新疆黃水溝水文站測站特性分析

王正勇

（新疆巴音郭楞水文勘測局，新疆 巴州 841000）

1 測站概況

黃水溝水文站位于新疆維吾爾自治區巴音郭楞蒙古自治州和靜縣和靜鎮境內，是黃水溝出山口處的國家基本水文站，測驗方式為駐測。該站于1955 年6 月由新疆水利廳設立，初設為水位站，一年后改為水文站觀測至今，領導機關為新疆水文局。測站以上集水面積4311 km2，海拔高程1321 m，河源至山口河長為110 km，控制著黃水溝來水量，為區域代表站。

該站主要測驗項目包括水位、流量、泥沙、冰情、降水量、蒸發量（口徑20 cm）、水溫、氣溫、比降、水質等，流量測驗精度二類，泥沙測驗精度三類。

黃水溝水文站設站目的主要是為黃水溝及開都河水資源評價、區域水文特征、水文規律研究積累資料；也為水資源統一管理、水環境保護、防洪減災等實時水文監測，并提供水文信息服務和水文分析成果等功能。

2 流域地形地貌及植被

黃水溝發源于中天山的天格爾山南坡，自北向南流入焉耆盆地西北部，流域呈扇狀。流域中部巴倫臺鎮以上有兩條支流，西支巴音溝，東支為烏拉斯臺溝，后者為黃水溝主流。流域中上部為天然草地，植被覆蓋率較高，對水源有一定的涵養作用；流域中部至山口多為風化巖石山脈，缺乏土壤覆蓋基本上無植被生長，水源涵養能力極差。該流域地勢落差大，河流源頭與黃水溝站河段處高差約為2000 m，河流表現出典型的山溪性河流特點。

3 測驗河段基本情況

黃水溝水文站測驗河段順直長度約300 m，基本水尺斷面上游約100 m，下游約200 m。測驗斷面最大河寬50 m，左右兩岸均為鉛絲籠人工護岸，河床由卵石、砂礫組成，無水生植物生長。受基本水尺斷面上游45 m 處三孔拱形公路橋洞導流影響，測驗河段河床呈現出右低左高現象。低水時水流集中在右岸，對河床沖淤變化影響不大，水面寬一般在12 m～25 m 之間變化。中、高水時水流布滿河道，對左岸河床有沖淤變化影響，水面寬一般在25 m～50 m 之間變化。斷面高、中、低水時均無岔流、串流、逆流、回水、死水等水流現象。

黃水溝水文站基本水尺斷面與測流斷面重合，水位用浮子式水位計觀測，直立式水尺人工觀測校核；測流設施為吊箱測流，根據河寬均勻布設測深測速垂線，用一點法測速，視水位變化布設測流次數。根據水文資料整編規范，暢流期用水位流量關系曲線法推求流量，冰期用連實測流量過程線法推求流量。

4 徑流與洪水

4.1 徑流

根據黃水溝水文站1956 年～2011 年實測逐月徑流資料，分析得該站多年平均年徑流量的年內分配情況，從歷年月徑流資料來看，水量主要集中于汛期，占全年的57.6%，見表1。

黃水溝水文站多年平均徑流量為2.894×108m3，水量較小。采用頻率流量進行流量級劃分[1]，確定出該站高水流量為大于350 m3/s, 中水流量為250 m3/s～350 m3/s，低水流量為小于250 m3/s。

4.2 洪水

黃水溝水文站1956 年～2011 年超過防洪警戒流量120 m3/s以上的年最大洪峰流量發生過31 次，多年平均年最大洪峰流量為167 m3/s。1996 年7 月19 日發生的602 m3/s 的洪峰為有實測資料的最大值，2000 年7 月18 日和1994 年7 月15 日發生的517 m3/s 和437 m3/s 的洪峰流量分別排在歷史洪水的第二和第三位。年最大洪峰多出現6 月～8 月，7 月、8 月最多，影響年最大洪峰流量的主要氣象因素是降水和氣溫。黃水溝洪水主要為融雪型洪水、暴雨型洪水和暴雨融雪混合型洪水三種類型：（1）融雪型洪水主要受氣溫影響，隨著氣溫升高，高山冰川和積雪融化形成，洪峰小，較穩定，一日一峰；洪水量級也不大，較平緩。典型融雪型洪水如1980 年5 月9 日至15 日洪水，最大洪峰流量79.9 m3/s，見圖1；（2）暴雨型洪水由降雨形成，主要集中在7 月～8 月的主汛期，其特點為降雨強度大，匯流時間短。洪水具有來勢洶猛，突漲突落，洪峰高但洪量不大、破壞性強的特點。如1976 年8 月6 日洪水，最大洪峰流量109 m3/s，見圖2；（3）暴雨融雪混合型洪水主要由氣溫和降雨共同作用疊加形成，具有來勢猛、洪量大、破壞性強等特點。如1996 年7月19 日洪水，洪峰流量602 m3/s，見圖3。

圖1 黃水溝站洪水1980 年融雪型洪水過程線

圖2 黃水溝站洪水1976 年暴雨型洪水過程線

圖3 黃水溝站洪水1996 年暴雨融雪混合型洪水過程線

5 測站特性

5.1 降水特性

黃水溝流域地處背風，降水較少。根據黃水溝1956 年～2011 年的降水資料，據統計年平均降水量為64.2 mm，最大年降水量為161.3 mm（1993 年），最小年降水量為12.4 mm（1968年），年內降水量集中在夏季，6 月～8 月降水量占年降水量的60.9%。年內降水量多集中在5 至9 月，而1 月～4 月、10 月～12 月降水量較少。季節性分配不均勻，6 月～8 月夏季雨量可占全年60%以上，春秋兩季雨量相差不大各占全年16%左右，冬季12 月～2 月降水比例低于全年降水的8%。最大月降水在7 月，占年內降水量28%左右，最小月降水在2 月，占年內降水量0.4%左右。汛期降水多以暴雨形式發生，雨水主要降落在流域中上部的山區地帶。

5.2 水沙特性

黃水溝水量主要來源于中天山的天格爾山南坡，以冰雪融水和雨水形成地表徑流量，多年平均年徑流量為2.894×108m3。統計徑流量年內分配，6 月～8 月夏水為水量集中時期，可占年水量的55%以上，連續最大四個月5 月～8 月水量可占到年水量的65%左右；其余三個季節的水量不足年水量的50%。輸沙量的年內分配極不均勻，多年平均年輸沙量為29.47 萬t，年輸沙量多集中在4 月～9 月，可占全年98%以上，連續最大四個月5 月～8 月輸沙量可占到年輸沙量的95%左右。汛期各時段輸沙率與年平均輸沙率相關系數為1.0。

黃水溝水文站洪水期洪峰在測驗斷面上的反映均為陡漲陡落，且水、沙峰過程峰形都較為尖瘦。對應水、沙過程線，二者之間表現出峰形相似、峰谷相應的特點。徑流量與輸沙量在年際變化中也具有一致性。

5.3 斷面沖淤特性

分別計算黃水溝水文站各級流量上大洪水前后的斷面面積增減量，從中可以看出黃水溝水文站的測驗斷面受沖淤變化影響較大。例如：1996 年7 月該站排名歷史第一位大洪水過后，測驗斷面沖淤積面積高達18 m2，沖淤位置主要發生在起點距18 m～50 m 之間，河床最大變幅深度達到1.5 m，有先沖后淤的特點。該站流量在130 m3/s 時，測驗斷面就會產生沖淤變化，當流量大于170 m3/s 時，測驗斷面沖淤變化明顯加劇，流量小于100 m3/s 時，測驗斷面沖淤變化不明顯。測驗斷面還存在左岸穩定于右岸，年際變化頻繁于年內變化的特點,見圖4。

圖4 1996 年洪水前后斷面對比圖

5.4 浮標系數

根據《河流流量測驗規范》[2]，黃水溝水文站高水期需要使用浮標法施測流量，浮標系數是浮標法施測流量計算中的重要參數，按規定需要定期率定浮標系數。該站浮標系數試驗分析選用了2000 年～2005 年中、高水資料25 次，且大部分資料為高水位級流量資料。均勻浮標有效位置橫向分部基本控制在流速儀測速垂線位置上，中泓浮標法是在均勻浮標法測速歷時短的位置上選取2～3 條垂線作為中泓資料[3]。經計算，得出黃水溝水文站均勻浮標系數為0.78，中泓浮標系數為0.61。

5.5 水位流量關系

黃水溝水文站水位流量關系未能達到單值化，表現為多線關系，即：在同一水位條件下，會有不同的流量值存在。出現多條水位流量關系的主要原因是該站的斷面面積、斷面流速變化都比較大，且兩者之間的互補性較差所致。經統計，該站年內最大洪水小于120 m3/s 時，水位流量關系多為單一線，年內最大洪水大于120 m3/s 時，水位流量關系為多線。

5.6 輸沙特征

黃水溝流域懸移質泥沙年內分配極不均勻，夏季大量冰雪融水和局部暴雨洪水攜帶大量泥沙進入河道，使得夏季輸沙量高度集中。黃水溝水文站連續最大四個月輸沙量出現在夏季5月～8 月，其輸沙量占年輸沙量的99.11%以上，最大月輸沙量基本出現在7 月份，占年輸沙量的69.9%。輸沙量年內分配見表2。

表2 參證站輸沙量年內集中程度統計表

黃水溝水文站多年平均年輸沙量為29.47×104t，多年平均輸沙模數68.36 t/km2，黃水溝流域懸移質輸沙量、含沙量的年際變化都較大，年最大與年最小懸移質輸沙量比值為76 倍，年平均最大與年平均最小含沙量比值為56 倍。黃水溝水文站懸移質含沙量、輸沙量年際變化見表3。

表3 懸移質輸沙量、含沙量年際變化匯總表

黃水溝水文站的單- 斷沙關系是一條45°的直線，點線配合良好。

6 結語

黃水溝水文站降水主要集中在6 月～8 月，多以暴雨形式發生在山區，洪水陡漲陡落；水量主要來源于流域中上部，徑流量年內分配和洪水發生時間基本一致，主要集中在6 月～8 月；泥沙主要來源于流域中部至山口，輸沙量年內分配主要集中在5 月～8 月；中高水斷面沖淤量大，不穩定；水位流量關系不穩定，多表現為多線關系；單- 斷沙關系是一條45°角的直線，點線配合良好。