三屯河碾盤莊水文站多年監測數據淺析

張婉君

(昌吉水文勘測局,新疆 昌吉 831100)

1 工程概況

1.1 三屯河流域概況

天山北坡中段、準噶爾盆地南緣發育有四條主要河流，自西向東分別為：呼圖壁河、三屯河、頭屯河和烏魯木齊河，河流存在多條次級支流，呈樹狀分布。三屯河流域地勢南高北低，由南西向北東傾斜，依次分布有高山區、中高山區、低山區和山前傾斜平原[1-3]。受地形、地貌和大氣環流等因素的影響，三屯河流域南部山區降水量充沛，為流域提供水源的補給。三屯河流域的氣溫、降水和徑流量等特征變化對農業等生產和生活方面具有重要影響，因此下文將具體基于監測數據展開具體的分析。

三屯河發源于天山北坡中段天格爾峰，河流跨越高、中、低山帶，河水出山口后進入平原，消失于沙漠之中。河道上游山區河網發育良好，支流呈樹狀分布，主要支流源頭均有冰川和永久積雪，其余支流皆源于中、低山區。三屯河的主要支流有大昌吉河和小昌吉河，兩河在昌吉林廠上游500 m處匯合，匯合口下游主河道兩岸沿程依次分布著孔薩拉溝、廟爾溝、板房溝、頭道水、二道水等支流，沿流域坡面源源不斷注入三屯河主河道，使三屯河主河道水量沿程增大。實測年平均徑流量為3.543×108m3，年徑最大流量為2016年的4.376×108m3，年徑最小流量為2014年的2.699×108m3。

1.2 碾盤莊水文站

碾盤莊水文站是昌吉市境內的三屯河水量控制站，屬省級重要水文站和自治區級報汛站。碾盤莊水文站設立于1956年6月，地理位置為東經86°55′，北緯43°43′。河長103 km，集水面積1636 km2，測站高程1088 m，河道縱坡降為17.3‰。碾盤莊河段順直，長度約400 m，河床主要由砂礫石組成，右岸有30 m的漿砌石護岸，左岸為混凝土現澆護岸，基上300 m處有左轉的彎道，下游100 m處左岸有二道水支流匯入。河槽形態為單式河槽，中高水主槽寬度在14～37 m，無岔流、串溝、逆流、回水、死水等情況發生。碾盤莊水文站監測數據為加強汛期的提前防范和科學制定流域調水計劃提供數據支持。

2 多年監測數據分析

水文監測類型主要包括：地下水監測、地表水監測、空中水監測。水文監測具有以下特點：(1)傳統性,對水資源進行長期有規律的監測和記載，使用者能夠掌握水文水資源的準確信息。(2)及時性,水文監測的特殊作用，尤其是對應急事件，水文監測可實現對洪水信息的收集和傳達，為相關部門制定洪澇等自然災害的應對策略提供依據。(3)標準性，在進行水文監測時需要遵循一定的標準[4-6]。

2.1 氣溫監測

根據1977—2019年氣溫監測資料顯示，碾盤莊河段最高氣溫為39.4 ℃(2006年7月31日)，最低氣溫為-31.4 ℃(1984年12月23日)，每年的最高氣溫多發生在7—8月，最低氣溫多發生在1—2月。圖1為1977—2019年碾盤莊水文站多年氣溫監測情況。從圖中可知，碾盤莊河段年最高氣溫介于30～ 40 ℃之間，年最低氣溫介于-32～-20 ℃之間，年平均氣溫在5～8 ℃之間，表明碾盤莊河段四季溫差較大。

圖1 碾盤莊水文站多年氣溫監測曲線

2.2 降水監測

受大氣環流中緯度環流影響，碾盤莊河段降水水汽主要來源于西風環流，降水為大氣降水。根據1977—2019年水量監測資料顯示，碾盤莊河段內的年最低降水量為162.5 mm(1977年)，年最高降水量為397.9 mm(1987年)，多年平均降水量為278.7 mm。降水多發生在春、夏兩季，而秋、冬兩季較少。圖2為1977—2019年碾盤莊水文站多年月平均降水的情況。從圖中可知，碾盤莊降水主要集中在每年的4—9月，最大降水量為7月平均降水量53.1 mm；12月—次年2月，降水量偏少，最小降水量為1月平均降水量5.1 mm。此外，受地形和大氣環流的影響，每年的7—8月由于局部環流系統的強對流天氣，在碾盤莊河段形成局部暴雨。同時根據《中國氣象災害大典—新疆卷》的記錄，北疆地區出現過9次大范圍長時間的干旱，其中1977—1978年和1985—1986年的干旱時段，均歷時長達14個月[7-8]。

圖2 碾盤莊水文站多年月平均降水直方圖

2.3 徑流量監測

根據1977—2019年碾盤莊河段徑流量監測資料顯示，碾盤莊河段年均最大徑流量為13.8 m3/s(1987年)，年均最小徑流量為8.6 m3/s(1977年)，圖3為1977—2019年碾盤莊水文站多年月平均徑流量監測情況，從圖中可知河段徑流量主要集中在5—9月，以6—8月最高，徑流量分別為 27.9 m3/s、36.9 m3/s、27.0 m3/s；10月—次年4月的徑流量小，介于1.0～4.0 m3/s之間。監測成果顯示，碾盤莊水文站洪水最早出現時間為7月15日，最晚結束時間為8月15日，洪峰的最短持續時間為30 min，最長持續時間為2 h。其中，中高水位級一個垂線測深測速平均時間為4 min，一次測流過程需要 48 min左右；低水位級一個垂線測深測速平均時間為3 min，一次測流過程需要30 min左右。主汛期與非汛期水位、徑流量過程線變化趨勢連續、一致。冬季不結冰，但水位受閘門啟閉影響會產生突變,歷年水位、徑流量關系曲線高水控制較好，斷面不受洪水沖淤等因素影響。

圖3 碾盤莊水文站多年月平均徑流量直方圖

2.4 綜合分析

2.4.1 氣溫和降水的相關性

通過對1977—2019年碾盤莊河段氣溫、降水監測數據的統計分析，每年6—8月，碾盤莊河段氣溫呈顯著上升的趨勢，降水量增多，降水量和氣溫變化趨勢基本一致。12月—次年2月氣溫低，降水量少。據此得出夏季和冬季氣溫與降水的變化具有較好的正相關關系，即夏季降雨洪峰一般對應高溫天氣，冬季降雨稀少對應較低溫天氣。

2.4.2 降水和徑流量的相關性

1977—2019年碾盤莊河段降水、徑流量監測數據表明，每年的5—9月是徑流量高峰期，這和4—9月集中降水期大致吻合。表明降水和徑流量較好的正相關關系，即隨著降水量的增多，河段徑流量也呈增大趨勢，表現出降水向河流補給大大增加河流徑流量的特征。同理，當降水補給不足時，徑流量也較少。

3 結 語

通過對三屯河碾盤莊水文站監測數據資料進行分析，得出氣溫、降水、徑流量的變化規律及其相互關系特征。三屯河流域碾盤莊水文站水量、水質動態變化的準確監測對于整個流域的規劃和管理具有重要意義。不僅為三屯河水資源調查評價、水質特征、水文規律研究積累了豐富的基礎資料，同時也為整個三屯河流域的資源開發利用、統一管理、生態環境治理等工作提供基礎數據和有力支撐。