新疆葉爾羌河近65年以來水沙特性分析

李志峰

(新疆喀什水文勘測局，新疆 喀什 844000)

1 葉爾羌河流域概況

葉爾羌河流域位于新疆自治區的西南部[1]。流域總的集水面積為10.81×104km2，山區和平原區面積分別為6.08×104、4.73×104km2[2]。喀喇昆侖山北麓是葉爾羌河發源地，葉爾羌水系源頭流向為西北，匯合克勒青支流后，河流從西北向南北進行轉向。再與支流塔什庫爾干河進行匯合后呈西南-東北流向，在出山口流經巴楚、澤普、莎車、麥蓋提等縣，最后在塔里木河匯入，葉爾羌河河流總長度為1078km[3]，卡群水文站為其上游出山口水量控制站，衣干其渡口和48團渡口水文站是其中下游主要控制站點[4]。葉爾羌河流域冰川總面積達到5942km2，屬于典型融雪補給型河流。根據相關研究表明，葉爾羌河流域危害最大的一種洪水是冰川湖突發洪水，8月下旬至9月上旬是此類洪水多發的時間，一些年份甚至在冬季出現冰川湖突發洪水。葉爾羌河、提孜那甫河、烏魯克河、柯克亞河是葉爾羌河水系內的四大河流，水系各河流多年平均徑流量見表1。烏魯克河與柯克亞河屬于年徑流量低于1億m3的小河流。提孜那甫河和葉爾羌河通過“引葉濟提”水利工程進行連通，柯克亞河與烏魯克河通過蒙卡提渠和提孜那甫河進行連通[5]。葉爾羌河流域可分為5個氣候小區，第一個氣候小區為年平均氣溫低于0℃的昆侖山氣候區，高山區根據冰川洪水科學考察測定年降水量在500～700mm左右[6]。第二個氣候區為帕米爾高原氣候區，區域年均氣溫在3.5℃左右且冬季寒冷漫長，夏季氣溫較為溫和，年降水量多年均值在70mm左右[7]。第三個為低山丘陵氣候區，區域夏季短于冬季，氣溫年平均值在11℃左右，降水量年均值一般在70mm左右，夏季較易發生山洪或泥沙流。第四個為平原氣候區，區域降水量多年均值在40～60mm之間，秋季氣溫下降速率較快，春季溫度上升速率較快，秋季溫度低于春季溫度，有利于區域農業發展[8]。第五個為沙漠氣候區，該區域靠近塔克拉瑪干沙漠，區域氣溫多年均值超過12℃，降水量多年均值低于40mm[9-10]。

表1 葉爾羌流域主要河流徑流統計結果 單位：億m3

2 選用站點及數據情況

葉爾羌是新疆水文站點布設重點河流之一，從20世紀50年代開始葉爾羌河布設有13處國家基本水文站點，目前由于水文站點停止觀測和站點撤銷等原因，具有較連續水文數據系列的站點分別為庫魯克欄桿站、卡群站、依干其渡口站和48團渡口水文站。各站點基本情況見表2。水文數據選用庫魯克欄桿站、卡群站、依干其渡口站和48團渡口水文站建站以來的系列數據進行分析，選用站點系列年份見表3。

表2 葉爾羌水系主要控制水文站基本情況

表3 葉爾羌水系主要控制水文站觀測數據系列情況

3 水文特性分析

3.1 降水特性分析

結合各水文站實測數據，對葉爾羌河流域降水年內和年際變化進行分析，降水年內分配結果見表4。

葉爾羌流域降水空間分布主要受地形和地貌的影響，山區降水量較大，而平原地帶降水量偏少。年降水量在500～700mm的集中在高山區域，降水量在海拔低于2000m的區域存在明顯的垂直遞減變化。葉爾羌河流域多年降水量總體從西向東、從南向北逐步遞減，每百米高程降水量的遞增幅度在6～7mm之間。塔克拉瑪干邊緣沙漠區降水量最小，年降水量均值低于40mm。從表4中可看出，葉爾羌河流域主要集中在汛期，此外秋季降水量低于春季降水量，因此利于區域春季旱情補水，夏季降水量占全年降水量的比重為37.6%～64.2%之間。降水量連續4個月最大主要集中在5—8月份，占全年降水量的比例介于55.9%～78.2%之間。降水量最大的月份在5—7月之間，占全年降水量的比例為16.3%～24.2%之間。降水量最小值出現在11—12月，以及次年的1月份，占全年降水量比重為0.5%～2.5%之間。葉爾羌河年降水量最大和最小值比值介于3.8～19.2之間。低海拔向高海拔區域降水量年際呈現遞增變化，降水量極值比系數越大的區域降水量越小。流域降水年際變化的年際變化Cv值介于0.34～0.72之間，且從北向南逐步遞減。

表4 葉爾羌流域主要控制水文站降水年內分配統計結果

3.2 徑流特性分析

基于選用庫魯克欄桿站、卡群站、依干其渡口站和48團渡口水文站實測徑流數據，對流域徑流年內和年際變化進行分析，見表5—6。

表5 葉爾羌流域主要控制水文站徑流年內分配統計結果

表6 葉爾羌流域主要控制水文站徑流年際分配統計結果

葉爾羌流域年內分配十分不均與，屬于典型的冰川補給河流，6—9月份水量站全年總量的比重超高80%，月最小徑流量主要出現在2月份，占全年徑流總量的比例介于1.3%～2.1%之間。徑流年內分配的變差系數介于0.34～0.58之間。從徑流年際分配統計結果可看出，葉爾羌河流域年際變化較為穩定，變差系數介于0.18～0.21之間。年徑流受昆侖山冰川融水影響調節使得年徑流遞減趨勢較為明顯，最大和最小徑流之間的比值介于1.8～2.2之間。

3.3 泥沙特性分析

對葉爾羌河流域庫魯克欄桿站、卡群站、48團渡口水文站實測輸沙量數據，統計分析各站點輸沙量變化，結果見表7。

葉爾羌河流域受強烈寒凍剝蝕及干旱氣候影響，中、低山帶地表結構較為疏松，廣泛分布泥石流，具有較高的河流含沙量。從表7中可看出，葉爾羌流域各水文站含沙量介于3.52～4.83kg/m3之間，年際輸沙量變化高于年際徑流量的變化，各站點年際輸沙量變差度均高于年際輸沙量的變差度，輸沙量最大月份占全年比重高于40%，月輸沙量最小值占全年比重低于0.02%。汛期輸沙量占比最高，6—9月份庫魯克欄桿站、卡群站、48團渡口水文站輸沙量占全年的比重分別為98.5%、96.7%以及99.8%。

表7 葉爾羌流域主要控制水文站年輸沙量變化統計結果

4 洪水傳播特性分析

結合庫魯克欄桿站、卡群站、依干其渡口站和48團渡口水文站實測洪水數據，對葉爾羌流域洪水傳播特性進行了統計分析，結果見表8。

表8 葉爾羌流域洪水傳播特性統計結果

表8為葉爾羌流域主要控制水文站之間洪水傳播的平均時間，其中葉爾羌河流域洪水發生頻次最高的為冰雪消融型洪水，根據實測洪水數據統計當流域發生冰雪消融型洪水時，庫魯克欄桿站-卡群站、卡群站-依干其渡口站、卡群站-48團渡口水文站消融型洪水傳播的速度平均值分別為13.8、7.89、5.84km/h，從上游庫魯克欄桿到下游48團渡口站，洪水衰減率介于6.38～26m3/(s·km)。潰壩洪水不僅在葉爾羌河汛期發生，也時常在冬季枯水季節出現潰壩型洪水，其洪水衰減率從上游庫魯克欄桿水文站到下游明顯高于消融型洪水。當發生潰壩型洪水，庫魯克欄桿站-卡群站洪水平均傳播時間和傳播速率分別為9.5h和11.5km/h，而卡群站-依干其渡口站洪水傳播時間受河寬變大以及水利工程調蓄影響，洪水平均傳播時間和傳播速度分別縮短至8.7h和7.1km/h。依干其渡口站-48團渡口水文站由于區間河段的漫灘較為嚴重，洪水傳播速率進一步減緩，降低到4.9km/h。

5 結論

(1)年降水量在500～700mm主要集中在高山區，海拔低于2000m的區域降雨量隨垂直高程的遞減變化，多年降水量總體從西向東、從南向北逐步遞減。

(2)流域發生冰雪消融型洪水的頻次最高，庫魯克欄桿站-卡群站、卡群站-依干其渡口站、卡群站-48團渡口水文站消融型洪水傳播的速度均值分別為13.8、7.89、5.84km/h；

本文僅對流域水沙變化的成因進行定性分析，在后期還需對流域水沙變化影響因素進行定量研究。