌鲁木齐水文勘测局，新疆 乌鲁木齐 830000)

根据新疆白杨河流域阿克苏河大量实测资料，对该地区以及阿克苏河流域降水、蒸发、径流、泥沙、暴雨洪水、冰情等重要项目的水文特性进行了具体分析，初步归纳出各种水文特性的变化规律，对重新进行水资源配置，解决用水矛盾，管理好流域水资源具有一定的参考价值。

阿克苏河； 水文特性； 降水；径流；洪水

1 流域自然概况

1.1 水文地质

阿克苏河位于黑沟东侧，高崖子沟西侧，三沟均为达坂城白杨河的支流，属新疆白杨河水系。阿克苏河发源于博格达峰南麓，北南流向，流域形状呈扇形，河源与博格达山南坡冰川相连。据《中国冰川目录》2007年统计，阿克苏河共有冰川51条，占“三河”流域(黑沟、阿克苏沟、高崖子沟三条水系)冰川总数的52.3%，冰川面积为40.41 km2，冰川储量25.295亿 m3，平均雪线高度3 843 m。阿克苏河渠首断面位于阿克苏渠首的上游。断面以上河长29.3 km，集水面积351 km2，流域平均高程3 058 m，河道平均坡降53‰，流域平均宽度14.4 km，流域形状系数0.41。

阿克苏河流程短、水量小，坡陡流急。阿克苏河山口以下的平原区堆积着较厚的第四系沉积物，且新构造运动强烈，以断块升降为基本特征，“三水”转化频繁。由于受盆地内水文地质条件影响，山区地表水在运移过程中渗漏较大，地表水、地下水多次转化，穿越达坂城盆地，在达坂城区东南以泉水形成复出，汇入白杨河。河水除达坂城区引用外，大部分水量越过天山峡口，沿白杨河峡谷东南蜿蜒流出境外，经托克逊县最终注入艾丁湖。

1.2 地形地貌

阿克苏河属柴窝堡凹地东段。流域三面环山，西面开阔呈半封闭状态；北为博格达山，山体高大、奇峰峻岭，主脊在4 000 m以上，博格达峰5 445 m是东天山的最高峰；南面为天格尔山，山脊高度一般在3 000 m左右；流域南、北两侧均为强烈上升的褶皱断块山地，中间为中新生代断陷盆地，盆地底面海拔1 100 m左右，由北部山区的博格达峰至盆地底部，垂直高差达4 000 m以上；东南部为中低山区，山体较低，坡度相对较缓，白杨河沿东南方向在峰峦叠嶂中切开一条豁口(峡口)，峡口像簸箕口向西北敞开，流域地势总体上是北高南低。

1.3 土壤植被

阿克苏流域山前平原发育着地带性土壤，在洪积—冲积扇下部土壤较厚处，分布有班块状或环状的农田，是农牧区形成为旱耕栗钙土和灌耕栗钙土、棕钙土；洼地有水成土壤和盐渍土壤，主要是沼泽土、草甸土和盐渍土，植被多为草甸；而在山地有垂直带分异的土壤、植被，以博格达山南坡为例，土壤、植被垂直分带规律十分明显，自下而上可分为以下几个自然带。

1.4 气侯

达坂城区地处欧亚大陆腹地，属温带大陆性干旱和半干旱气候。其主要特点是：降水量少，蒸发能力强，日照时数长；冬季寒冷，夏季炎热，春秋两季不甚明显，年较差及昼夜温差大，具有寒热多变的典型大陆性气候特征。该地在西风环流影响下，成为吐鄯托盆地气流交换的主要通道，准噶尔盆地与吐鄯托盆地的气压和温度通过这条通道来调节，多年风力强劲，是著名的“风区”。根据达坂城气象站气象观测资料统计成果，多年平均气温8.8℃，7月平均气温26.4℃，1月平均气温-10.6℃，气温年较差42.9℃，日平均气温稳定超过20℃的天数长达105 d，日最高气温≥35℃的酷署期长达100 d，极端最高气温37.5℃，极端最低气温-40℃，≥10℃积温为5 334.9℃，日较差13℃。

2 流域水文特性分析

2.1 降水分析

2.1.1 水汽来源

阿克苏河流域远离海洋，大气中的水汽主要源于北冰洋、印度洋，部分受大西洋湿气的影响。流域地处欧亚腹地，四周高山环绕，能够输送到流域的主要气流来自西面的大西洋纬向环流和西伯利亚的干冷反汽旋环流，经西北部额尔齐斯河谷及西部伊犁河谷翻越天山进入流域。由于盆地地势低洼，气流处于下沉增温状态，不宜形成云雨，故降水稀少。北部中高山区地势较高，气流处于上升冷却状态，容易形成降水，成为流域水资源的主要补给来源。

2.1.2 降水量计算

阿克苏河出山口处雨量站实测多年平均降水量135 mm，距出山口35 km达坂城气象站实测多年平均年降水量70 mm。统计白杨河流域及周边雨量站点资料，以实测资料为依据，同时参考周边降水观测数据，根据趋势绘制白杨河流域1956—2014年年降水量等值线图。依据绘制的乌鲁木齐市降水量等值线图量算，得到阿克苏河流域山区和平原区降水量(见表1)。

表1 阿克苏河流域降水量成果表

表2 阿克苏河渠首年径流量计算成果表(频率计算法)

2.2 径流分析

阿克苏河的径流补给来源于3个方面，即冰川融雪水、降水、地下水补给，反映出的水文特征，则主要是降水与冰川融水补给为主的河流。多年平均径流量0.839 6亿 m3，最大径流量1.028亿 m3(2001年)，最小径流量0.606 9亿 m3(1983年)，丰枯比为1.69，年径流变差系数为0.16(见表2)。

依据白杨河流域及周边国家基本水文站资料为主要控制点，有短期资料的水文站为一般点，调查河流资料为参考点。根据技术大纲要求，绘制白杨河流域1956—2014年年径流深等值线图。依据乌鲁木齐市径流深等值线图量算，得到阿克苏河流域分区山区和平原区径流量(见表3)。

表3 阿克苏河流域分区径流量成果表

径流的年内分配主要与径流的补给来源有关，阿克苏河径流的年内分配极不均匀，水量集中于夏季6—8月。径流的实测系列统计表明，最大月平均径流出现在7月或8月，平均占年径流量的25.1%～32.1%；连续最大4个月径流量(6—9月)占年径流的比例占79.3%，最小月径流量阿克苏沟多出现在4月份(见表4)。

表4 阿克苏河径流年内分配表

2.3 洪水分析

2.3.1 洪水类型与成因

洪水的成因和类型与影响洪水的因素密不可分，而影响洪水的因素是错综复杂的，阿克苏河的洪水成因主要是冰川融水和暴雨洪水。洪水类型有消融型洪水、暴雨洪水及暴雨与消融混合型洪水，这与周缘的一些流域，特别是乌鲁木齐河、煤窑沟有共同之处，尤其像1996年大范围的雨雪混合型洪水，它们有着同步性，因为形成大气降水的水汽来源是一致的。(1)消融型洪水。阿克苏河发源于博格达峰南坡高山带，这里降水量较丰沛，因而每当夏季气温连续上升，便出现消融型洪水。这类洪水的主要特征是日变化明显，对于某个固定断面，峰谷出现时间较有规律；此类洪水与气温变化、冰川面积、积雪变化情况等有密切的关联性，一般融雪(冰)型洪水规模小。其特点表现为洪峰不高，洪量随着洪峰的增大而增加。(2)暴雨型洪水。博格达山位于西风带，主要影响其降水的是西北气流，据中科院考察：由于涡动气流的影响，博格达峰南坡降水不少于北坡，且集中于夏季，因而夏季常出现暴雨洪水。暴雨型洪水的主要特征是峰高量小历时短，涨率大，峰现时间不固定，洪水常挟带大量悬移质和漂浮物。(3)暴雨与消融混合型洪水。暴雨与消融混合型洪水多发生在夏季6、7、8三个月，因为高温天气与大降水都集中于夏季。近期最典型的是发生在1996年7月19日大洪水，阿克苏河最大洪峰流量为213 m3/s，位于巡测与调查洪水资料之首。(4)洪水成因。1996年7月19日大洪水前，沿天山一带气温高，4 000 m高空气温增温迅速，促使高山区大面积冰雪融化，导致河水上涨，基流增加，同时受中亚低涡的影响，出现大范围的降水，达坂城气象站24h降水量达78.9mm，超过其多年平均年降水量，使河水猛涨，出现暴雨融雪(冰)混合型洪水。该类洪水的特证是在有规律的冰川融水基础上叠加一个尖瘦的暴雨洪峰，峰高量大，历时较长，涨势迅猛，突发性强，常构成洪水灾害。

2.3.2 历史洪水及灾害

由乌鲁木齐市达坂城区林业水务局和乌鲁木齐水文勘测局对达坂城区历史洪水灾害基本情况进行整理。1996年7月19日到21日，达坂城白杨河及各支流发生了一场罕见的洪水。洪水摧毁渠道，淹没农田房舍，冲断铁路公路。7月20日凌晨白杨河铁路大桥被洪水冲垮，交通大动脉兰新铁路被迫中断近8 d；314国道后沟段被洪水淹没，严重影响南北疆及区内外公路运输达数月之久；正在施工中的吐乌大高等级公路后沟段受到严重破坏，部分路段不得不修改设计，重新施工。这次洪水灾害造成了巨大的人员伤亡、经济损失和社会影响。1996年的这场洪水给达坂城区造成巨大损失。其中高崖子、阿克苏、黑沟、三个山等引水枢纽水毁严重，导流坝、溢洪坝(溢洪道)被毁，渠道全部被泥沙淤填。据统计全区干渠被冲毁9.3 km，防洪支渠被冲毁25.8 km，防洪工程中总长4 467 m的防洪坝、14 km的铁丝坝和32 km沙石坝均被毁。供水管道被毁16.2 km，244座温室被洪水泡塌。

2.3.3 洪水计算

本次选用阿克苏河渠首断面插补后 1980—2014年35年连续实测洪峰流量资料，根据国家水利行业标准《水利水电工程水文计算规范》(SL278-2006)的要求，采用频率分析法对阿克苏河渠首断面资料进行设计洪峰流量计算。

根据阿克苏河渠首断面1980-2014年35年插补连续洪峰流量系列资料，查询了阿克苏河渠首历史上有关大洪水的资料，阿克苏河渠首1996年特大洪水排为序列之首。所以本次计算1996年阿克苏河渠首洪峰流量为213m3/s，为1972年阿克苏渠首建成以来最大的一场洪水，重现期44年，在洪水计算中将这次洪水作为特大值处理，按不连序系列进行计算。在运用矩法对系列统计参数估算的基础上，用适线法选配P-Ⅲ型频率曲线，推算阿克苏河渠首设计洪峰流量，计算成果详见表5。

表5 阿克苏河渠首洪峰流量统计参数及成果表(频率计算法)

阿克苏河多年平均洪峰流量52.1 m3/s，最大洪峰流量213 m3/s发生在1996年；最小洪峰流量11.0 m3/s，发生在1980年，最大洪峰流量与最小之比为19.4，洪峰流量变差系数为1.0。

2.4 泥沙分析

选用与阿克苏河相邻、且同属一个气候区的阜康白杨河水文站作为参证站，通过对其1979-2014年36年完整的实测悬移质泥沙资料进行白杨河悬移质泥沙特征的分析，以其估算阿克苏河渠首断面多年泥沙特征。

由此输沙模数估算得阿克苏河渠首断面多年平均悬移质泥沙输沙量分别5.14万 t。阿克苏河属山区河流，且河道坡降较大，根据流域实际情况、适用条件与范围，阿克苏河β取值0.25，阿克苏河渠首断面推移质多年平均输沙量分别为1.29万 t。则估算出阿克苏河渠首断面年输沙总量分别为6.43万 t。

2.5 冰情分析

参照临近河流冰情特性分析，阿克苏河最早开始结冰日期为1984年9月30日；最早开始解冻日期为1970年2月3日；最早开始流冰日期为1970年11月13日；最早开始封冻日期为1996年11月14日；最晚开始解冰日期为1992年3月25日；最晚终止流冰日期为1985年5月14日；最晚全部融冰日期为1979年4月14日，全年封冻天数最长为114d，出现在1970年11月21日—1971年3月15日。根据观测、调查和访问阿克苏河未出现过“冰塞”和“冰坝”现象。

3 结语

近年来，乌鲁木齐市达坂城区发展快，本文对新疆白杨河流域阿克苏河的降水、径流、洪水、泥沙、冰情等进行了分析，通过水文特性分析及时掌握阿克苏河及白杨河流域地表水资源，重新进行水资源配置，解决用水矛盾，管理好白杨河流域水资源。把握好白杨河流域地表水资源量及其变化规律，对乌鲁木齐、托克逊两地地表水资源可持续利用研究和对两地防汛减灾、合理开发利用水资源有重要意义。

[1]乌鲁木齐市达坂城区阿克苏河渠首除险加固工程水文分析计算.乌鲁木齐水文水资源勘测局.2013.3.

[2]水利长江水利委员会水文局.水利水电工程设计洪水计算规范(SL44-2006)[M].中华人民共和国水利部. 北京，中国水利电力出版社出版. 2006.

[3]水资源评价导则(SL/T238-1999)[M].中华人民共和国水利部发布.

[4]乌鲁木齐市达坂城区“三河”流域水资源及工程水文分析计算 乌鲁木齐水文水资源勘测局.2004.3.

P333

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1004-1184(2017)06-0179-03

2017-08-14

徐东斌(1968-)，男，陕西西安人，助理工程师，主要从事水文测验和工程水文分析计算等工作。