皮山縣地表水徑流量分析

艾合買提江·艾木拉，古扎努爾·蘇萊曼

（1.新疆維吾爾自治區阿克蘇水文勘測局，新疆 阿克蘇 843000；2.新疆維吾爾自治區和田水文勘測局，新疆 和田 848000）

皮山縣位于新疆塔克拉瑪干大沙漠南緣，總面積39 464.4 km2。全縣被沙漠、戈壁分割成的56 塊綠洲，僅占總面積的4.2%[1]，水資源較緊缺。為確保縣域社會經濟發展和生態用水需求，需對該縣地表徑流進行分析。

1 概況

皮山縣轄16 個鄉鎮27 萬人。境內各河流均由南向北進入該縣綠洲區域，主要河流有皮山河、蘇勒尕孜河、桑株河、普斯開河、杜瓦河[2]，均發源于南部中高山區，徑流方向由山區到平原，最后消失于塔克拉瑪干沙漠之中[3]。

2 徑流補給源及分布特征

2.1 徑流補給來源

皮山縣高山區受季風影響降水較多，易形成積雪。河流均發源于高山，以高山降水和積雪融水補給為主，徑流深隨流域平均高程和冰川覆蓋率遞增而增加明顯。

2.2 徑流分布特征

皮山縣地表徑流的地區分布除了具有干旱區固有的一般規律外，因其特殊的地理環境和氣候特征等，形成特有規律。

2.2.1 徑流產生于山區、散失于盆地與平原

皮山縣地處大陸腹地，凡是常年有水的河流，其源頭大致都有面積不等、儲量各異的大陸型現代冰川分布。該區降水及高山冰雪融水等形成的徑流補給，僅能滿足湖泊蒸發消耗，從而保持湖泊面積的基本不變。

2.2.2 南部山區多于北部

皮山縣河川徑流量的地區分布極不均勻，西部的皮山河徑流大于東部的桑株、杜瓦河。徑流深隨冰川覆蓋率增加遞增明顯[4]。徑流出山口后進入綠洲平原，引河水量增大，徑流逐漸散失于綠洲平原區內。

2.2.3 徑流垂直地帶性分布規律明顯

皮山縣中、高山區降水豐富，前（淺）山帶地表水透水性強。河道在出山口后展寬，坡度平緩，致使河川徑流量蒸發、滲漏強烈，地表水以潛流方式迅速轉化為地下水，增加地下水的補給量。該縣主要河流冰川覆蓋區徑流深高達200 mm，亞高山帶及中山帶徑流深在10～150 mm。

2.3 徑流的年內分配及年際變化

受地理條件和自然氣候影響，境內各條河流徑流量年內分配不均。皮山河的春季水量略小于秋季水量，而桑株河的春季水量略大于秋季水量，主要是由徑流的補給條件和流域的調蓄能力不同所決定。各河流年徑流年際變化相對不大，仍以皮山、桑株兩個系列較長的代表站為例，其多年年徑流的變差系數Cv值分別為0.18、0.20，在地區各河流中處中等偏上水平。皮山河、桑株河源頭均有現代冰川分布，對河川徑流起著很好的調節作用，所以變差系數Cv值較小，符合流域特征。

2.4 年徑流系數計算成果

徑流系數是反映區域產水能力的重要指標，其計算公式如下：

式中：R為多年平均徑流系數：W為多年平均產水量（108m3）；P為多年平均降水量（108m3）。

徑流系數區域分布與徑流深地區分布趨勢基本一致，徑流系數大小與流域平均高程、氣候和下墊面狀況等產流條件密切相關，隨流域高程的增加而遞增。中、高山區多雨河道坡度陡峻、地表基巖透水性差，產匯流能力強，是徑流的主要形成區，徑流系數大。淺（前）山區、平原區干旱，產水能力較差，徑流系數小。主要河流、站點徑流系數為0.15～0.53，計算成果詳見表1。

表1 皮山縣主要河流（出山口）年徑流系數成果

3 地表水出入水量分析

3.1 出境及出區水量

皮山縣內奇普恰普外流區眾多河流流向印度，最終注入印度洋；喀拉喀什河流向和田縣；葉爾羌河流向喀什地區。由于地理位置十分偏遠、高寒缺氧，奇普恰普諸小河流、西羌塘高原區無實測水文資料，且其水資源是不可以被利用的，其徑流量按徑流深等值線圖量算，成果詳見表2。

表2 流出境（區）外水量統計

流出皮山縣（包括奇普恰普諸小河等四部分）總的年徑流量為15.59×108m3，占該縣河川徑流量的67.6%，出境水量相對較大。

3.2 入區水量

（1）喀拉喀什河上游位于和田縣，后流入皮山縣境內康克爾柯爾克孜族鄉。和田縣內流域面積為12 675 km2，流入皮山縣河段沒有水文控制站，按年徑流深等值線圖量算，其多年平均年徑流量為8.851×108m3，折合徑流深69.8 mm。

（2）杜瓦河上游位于墨玉縣，后流入皮山縣境內杜瓦鎮。墨玉縣內流域面積203 km2，流入皮山縣河段沒有水文控制站，按年徑流深等值線圖量算，其多年平均年徑流量為0.008 7×108m3，折合徑流深4.3 mm。

皮山縣入區水量8.860×108m3，占該縣河川徑流量的38.4%，折合徑流深68.8 mm。

4 地表水資源量及河川徑流量分析

干旱區地表水資源量和河川徑流量的相互關系式為：

式中：W為評價區地表水資源量（108m3）；WR為評價區天然河川徑流量（108m3）；WRsr為徑流形成區入區水量（108m3）。

在內陸干旱區，山區是水資源形成區，平原區降水稀少，蒸發強烈[5]，幾乎不產生地表徑流，因此計算評價區山區形成的地表水資源量即為該評價區的地表水資源量。

4.1 地表水資源量及河川徑流量計算

4.1.1 計算方法

皮山縣山區是水資源形成區，平原區降水稀少，蒸發強烈，幾乎不產生地表徑流，因此計算山區形成的地表水資源量即為評價區的地表水資源量。地表水資源量計算方法記述如下：有水文站的河流，按1956—2020年系列推求測站以上控制區多年平均河川徑流量；沒有水文站控制的河流，包括季節性河流和山洪溝等產水區以及設站河流未控制產水區，只要山區有集水面積的，都可用等值線圖量算出年徑流量。

式中：W為分區地表水資源量（108m3）；RKZi為控制站天然河川徑流量（108m3）；WFKi為非控制區產水量（108m3）；RKRi為控制站以上徑流形成區入區水量（108m3）；WR為分區河川徑流量（108m3）；RRJi為非控制區入境水量（108m3）。

4.1.2 徑流深等值線圖的繪制

本次皮山縣地表水徑流量按“技術細則”要求內陸河區編制1956—2020 年徑流深等值線圖，利用Mapinfo 軟件在1∶25 萬電子地圖上點繪徑流深等值線圖。通過實測資料控制站水量換算成流域平均徑流深值，標在流域重心處，根據徑流深與高程的關系繪制徑流深等值線，繪制符合以下原則。

（1）采用單站1956—2020 年多年平均徑流深數據，結合地形地勢繪制等值線。

（2）實測單站水量平衡采用上游支流水量，做到等值線圖量算水量等于單站實測值，即單站平衡量算。

4.2 水資源分區地表水資源量及河川徑流量計算

根據《新疆地表水資源評價》中地表水資源分區劃分成果，皮山縣水資源三級區中劃分出和田河流域、奇普恰普諸小河、葉爾羌河流域區3個水資源評價三級區；在和田河流域水資源評價區中，又分為喀拉喀什河、杜瓦河、普斯開河、桑株河、皮山河區5個水資源評價四級區。為最大限度地利用實測資料、提高計算精度，評價區地表水資源及河川徑流量計算采取“實測優先原則”，即凡有水文測站的河流，測站以上集水區（以下簡稱控制區）河川徑流量均采用實測值；缺乏水文測站的季節性河流、山洪溝等產水區（以下簡稱非控制區）根據等值線圖量算產水量，成果見表3。

表3 四級區多年平均地表水資源量及河川徑流量計算成果 108 m3

本次以四級流域區作為計算單元，為了減少由于面積帶來的三級流域區地表水資源量計算誤差，采用地表水資源量= 控制區實測水量總和+非控制區等值線圖量算水量計算。

4.3 流域區逐年地表水資源系列的推求

使用皮山河皮山水文站、桑株河桑株水文站、杜瓦河杜瓦水文站1956—2020 年的徑流資料，再參照鄰近的各水文站實測徑流量資料，經插補、延長、還原和統計計算，并根據新疆水文局完成的1956—2020 年平均徑流深等值線圖，繪制出皮山縣1956—2020 年平均徑流深等值線圖；然后由等值線圖量算出鄉級行政分區及各河流的地表水資源量，最終得出皮山縣河川徑流量。運用代表站系列縮放法分別建立各分區天然徑流系列和地表水資源系列。其計算公式為：

式中：Wi區為分區逐年年徑流總量（108m3）；W區為分區多年平均年徑流總量（108m3）；Wi站為代表站逐年年徑流總量（108m3）；W站為代表站多年平均年徑流總量（108m3）。

流域分區水資源系列的建立采用上式計算，各代表站按各分區徑流特點分別選用；皮山縣各分區水資源系列頻率計算成果詳見表4，四級流域區Cv值分布在0.18～0.20，年際變化不大。

表4 不同頻率年地表水資源量計算成果

5 合理性分析與檢查

皮山縣河川徑流量計算，采用實測徑流量加無資料地區徑流深等值線圖量算值。因此，河川徑流量計算成果的精度取決于實測資料的精度和年徑流深等值線圖的精度。

5.1 實測徑流量資料

皮山縣共有6 條河流，其中3 條有水文資料，其年徑流量和為6.693×108m3，占皮山縣所涉及河川徑流量的21%，這部分水量可以認為是可靠的；皮山奇普恰普外流區、葉爾羌河流域（上游在皮山縣境內）無實測水文資料，年徑流深等值線圖量算皮山縣境內喀拉喀什河水資源量為12.81×108m3，奇普恰普諸小河年徑流量為0.530 2×108m3，葉爾羌河流域（上游在皮山縣境內）年徑流量為2.251×108m3，這部分出境水量占皮山縣所涉及河川徑流量的50.4%。

5.2 等值線圖量算成果

本評價區徑流深等值線圖是對1956—2020 年平均年徑流資料進行分析計算，同時參照新疆水文局水資源評價所繪制的1956—2020 年徑流深等值線圖，在1∶25萬電子地圖上繪制而成。在徑流深等值線圖的繪制過程中，首先進行了水平方向平衡檢查，即每一控制流域從徑流深等值線圖量算的徑流量與實測徑流量的相對誤差控制。其次平衡計算結果，流域平衡誤差在±10%以內，分區的平衡誤差亦控制在±10%以內。皮山河、桑株河、杜瓦河河川總徑流計算成果為6.658×108m3，實測成果為6.674×108m3，僅相差0.016×108m3，其誤差僅0.24%。

5.3 徑流系數合理性檢查

徑流系數的區域變化應充分考慮流域控制站以上的冰雪覆蓋度、流域平均高程、水汽來源、產流條件以及地域變化規律。通過量算，1956—2020 年皮山縣多年平均降水量為75.65×108m3，多年平均徑流量為23.04×108m3，流域平均徑流系數為0.30。根據發源于高大山體、流域平均高程較高的冰川作用中心的大河流域平均徑流系數的分布規律，氣候干旱高原陸面蒸發量較大的昆侖山北坡徑流系數為0.30～0.45。檢查結果說明計算值基本合理。

由此可見，本次計算的河川徑流總量精度在允許范圍之內，計算成果是可靠的。

6 結語

皮山縣水資源緊缺，除3 條主要河流有水文站外，其他均沒有水文資料。通過分析各河流徑流特點和特征，采用實測徑流量加徑流深等值線圖量算徑流方法，計算出皮山縣多年平均徑流量為23.04×108m3，并進行了合理性檢查。實踐證明，該計算方法科學，計算結果較準確，為無水文資料區徑流量計算提供了借鑒。