高 鵬

（新疆哈密水文勘測(cè)局,新疆 哈密 839000）

1 流域概況

大白楊溝流域位于新疆境內(nèi)。流域出山口以上集水面積33 km2,大白楊溝位于流域出山口處,海拔高度2240 m。當(dāng)前在行政管理方面劃歸到哈密市中。

流域的整體地勢(shì)呈現(xiàn)為北高南低,受地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)影響,使得地區(qū)范圍內(nèi)表現(xiàn)出高中山區(qū)、傾斜平原區(qū)、低山丘陵區(qū)的地質(zhì)外貌結(jié)構(gòu)[1]。區(qū)域內(nèi)的土壤類型隨著流域高度變化而變化,從流域高處到低處表現(xiàn)出較為復(fù)雜、豐富的土壤類型。平原區(qū)土壤類型較復(fù)雜,沖洪積扇上部主要是普通棕漠土,面積較大。中山區(qū)以山地森林為主,針葉林屬于主要的植被類型；高山區(qū)在植被覆蓋上主要表現(xiàn)為草甸植被,低山區(qū)以羽茅、蒿屬草等草類植物居多,另外河谷地帶種植有一定數(shù)量的農(nóng)作物。河槽位置的山體表層受到較為嚴(yán)重的風(fēng)化,自身實(shí)際的蓄水能力相對(duì)不足。

大白楊溝流域發(fā)源于東天山的巴里坤山南坡,流域河流源短流急、河床狹窄,坡降大、滲漏大、河槽具備的實(shí)際蓄水能力較為不足。在流域內(nèi)的中高山區(qū)部位,屬于流域水量的主要聚集區(qū)域,水量呈現(xiàn)逐漸增多趨勢(shì),在水流出山口后,進(jìn)入到流域透水性相對(duì)較強(qiáng)的地帶,通過(guò)透水進(jìn)入地層之中,補(bǔ)充流域內(nèi)的地下水源。河流出山口以上集水面積33 km2,河流全長(zhǎng)13 km,流域平均高程3032 m,大白楊溝流域特征值見(jiàn)表1。

表1 大白楊溝流域特征值表

2 氣候特征

大白楊溝流域無(wú)氣象觀測(cè)資料,周邊哈密氣象站資料及頭道溝水文站從海拔高程、氣象特征等條件分析較為相近,作為參證站來(lái)表述該區(qū)域的氣象特征,這兩處觀測(cè)站的資料表明。區(qū)域內(nèi)氣溫四季分明明顯,氣溫也隨地形而變化。具有明顯的垂直地帶性變化規(guī)律。春季升溫迅速,秋季在氣溫方面呈現(xiàn)明顯降低,在9月下旬便表現(xiàn)出霜凍現(xiàn)象。進(jìn)入冬季后,山區(qū)內(nèi)的氣溫下降明顯,尤其是高山區(qū),屬于流域內(nèi)最為寒冷的區(qū)域。據(jù)歷年來(lái)流域氣溫統(tǒng)計(jì),平均氣溫多集中在5℃左右,每年一月屬于最冷的月份,平均氣溫在-13℃左右,七月氣溫達(dá)到最高,平均氣溫在20℃左右,實(shí)測(cè)最高氣溫35.9℃（2006年7月）,極端實(shí)測(cè)最低氣溫-32.0℃（1967年1月）。流域內(nèi)的降水情況受到地勢(shì)結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重影響,降水量呈現(xiàn)出自東向西逐漸增多的趨勢(shì),平原地帶的降雨量相對(duì)較小,山區(qū)的降雨量相對(duì)較大。從歷年流域降水量情況來(lái)看,主要集中在6月～9月,這四個(gè)月的降水量大部分時(shí)候占到全年降水量的70%以上,從季節(jié)降水量來(lái)看,夏季降水量最多,秋季次之,冬季降水量最少。多年平均水面蒸發(fā)量2105.7 mm（φ20 cm）,最大月出現(xiàn)在6月,占年蒸發(fā)量的15.8%；最小月出現(xiàn)在12月,占年蒸發(fā)量的1.0%。

3 徑流

河流水量變化主要受氣溫、降水影響,冬季大部分河流封凍；春季積雪消融,水量逐漸增大；夏季高山積雪消融,加之山區(qū)正處于降水量較多時(shí)期,河流水量猛增,導(dǎo)致夏洪成災(zāi),年最大流量往往出現(xiàn)在此期間；秋季山區(qū)氣溫較低,高山冰川融水減少,河流水量減少。大白楊溝流域徑流主要由泉水、春季融雪水和夏季降雨組成。河流春季水量隨氣溫變化顯著,夏季常伴有局地暴雨洪水,洪水歷時(shí)短,峰低量小。坡降大,流程短、流域調(diào)蓄能力差。連續(xù)最大四個(gè)月徑流量發(fā)生在5月～8月,最大月發(fā)生在5月,大白楊溝流域春洪一般發(fā)生在每年的4月～5月,夏洪發(fā)生在6月～8月,由降雨補(bǔ)給,全年徑流量主要集中在4月～8月,10月～次年3月水量保持穩(wěn)定,主要為泉水補(bǔ)給。

3.1年徑流量

大白楊溝流域無(wú)水文觀測(cè)資料,只有幾次實(shí)測(cè)的流量資料,然后結(jié)合降水量、流域地勢(shì)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行綜合考慮,并根據(jù)地區(qū)范圍內(nèi)的年徑流深等值線圖做出計(jì)算（如圖1所示）,從中可計(jì)算出該流域范圍內(nèi)多年的平均年徑流量,實(shí)際計(jì)算數(shù)值為223.6×104m3。

圖1 哈密地區(qū)年徑流深等值線圖（局部）

設(shè)計(jì)年徑流量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)與徑流的補(bǔ)給有關(guān),在哈密地區(qū)有長(zhǎng)系列實(shí)測(cè)資料的河流中,無(wú)冰川補(bǔ)給的河流唯有頭道溝河,它的徑流由融雪水、降雨及基巖裂隙水補(bǔ)給,借用流域內(nèi)水文站實(shí)際測(cè)得的年徑流參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,具體可得到表2所示的設(shè)計(jì)年徑流量數(shù)據(jù)。

表2 流域內(nèi)設(shè)計(jì)年徑流量數(shù)據(jù)匯總

3.2 徑流的年內(nèi)分配

徑流的年內(nèi)分配主要決定于徑流的補(bǔ)給條件。流域的年徑流量,在年內(nèi)各月的分配變化較大,大白楊溝徑流以融雪水、降雨和泉水補(bǔ)給,其中泉水補(bǔ)給所占比例相對(duì)較大。春季融雪水量的多少與上游冬季積雪量的多少密切相關(guān),上游積雪多,春季升溫快,融雪水量也就大,反之,實(shí)際出現(xiàn)的融雪水量較小。流域內(nèi)水流量主要集中在4月～9月,這幾個(gè)月的流量占據(jù)全年流量的78.5%,具體年內(nèi)分配情況見(jiàn)表3,從表中數(shù)據(jù)可看出,5月份的實(shí)際流量最高,占據(jù)全年流量比例達(dá)到30.7%,而2月份屬于流域流量最小的月份,僅占到全年流量的2.5%。

表3 大白楊溝設(shè)計(jì)年徑流量月年分配表 單位：萬(wàn)m3

4 洪水

大白楊溝流域地處巴里坤山南坡,屬暴雨和融雪水補(bǔ)給的河流。大白楊溝流域的洪水主要有：①融雪洪水；②暴雨洪水。

4.1 融雪性洪水

大白楊溝流域內(nèi)最高處海拔高度3900 m,出山口處海拔高度2240m。春季洪水量的大小與上游積雪量密切相關(guān),并隨氣溫變化而異,上游區(qū)域冬季的積雪是大白楊溝春洪的主要來(lái)源,因而融雪洪水主要集中在4月、5月。此類洪水類型形成的洪峰通常不高,且表現(xiàn)出一日一峰的現(xiàn)象。

4.2 暴雨性洪水

夏季受暴雨因素影響,容易形成洪水,且通常表現(xiàn)出兩種類型：一種為局部性的連續(xù)暴雨引起,該類型洪水來(lái)勢(shì)通常較為兇猛,在降雨結(jié)束后便會(huì)呈現(xiàn)出洪水,且洪水峰值較高,但是整體洪水量相對(duì)較小,持續(xù)時(shí)間較短；另一種為區(qū)域范圍內(nèi)大面積連續(xù)性降雨,此類洪水不僅洪峰較高,而且整體洪水量較大,洪水持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),該類洪水形成多集中在夏季7月、8月,由于地區(qū)氣候因素影響,再加上流域地區(qū)范圍內(nèi)獨(dú)特的地勢(shì)環(huán)境,使得水汽在區(qū)域范圍內(nèi)聚集,進(jìn)而造成流域范圍內(nèi)大面積降雨。

4.3 設(shè)計(jì)洪水

由于大白楊溝流域地區(qū)實(shí)際監(jiān)測(cè)獲取到的洪水資料、降雨數(shù)據(jù)較為不足,主要借助相鄰地區(qū)監(jiān)測(cè)的洪水量、洪峰等參數(shù)來(lái)進(jìn)行模擬估算。本次研究中主要借助白吉、頭道溝、榆樹(shù)溝、葦子峽四個(gè)地區(qū)獲取到的洪水資料,以此為基礎(chǔ)繪制出大白楊溝流域洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線,具體見(jiàn)圖2,根據(jù)大白楊溝調(diào)查洪水,推求出不同頻率的設(shè)計(jì)洪峰流量成果；借用頭道溝站洪量模數(shù)估算大白楊溝流域設(shè)計(jì)洪水成果見(jiàn)表4。大白楊溝流域50年一遇洪水118 m3/s,百年一遇洪水182 m3/s。

圖2 哈密地區(qū)洪峰流量模比系數(shù)綜合頻率曲線

表4 大白楊溝流域設(shè)計(jì)洪水成果表

5 泥沙

在流域范圍內(nèi),部分地面土壤受雨水、融雪水沖刷,會(huì)隨水流進(jìn)入到小溪之中,然后逐漸匯聚到河流。流域內(nèi)每年的泥沙含量通常存在著較大的變化,尤其是在出現(xiàn)特大性洪水之后,往往河流中會(huì)挾帶大量的泥沙,實(shí)際輸沙量可能是平時(shí)數(shù)年輸沙量的總和[2]。

5.1 懸移質(zhì)資料估算

因大白楊溝流域無(wú)泥沙資料,根據(jù)哈密地區(qū)泥沙觀測(cè)站資料分析,頭道溝站流域自然地理特征與設(shè)計(jì)流域較相似,以頭道溝水文站為參證站,頭道溝站年內(nèi)1月～3月、10月～12月懸移質(zhì)輸沙量基本為0,4月～5月、7月～8月懸移質(zhì)輸沙量較大,6月、9月懸移質(zhì)輸沙量較小,頭道溝站多年平均懸移質(zhì)輸沙量為5.30×104t,輸沙侵蝕模數(shù)Ms=143.1 t/km2,直接移用頭道溝站侵蝕模數(shù)計(jì)算大白楊溝多年平均輸沙量,求得大白楊溝多年平均懸移質(zhì)輸沙量為0.47×104t。

5.2 推移質(zhì)輸沙量的估算

目前對(duì)推移質(zhì)來(lái)沙量的估算還沒(méi)有比較成熟的方法,系數(shù)法的基本理論是推移質(zhì)輸沙量與懸移質(zhì)輸沙量之間有較嚴(yán)密的線性關(guān)系,此關(guān)系在一定的地區(qū)河道,水文地理?xiàng)l件下相當(dāng)穩(wěn)定,根據(jù)水文水利計(jì)算教科書公式Wb=βWs,因大白楊溝屬山區(qū)河流,取β=0.30,求得每年進(jìn)入大白楊溝的推移質(zhì)輸沙量為0.141×104t。

懸移質(zhì)輸沙量加上推移質(zhì)輸沙量為泥沙總量,即多年均值0.611×104t。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)干旱區(qū)河流展開(kāi)研究,其主要目的在于研究對(duì)應(yīng)河流水分循環(huán)的實(shí)際規(guī)律,以便于更為科學(xué)合理地展開(kāi)應(yīng)用,從而為地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供參考。本次研究主要選擇大白楊溝流域作為研究對(duì)象,從多個(gè)方面研究其水文特性,同時(shí)通過(guò)本次研究也能夠促進(jìn)對(duì)周邊無(wú)資料小河流域的水文特性的掌握和了解。大白楊溝流域內(nèi)的水源補(bǔ)給主要為夏季降雨以及季節(jié)性的積雪融雪,通常表現(xiàn)出年徑流量較少,可供集水的面積較小等特點(diǎn)。大白楊溝流域范圍內(nèi)的畜牧業(yè)發(fā)展迅速,且在生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方面過(guò)于傳統(tǒng),缺乏對(duì)畜牧養(yǎng)殖數(shù)量的有效控制,造成流域范圍內(nèi)草地面積大幅度萎縮。而草地資源在出現(xiàn)萎縮之后,使得流域水土流失現(xiàn)象不斷加劇,并造成草地植被資源的嚴(yán)重退化,生態(tài)環(huán)境形成較為惡劣的循環(huán),處于不斷惡化的趨勢(shì)。受這方面因素影響,流域的中下游區(qū)域在農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)方面表現(xiàn)出明顯的缺水特征,農(nóng)業(yè)發(fā)展受到嚴(yán)重阻礙。因此,當(dāng)前加強(qiáng)對(duì)該流域的水文特性展開(kāi)研究,充分掌握其特征后制定科學(xué)的水資源利用措施,對(duì)流域水資源進(jìn)行合理分配,不僅能夠提升水資源利用效率,而且能夠?qū)Φ貐^(qū)環(huán)境改善起到積極作用,有助于水資源的可持續(xù)性利用,由此可看出,本次研究具有較為積極的意義,對(duì)國(guó)內(nèi)同類型干旱河流水資源應(yīng)用有較強(qiáng)的參考借鑒作用。