新疆東部區域水文特性分析

吳 冰，吳江濤

(新疆哈密水文水資源勘測局，新疆哈密839000)

1 概況

1.1 頭道溝流域

頭道溝流域位于天山山脈最東端喀爾里克山的南坡，東與故鄉河流域相接［1］;控制斷面南側4km是新疆哈密地區最大的水庫——石城子水庫，石城子水庫以南是廣闊的哈密盆地;西與南山口流域為鄰;北側以東天山脊線為界。有全流域唯一水文站，，即頭道溝水文控制站，水文站以上控制面積371 km2，河長41.5 km，流域最高峰3 057 m，流域平均高程2 445 m，平均坡降35.5‰。

頭道溝流域氣候特征［2］:春季升溫不穩定，多寒潮降溫型大風，風向以東北風為主。空氣干燥，蒸發量大，易發生倒春寒。夏季天氣多晴朗，日照時間長，太陽輻射強，晝夜溫差大，降水多，蒸發也大;秋季和春季氣候涼爽，日照充足，但歷時較短;冬季干燥寒冷，降水量少。

頭道溝是新疆新疆東部區域眾多沒有冰川消融水補給河流中年徑流量最大的河流，頭道溝水文站始建于1955年6月，一直連續觀測至今，實測多年平均徑流量2374×104m3(還原后年徑流量2620×104m3)。

頭道溝流域的水文特性見表1，頭道溝流域水系見圖1。

1.2 新疆東部區域

這里所指新疆東部區域，包含新疆的哈密地區、吐魯番地區和昌吉回族自治州鄰近哈密地區的奇臺縣及木壘縣，是聯系內地的“窗口”，是古“絲綢之路”和亞歐大陸橋的樞紐。全區域東西長約600 km，南北寬約440 km，總面積約25×104km2，人口約120×104。

新疆東部區域的氣候特性總體講同頭道溝流域一樣，具有日照強、蒸發大、降水少、冬季和夏季歷時長的特性。區域海拔200～1 000 m的地方平均年降水量在15～70 mm，多年平均日照時數 3000～3 380 h，≥10℃的活動積溫約為4 450℃，日照時數為全國之首;像海拔高程738 m的哈密氣象站多年平均年降水量38.4 mm，蒸發量高達2 881.0 mm(口徑20 cm蒸發量)，而海拔高程498 m的淖毛湖氣象站多年平均年降水量僅15.8 mm。

表1 頭道溝流域水文特性表

2 徑流

2.1 頭道溝河年徑流量

頭道溝河的徑流量主要靠山區裂隙水和直接降雨［4］，河流的豐枯主要取決于集水區域內的溫度和降水。因山體低矮高山區沒有永久冰川，故中、高山區在冬、春季節有一定積雪，但這些積雪在每年的4—5月份基本全部消融，因而每年都發生大小不等的春洪，造成每年該時期徑流量占年徑流量的47.8%。夏天(6—8月份)降水量占年降水量的75.2%，但這些降水量絕大部分被蒸發、下滲，只有發生高強度暴雨時(一次降水≥5mm才能形成地表徑流)，來不及下滲的降水徑流形成暴雨洪水，故夏天發生夏洪的機率相對較少，夏天洪峰流量的大小取決于流域內降水量的強度和范圍。頭道溝流域［5］多年平均年徑流量2374×104m3，由于上游開發草場和耕地經計算消耗246×104m3，故經還原后該流域原始平均年徑流量2620×104m3，變差系數Cv為0.40，偏差系數Cs為1.20(3 Cv)，最大年徑流量5170×104m3(1993年)，最小年徑流量1276×104m3(1978年)，變差4.1倍，頭道溝流域設計年徑流量頻率分析計算見表2。

頭道溝河的年徑流量在年內變化很大，全年的徑流量主要集中在汛期的4—6月份，占年徑流量的57.9%，其中5月份的徑流量占年徑流量的30.4%，夏天徑流調節是本流域的主要特性，頭道溝河年徑流量年內分配見表2。

表2 頭道溝河流設計年徑流量頻率分析計算成果表

表3 頭道溝河年徑流量年內分配表

2.2 新疆東部區域

新疆東部區域共有長流水河流104條，其中哈密地區75條、吐魯番地區14條、昌吉回族自治州的奇臺縣及木壘縣15條，年徑流量大于2 000萬m3的有20條。

新疆東部區域約有30條河流受冰川消融水影響，其余河流基本沒有冰川消融水補給，即使個別河流有冰川消融水補給，占河流的徑流也很少，一般不足年徑流的3%，基本可以忽略不計，不受冰川消融水影響的河流構成主體。區域眾多沒有冰川消融水補給的河流基本都像頭道溝流域一樣，河流分布在東天山南北兩側，水量來自山區裂隙水和直接降雨，河流的豐枯主要取決于集水區域內的溫度和降水。因山體低矮，流域的中、高山區在冬、春季節有一定積雪，但這些積雪在每年的4—5月份全部消融。

2.3 地表水資源量情勢比較

經用頭道溝水文站自1955年—2007年的徑流情勢與新疆東部區域同期徑流情勢比較，認為新疆東部區域沒受冰川消融水影響河流的年徑流情勢與頭道溝水文站基本一致，頭道溝水文站徑流情勢與新疆東部區域同期徑流情勢見表4。

表4 頭道溝河年徑流豐枯年景與新疆東部區域豐枯年景比較表

從表4明顯看出，頭道溝流域和新疆東部區域是個水情 豐枯變化非常大的流域，其中特豐和特枯的年份占總年數的26.9%和25.0%，超過總年數的50%，這意味著這片土地多年平均每2年就會有特豐或特枯的現象出現，而年徑流量≥正常年份占總年數的 50.0%，≤正常年份占總年數的65.4%，正常年份僅占總年數的15.4%，這種現象違背了河流經若干年觀測(一般20—30年)，其均值應接近常數的特點，表明頭道溝流域和新疆東部區域一樣是一個水量豐、欠反復變化極大的地域。

這種特豐和特枯年份相對較多的現實特點，意味著這片區域修建多年調節水庫的必要性。

3 洪水

頭道溝流域的洪水從時間上分為春洪和夏洪。從類型上分為:融雪型洪水、暴雨型洪水兩種。這些水文特性與新疆東部區域沒有冰川消融水補給的流域情勢基本一致。

3.1 頭道溝流域洪水

3.1.1 融雪型洪水

冰雪型洪水則發生于每年的4—5月，洪量取決于山區的氣溫和降水，洪水具有明顯的日周期變化規律，而且一天比一天高，洪水一般分2～3個過程，每個過程維持一周左右，整個春洪約歷時不足一個月，但首場洪水的含沙量較大，頭道溝水文站典型融雪型洪水過程見圖2。

3.1.2 暴雨型洪水

暴雨型洪水通常發生在每年的6月下旬—8月中旬，這類洪水往往峰高量小，持續時間短，水中泥沙含量大。例如2007年7月17日，西西伯利亞、巴爾喀什湖的冷氣流在流域內與來自青藏高原的暖氣流相遇，造成局地高強度冷鋒雨，造成頭道溝河道內洪水猛漲，大水約30 min，最大洪峰流量達134 m3/s，為漲水前1 d最大流量的335倍，是始漲點流量的73倍;洪水中沙峰的懸移質泥沙含量為538 kg/m3，為漲水前一天最大含沙量的1萬多倍，頭道溝水文站典型暴雨洪水過程見圖3。

3.2 新疆東部區域沒有冰川消融水影響的河流

新疆東部區域沒有冰川消融水影響河流的洪水均來自流域內因高溫導致的融雪性洪水和因降水導致的暴雨洪水。

3.2.1 融雪性洪水

這些流域因山體低矮，冬春季有一些季節性積雪，春季隨著氣溫的回升，淺山區及高山區的積雪便開始消融補給河流，春洪水量的大小主要與山區積雪的多少有關。融雪型洪水一般發生在每年的4—5月。此類洪水一般峰不高，量不大，時程分布比較平坦，呈1 d1峰的過程。

3.2.2 暴雨洪水

暴雨洪水大多發生在6月下旬—8月中旬，主要有兩種類型，一種是局部性暴雨產生的洪水，這類洪水的特點是:雨區范圍小，強度大，歷時短，匯流迅速，通常雨一停馬上形成洪水，洪水往往來勢兇猛，陡漲陡落，峰高量小，持續時間短，這類洪水對下游總的講危害相對不大，但洪水帶來的泥沙，對某些水利設施的淤積影響較大;另一類是由大范圍降雨產生洪水，這類洪水常伴有大的天氣過程，造成大范圍的降雨，這類暴雨多降在山區，雨區籠罩面積大，歷時長，可形成大洪水，給各地帶來較大災害的大多屬這類洪水。

3.3 洪水特性的比較

頭道溝流域的洪水情勢與新疆東部區域洪水情勢驚人相似，水文站自1955年—2007年的洪水情勢與新疆東部區域同期洪水情勢見表表5。

從表5看出，新疆東部區域和頭道溝流域有共同的特點，是個旱、澇多變的區域，其中特豐和特枯的年份占總年數的21.2%和38.5%，正常年份僅占總年數的13.5%，這種現象同徑流量一樣違背了河流經若干年觀測，其均值應接近常數的規律，表明頭道溝河和新疆東部區域眾多河流一樣是一個洪水多發，極旱年份多現的特點。還有:1)頭道溝水文站的年徑流大于多年均值30%時，新疆東部區域各河流的年徑流多是特豐水年，至少是個豐水年;2)頭道溝水文站的年徑流小于多年均值30%時，新疆東部區域范圍內各河流的多為特枯年份，至少是個枯水年份;3)頭道溝水文站的年最大洪峰流量出現在夏季(6—8月份)的話，新疆東部區域各河流多為春季旱，夏季澇，洪峰流量越大，春季越旱;4)頭道溝水文站的年最大洪峰流量大于多年均值30%時，新疆東部區域范圍內各河流為洪水多發年;5)頭道溝水文站的年最大洪峰流量小于多年均值30%時，哈密地區范圍內各河流均沒有發生較大洪水(指大于多年均值)。

4 結束語

頭道溝河的徑流情勢和新疆東部區域沒有冰川消融水補給河流的水文情勢驚人相似，研究、分析該流域的水文特性對其它流域具有普遍的意義。頭道溝流域的氣候條件、年徑流量、洪水的豐枯規律，基本代表了新疆東部區域沒有冰川消融水補給河流相應的水文信息。

研究干旱區河流，就是揭示干旱區以河流為單元的水分循環內在規律，服務于當地社會經濟的可持續發展。頭道溝河在新疆東部區域的中小河流中具有較好代表性。不論是氣候因素，還是徑流的形成、洪水的發生，總的看都極為相似。通過上述分析，反映出新疆東部區域是個水資源量極度匱乏，洪、澇反復多現，水資源年內分配極不均勻，以旱為主的地方，水資源量與面積的比值極不相稱，“旱”構成了新疆東部區域水量情勢的核心，節約用水、科學用水是新疆東部區域永恒的話題。

［1］駱光曉，等.新疆哈密石城子河流域水文水資源分析［J］，干旱區研究，2008(4):478－484.

［2］哈密地區地方志編纂委員會，哈密年鑒［M］，烏魯木齊:新疆人民出版社.

［3］劉潮海，等，中國冰川目錄［M］.北京:科學出版社，1986.

［4］駱光曉，等，新疆哈密地區地表水資源量趨勢分析［J］，水文，2007 (5):92－95.

［5］周聿超.新疆河流水文水資源［M］.烏魯木齊:新疆科技衛生出版社，1999.

圖2 頭道溝1988年4月融雪洪水過程線

圖3 頭道溝站2007年7月暴雨洪水過程線

表5 頭道溝河年最大流量澇枯與新疆東部區域澇枯比較表