三屯河碾盘庄水文站多年监测数据浅析

张婉君

(昌吉水文勘测局,新疆 昌吉 831100)

1 工程概况

1.1 三屯河流域概况

天山北坡中段、准噶尔盆地南缘发育有四条主要河流，自西向东分别为：呼图壁河、三屯河、头屯河和乌鲁木齐河，河流存在多条次级支流，呈树状分布。三屯河流域地势南高北低，由南西向北东倾斜，依次分布有高山区、中高山区、低山区和山前倾斜平原[1-3]。受地形、地貌和大气环流等因素的影响，三屯河流域南部山区降水量充沛，为流域提供水源的补给。三屯河流域的气温、降水和径流量等特征变化对农业等生产和生活方面具有重要影响，因此下文将具体基于监测数据展开具体的分析。

三屯河发源于天山北坡中段天格尔峰，河流跨越高、中、低山带，河水出山口后进入平原，消失于沙漠之中。河道上游山区河网发育良好，支流呈树状分布，主要支流源头均有冰川和永久积雪，其余支流皆源于中、低山区。三屯河的主要支流有大昌吉河和小昌吉河，两河在昌吉林厂上游500 m处汇合，汇合口下游主河道两岸沿程依次分布着孔萨拉沟、庙尔沟、板房沟、头道水、二道水等支流，沿流域坡面源源不断注入三屯河主河道，使三屯河主河道水量沿程增大。实测年平均径流量为3.543×108m3，年径最大流量为2016年的4.376×108m3，年径最小流量为2014年的2.699×108m3。

1.2 碾盘庄水文站

碾盘庄水文站是昌吉市境内的三屯河水量控制站，属省级重要水文站和自治区级报汛站。碾盘庄水文站设立于1956年6月，地理位置为东经86°55′，北纬43°43′。河长103 km，集水面积1636 km2，测站高程1088 m，河道纵坡降为17.3‰。碾盘庄河段顺直，长度约400 m，河床主要由砂砾石组成，右岸有30 m的浆砌石护岸，左岸为混凝土现浇护岸，基上300 m处有左转的弯道，下游100 m处左岸有二道水支流汇入。河槽形态为单式河槽，中高水主槽宽度在14～37 m，无岔流、串沟、逆流、回水、死水等情况发生。碾盘庄水文站监测数据为加强汛期的提前防范和科学制定流域调水计划提供数据支持。

2 多年监测数据分析

水文监测类型主要包括：地下水监测、地表水监测、空中水监测。水文监测具有以下特点：(1)传统性,对水资源进行长期有规律的监测和记载，使用者能够掌握水文水资源的准确信息。(2)及时性,水文监测的特殊作用，尤其是对应急事件，水文监测可实现对洪水信息的收集和传达，为相关部门制定洪涝等自然灾害的应对策略提供依据。(3)标准性，在进行水文监测时需要遵循一定的标准[4-6]。

2.1 气温监测

根据1977—2019年气温监测资料显示，碾盘庄河段最高气温为39.4 ℃(2006年7月31日)，最低气温为-31.4 ℃(1984年12月23日)，每年的最高气温多发生在7—8月，最低气温多发生在1—2月。图1为1977—2019年碾盘庄水文站多年气温监测情况。从图中可知，碾盘庄河段年最高气温介于30～ 40 ℃之间，年最低气温介于-32～-20 ℃之间，年平均气温在5～8 ℃之间，表明碾盘庄河段四季温差较大。

图1 碾盘庄水文站多年气温监测曲线

2.2 降水监测

受大气环流中纬度环流影响，碾盘庄河段降水水汽主要来源于西风环流，降水为大气降水。根据1977—2019年水量监测资料显示，碾盘庄河段内的年最低降水量为162.5 mm(1977年)，年最高降水量为397.9 mm(1987年)，多年平均降水量为278.7 mm。降水多发生在春、夏两季，而秋、冬两季较少。图2为1977—2019年碾盘庄水文站多年月平均降水的情况。从图中可知，碾盘庄降水主要集中在每年的4—9月，最大降水量为7月平均降水量53.1 mm；12月—次年2月，降水量偏少，最小降水量为1月平均降水量5.1 mm。此外，受地形和大气环流的影响，每年的7—8月由于局部环流系统的强对流天气，在碾盘庄河段形成局部暴雨。同时根据《中国气象灾害大典—新疆卷》的记录，北疆地区出现过9次大范围长时间的干旱，其中1977—1978年和1985—1986年的干旱时段，均历时长达14个月[7-8]。

图2 碾盘庄水文站多年月平均降水直方图

2.3 径流量监测

根据1977—2019年碾盘庄河段径流量监测资料显示，碾盘庄河段年均最大径流量为13.8 m3/s(1987年)，年均最小径流量为8.6 m3/s(1977年)，图3为1977—2019年碾盘庄水文站多年月平均径流量监测情况，从图中可知河段径流量主要集中在5—9月，以6—8月最高，径流量分别为 27.9 m3/s、36.9 m3/s、27.0 m3/s；10月—次年4月的径流量小，介于1.0～4.0 m3/s之间。监测成果显示，碾盘庄水文站洪水最早出现时间为7月15日，最晚结束时间为8月15日，洪峰的最短持续时间为30 min，最长持续时间为2 h。其中，中高水位级一个垂线测深测速平均时间为4 min，一次测流过程需要 48 min左右；低水位级一个垂线测深测速平均时间为3 min，一次测流过程需要30 min左右。主汛期与非汛期水位、径流量过程线变化趋势连续、一致。冬季不结冰，但水位受闸门启闭影响会产生突变,历年水位、径流量关系曲线高水控制较好，断面不受洪水冲淤等因素影响。

图3 碾盘庄水文站多年月平均径流量直方图

2.4 综合分析

2.4.1 气温和降水的相关性

通过对1977—2019年碾盘庄河段气温、降水监测数据的统计分析，每年6—8月，碾盘庄河段气温呈显著上升的趋势，降水量增多，降水量和气温变化趋势基本一致。12月—次年2月气温低，降水量少。据此得出夏季和冬季气温与降水的变化具有较好的正相关关系，即夏季降雨洪峰一般对应高温天气，冬季降雨稀少对应较低温天气。

2.4.2 降水和径流量的相关性

1977—2019年碾盘庄河段降水、径流量监测数据表明，每年的5—9月是径流量高峰期，这和4—9月集中降水期大致吻合。表明降水和径流量较好的正相关关系，即随着降水量的增多，河段径流量也呈增大趋势，表现出降水向河流补给大大增加河流径流量的特征。同理，当降水补给不足时，径流量也较少。

3 结 语

通过对三屯河碾盘庄水文站监测数据资料进行分析，得出气温、降水、径流量的变化规律及其相互关系特征。三屯河流域碾盘庄水文站水量、水质动态变化的准确监测对于整个流域的规划和管理具有重要意义。不仅为三屯河水资源调查评价、水质特征、水文规律研究积累了丰富的基础资料，同时也为整个三屯河流域的资源开发利用、统一管理、生态环境治理等工作提供基础数据和有力支撑。