乌拉斯台沟拟建渠首区域泥沙变化特征分析

哈得力·吾拉孜别克

(新疆博尔塔拉水文勘测局，新疆 博乐 833400)

河流泥沙是反映流域水土流失程度和河川径流质量的重要指标。河流泥沙含量影响水资源的使用价值，影响湖泊、水库以及水工建筑物的使用寿命。河流泥沙与流域自然地理、气候特征及人类活动有直接关系。乌拉斯台沟作为博尔塔拉河左岸的一条较小的支流，流域范围内的河流泥沙分布基本集中在山区暴雨洪水期和平水期，枯水期泥沙很少。针对乌拉斯台沟出山口处具有修建塘坝的地形条件，为解决乌拉斯台沟灌区工程性缺水的需要，在乌拉斯台沟出山口附近拟修建拦河渠首工程。本次主要以拟建渠首区域为研究范围，以博尔塔拉河流域上的温泉水文站和阿合奇水文站作为参证站，整理分析两个水文站的多年泥沙资料进行计算比选，在此基础上对泥沙变化特征进行研究，以期为参与工程建设的设计、施工等部门提供参考。

1 乌拉斯台沟概况

乌拉斯台沟是博尔塔拉河左岸的一条较小支流，位于新疆博尔塔拉蒙古自治州温泉县北部的阿拉套山南坡，流向为由北到南为博尔塔拉河支流。乌拉斯台沟流域地理位置介于东经81°35′50″～81°38′45″，北纬45°05′40″-45°14′30″之间，流域南北长约19.8 km，东西宽约4.3 km。东部与哈拉吐鲁克河流域相连，西部与阿尔夏提河流域相接，北部以阿拉套山脉分水岭与哈萨克斯坦国接攘，南部与博尔塔拉河流域相望。行政区划分属新疆维吾尔自治区博尔塔拉蒙古自治州温泉县。乌拉斯台沟拟建渠首地理位置及水文站网分布见图1。

图1 乌拉斯台沟拟建渠首位置及水文站网分布图

2 乌拉斯台沟拟建渠首工程位置及泥沙状况

图2 乌拉斯台沟拟建渠首工程断面位置示意图

3 研究区泥沙变化特征分析

3.1 参证站温泉水文站泥沙分析

温泉水文站有1983-989和1993-2016年的悬移质泥沙输沙率和含沙量资料，由于影响泥沙资料的因素比较复杂，在此不做插补处理。

3.1.1 温泉水文站泥沙变化

博尔塔拉河流域山区河流众多，河流径流量小。山区植被覆盖较好，地表土壤侵蚀较轻，且河流径流量中冰雪融水及地下水补给比重较大，河流含沙量较小(大河沿子河除外)。主要河流年平均含沙量在0.21～1.81 kg/m3之间，较天山北坡精河以东诸河含沙量小。从纵向分布看，自河源向下游出山口，河流的悬移质含沙量呈不断增加趋势，在河流出山口处时，含沙量最大，从出山口以后，含沙量呈逐渐减小的趋势。河流含沙量的多少，受当时流域气候干旱程度、暴雨强度、下垫面条件影响。博尔塔拉河山区植被较好，坡度较小，暴雨相对较少，地下水补给量较大，河流含沙量变化较小。博尔塔拉河温泉水文站多年平均含沙量资料截至2015年为0.58 kg/m3。详见表1。

表1 温泉水文站泥沙特性成果表

博尔塔拉河上游山区坡降大，流速快，输沙能力强，温泉水文站多年平均输沙量18.6万t，河流侵蚀造成的灾害不容忽视。温泉水文站含沙量、输沙量的年际变化较大，最大年输沙量是最小年输沙量的8.6倍，最大年平均含沙量是最小年平均含沙量的7.5倍。含沙量、输沙量年际变化情况见表2。

表2 温泉水文站含沙量和输沙量年际变化表

3.1.2 乌拉斯台沟多年平均输沙量估算

1)悬移质输沙量

本次乌拉斯台沟多年平均输沙量采用水文比拟法估算。计算公式为：

Ws=MS×f

(1)

式中：Ws为多年平均年悬移质输沙量(104t)；Ms为参证站多年平均年悬移质输沙模数(t/km2)；f为集水面积(km2)。

乌拉斯台沟拟建渠首以上集水面积为52.9 km2，参证站温泉水文站以上集水面积为2 206 km2，温泉水文站多年平均年悬移质输沙量18.6×104t，求得其多年平均年悬移质输沙模数为84.3 t/km2，乌拉斯台沟拟建渠首多年平均年悬移质输沙量为0.446×104t。

2)推移质输沙量

由于缺少推移质泥沙资料，通常推移质输沙量采用悬移质输沙量乘经验系数推求。计算公式为：

Wb=β×Ws

(2)

式中：Wb为推移质输沙量(t)；Ws为 悬移质输沙量(t)；β为推移质输沙量与悬移质输沙量的比值，β在一般情况下可参考下列数值：平原地区河流：β=0.01～0.05，丘陵地区河流：β=0.05～0.15，山区河流：β=0.15～0.30。

考虑到乌拉斯台沟属山区，选取推悬比系数β=0.20。由此推求得乌拉斯台沟拟建渠首推移质输沙量为0.089×104t。则乌拉斯台沟拟建渠首输沙总量为0.535×104t。

3.2 参证站阿合奇水文站泥沙分析

阿合奇水文站位于乌尔达克赛河上，水文站有1964-1966年，1979-1993年泥沙资料，1967-1978年间停测12年。水文站悬移质泥沙实测资料连续时间最长的为1979年-1993年的15年资料。依据阿合奇水文站实测泥沙资料，对泥沙变化进行分析。

3.2.1 阿合奇水文站泥沙变化

根据阿合奇水文站悬移质泥沙实测资料，多年平均输沙量为5.985×104t，实测最大年输沙量25.6×104t，多年平均输沙模数63.81 t/km2，多年平均含沙量0.39 kg/m3，历年最大含沙量1.33 kg/m3。

乌尔达克赛河径流量年内分配相对较均匀，连续最大四个月径流量占年径流量的76.2%，但河流悬移质泥沙年内分配却极不均匀，连续最大四个月输沙量出现在夏季6-9月，其输沙量占年输沙量的91.9%，最大月输沙量出现在7月，占年量的53.6%。

3.2.2 乌拉斯台沟多年平均输沙量估算

1)悬移质输沙量

乌拉斯台沟拟建渠首以上集水面积为52.9 km2，参证站阿合奇水文站以上集水面积为938 km2，阿合奇水文站多年平均年悬移质输沙量5.985×104t，求得其多年平均年悬移质输沙模数为63.81/km2，根据公式(2)，乌拉斯台沟拟建渠首多年平均年悬移质输沙量为0.338×104t。

2)推移质输沙量

根据公式(2)，选取推悬比系数β=0.20。由此推求得乌拉斯台沟拟建渠首推移质输沙量为0.068×104t。则乌拉斯台沟拟建渠首输沙总量为0.406×104t。

3.3 估算结果比选

通过对采用的两个参证站估算的结果进行分析比较，推荐采用以温泉水文站为参证站的估算成果，即乌拉斯台沟拟建渠首多年平均年输沙总量为0.535×104t。

4 结语

乌拉斯台沟作为博尔塔拉河左岸的一条较小的支流，山口以上流域没有水利工程及农业开发活动，流域植被及水土保持情况良好，具有修建塘坝的地形条件，通过修建拦河渠首工程，可改善当地的灌溉条件，有利于水资源的合理优化配置。本次对该区域的泥沙变化特征进行研究，探明了泥沙变化的一般规律及输沙量的总量，为该工程的建设及后期运行提供了基础资料支撑。