新疆叶尔羌河近65年以来水沙特性分析

李志峰

(新疆喀什水文勘测局，新疆 喀什 844000)

1 叶尔羌河流域概况

叶尔羌河流域位于新疆自治区的西南部[1]。流域总的集水面积为10.81×104km2，山区和平原区面积分别为6.08×104、4.73×104km2[2]。喀喇昆仑山北麓是叶尔羌河发源地，叶尔羌水系源头流向为西北，汇合克勒青支流后，河流从西北向南北进行转向。再与支流塔什库尔干河进行汇合后呈西南-东北流向，在出山口流经巴楚、泽普、莎车、麦盖提等县，最后在塔里木河汇入，叶尔羌河河流总长度为1078km[3]，卡群水文站为其上游出山口水量控制站，衣干其渡口和48团渡口水文站是其中下游主要控制站点[4]。叶尔羌河流域冰川总面积达到5942km2，属于典型融雪补给型河流。根据相关研究表明，叶尔羌河流域危害最大的一种洪水是冰川湖突发洪水，8月下旬至9月上旬是此类洪水多发的时间，一些年份甚至在冬季出现冰川湖突发洪水。叶尔羌河、提孜那甫河、乌鲁克河、柯克亚河是叶尔羌河水系内的四大河流，水系各河流多年平均径流量见表1。乌鲁克河与柯克亚河属于年径流量低于1亿m3的小河流。提孜那甫河和叶尔羌河通过“引叶济提”水利工程进行连通，柯克亚河与乌鲁克河通过蒙卡提渠和提孜那甫河进行连通[5]。叶尔羌河流域可分为5个气候小区，第一个气候小区为年平均气温低于0℃的昆仑山气候区，高山区根据冰川洪水科学考察测定年降水量在500～700mm左右[6]。第二个气候区为帕米尔高原气候区，区域年均气温在3.5℃左右且冬季寒冷漫长，夏季气温较为温和，年降水量多年均值在70mm左右[7]。第三个为低山丘陵气候区，区域夏季短于冬季，气温年平均值在11℃左右，降水量年均值一般在70mm左右，夏季较易发生山洪或泥沙流。第四个为平原气候区，区域降水量多年均值在40～60mm之间，秋季气温下降速率较快，春季温度上升速率较快，秋季温度低于春季温度，有利于区域农业发展[8]。第五个为沙漠气候区，该区域靠近塔克拉玛干沙漠，区域气温多年均值超过12℃，降水量多年均值低于40mm[9-10]。

表1 叶尔羌流域主要河流径流统计结果 单位：亿m3

2 选用站点及数据情况

叶尔羌是新疆水文站点布设重点河流之一，从20世纪50年代开始叶尔羌河布设有13处国家基本水文站点，目前由于水文站点停止观测和站点撤销等原因，具有较连续水文数据系列的站点分别为库鲁克栏杆站、卡群站、依干其渡口站和48团渡口水文站。各站点基本情况见表2。水文数据选用库鲁克栏杆站、卡群站、依干其渡口站和48团渡口水文站建站以来的系列数据进行分析，选用站点系列年份见表3。

表2 叶尔羌水系主要控制水文站基本情况

表3 叶尔羌水系主要控制水文站观测数据系列情况

3 水文特性分析

3.1 降水特性分析

结合各水文站实测数据，对叶尔羌河流域降水年内和年际变化进行分析，降水年内分配结果见表4。

叶尔羌流域降水空间分布主要受地形和地貌的影响，山区降水量较大，而平原地带降水量偏少。年降水量在500～700mm的集中在高山区域，降水量在海拔低于2000m的区域存在明显的垂直递减变化。叶尔羌河流域多年降水量总体从西向东、从南向北逐步递减，每百米高程降水量的递增幅度在6～7mm之间。塔克拉玛干边缘沙漠区降水量最小，年降水量均值低于40mm。从表4中可看出，叶尔羌河流域主要集中在汛期，此外秋季降水量低于春季降水量，因此利于区域春季旱情补水，夏季降水量占全年降水量的比重为37.6%～64.2%之间。降水量连续4个月最大主要集中在5—8月份，占全年降水量的比例介于55.9%～78.2%之间。降水量最大的月份在5—7月之间，占全年降水量的比例为16.3%～24.2%之间。降水量最小值出现在11—12月，以及次年的1月份，占全年降水量比重为0.5%～2.5%之间。叶尔羌河年降水量最大和最小值比值介于3.8～19.2之间。低海拔向高海拔区域降水量年际呈现递增变化，降水量极值比系数越大的区域降水量越小。流域降水年际变化的年际变化Cv值介于0.34～0.72之间，且从北向南逐步递减。

表4 叶尔羌流域主要控制水文站降水年内分配统计结果

3.2 径流特性分析

基于选用库鲁克栏杆站、卡群站、依干其渡口站和48团渡口水文站实测径流数据，对流域径流年内和年际变化进行分析，见表5—6。

表5 叶尔羌流域主要控制水文站径流年内分配统计结果

表6 叶尔羌流域主要控制水文站径流年际分配统计结果

叶尔羌流域年内分配十分不均与，属于典型的冰川补给河流，6—9月份水量站全年总量的比重超高80%，月最小径流量主要出现在2月份，占全年径流总量的比例介于1.3%～2.1%之间。径流年内分配的变差系数介于0.34～0.58之间。从径流年际分配统计结果可看出，叶尔羌河流域年际变化较为稳定，变差系数介于0.18～0.21之间。年径流受昆仑山冰川融水影响调节使得年径流递减趋势较为明显，最大和最小径流之间的比值介于1.8～2.2之间。

3.3 泥沙特性分析

对叶尔羌河流域库鲁克栏杆站、卡群站、48团渡口水文站实测输沙量数据，统计分析各站点输沙量变化，结果见表7。

叶尔羌河流域受强烈寒冻剥蚀及干旱气候影响，中、低山带地表结构较为疏松，广泛分布泥石流，具有较高的河流含沙量。从表7中可看出，叶尔羌流域各水文站含沙量介于3.52～4.83kg/m3之间，年际输沙量变化高于年际径流量的变化，各站点年际输沙量变差度均高于年际输沙量的变差度，输沙量最大月份占全年比重高于40%，月输沙量最小值占全年比重低于0.02%。汛期输沙量占比最高，6—9月份库鲁克栏杆站、卡群站、48团渡口水文站输沙量占全年的比重分别为98.5%、96.7%以及99.8%。

表7 叶尔羌流域主要控制水文站年输沙量变化统计结果

4 洪水传播特性分析

结合库鲁克栏杆站、卡群站、依干其渡口站和48团渡口水文站实测洪水数据，对叶尔羌流域洪水传播特性进行了统计分析，结果见表8。

表8 叶尔羌流域洪水传播特性统计结果

表8为叶尔羌流域主要控制水文站之间洪水传播的平均时间，其中叶尔羌河流域洪水发生频次最高的为冰雪消融型洪水，根据实测洪水数据统计当流域发生冰雪消融型洪水时，库鲁克栏杆站-卡群站、卡群站-依干其渡口站、卡群站-48团渡口水文站消融型洪水传播的速度平均值分别为13.8、7.89、5.84km/h，从上游库鲁克栏杆到下游48团渡口站，洪水衰减率介于6.38～26m3/(s·km)。溃坝洪水不仅在叶尔羌河汛期发生，也时常在冬季枯水季节出现溃坝型洪水，其洪水衰减率从上游库鲁克栏杆水文站到下游明显高于消融型洪水。当发生溃坝型洪水，库鲁克栏杆站-卡群站洪水平均传播时间和传播速率分别为9.5h和11.5km/h，而卡群站-依干其渡口站洪水传播时间受河宽变大以及水利工程调蓄影响，洪水平均传播时间和传播速度分别缩短至8.7h和7.1km/h。依干其渡口站-48团渡口水文站由于区间河段的漫滩较为严重，洪水传播速率进一步减缓，降低到4.9km/h。

5 结论

(1)年降水量在500～700mm主要集中在高山区，海拔低于2000m的区域降雨量随垂直高程的递减变化，多年降水量总体从西向东、从南向北逐步递减。

(2)流域发生冰雪消融型洪水的频次最高，库鲁克栏杆站-卡群站、卡群站-依干其渡口站、卡群站-48团渡口水文站消融型洪水传播的速度均值分别为13.8、7.89、5.84km/h；

本文仅对流域水沙变化的成因进行定性分析，在后期还需对流域水沙变化影响因素进行定量研究。