天山北坡奎屯河流域水文情势分析

天山北坡奎屯河流域水文情势分析

摘要:本文分析了奎屯河流域的气象和径流、洪水、泥沙等水文要素的特征值及其年内、年际变化规律,并对河流水质进行了水化学特性分析、评价。

关键词:奎屯河流域气象水文特性

1流域概况

1.1地理位置

奎屯河位于新疆奎屯市西南部,发源于天山北坡中段婆罗科努山和依连哈比尔尕山的高山冰川,其东、西分别与同发源于天山北坡中段的巴音沟河及四棵树河毗邻,南以天山山脊线与伊犁哈萨克自治州的尼勒克县为界,北达甘家湖奎屯河汇合口,是奎屯市主要用水来源。奎屯河水量控制站将军庙水文站设立于1987年8月,位于乌苏市217国道607km处,集水面积为1945km2,河长336km,冰川面积201.12km2,年径流量6.885×108m3。奎屯河流域最高海拔4909m,3800m以上为冰川及永久性积雪区,其面积约占集水面积的10.6%。

奎屯河干流与支流乌兰萨德克河呈树枝状分布,河流发育对称,山区比降大,水流急,由南向北流出。河流出山口后,水量损失较大,河道比降趋缓,经奎屯大桥后,流入平原区,沿途有部分泉水补给,流经车排子后转向西去,沿途接纳四棵树河、古尔图河灌溉回归水,自然状态下最终汇入艾比湖。

1.2气象

由于受大气环流、地理纬度、地形、河流自身分布等因素影响,流域内区域小气候特点明显。根据流域内海拔高度、气候特征,奎屯河可分为山区与平原区。

山区:年平均气温低,夏季短暂,冬季漫长严寒,春秋季不明显,春季升温不稳定,夏季升温快,无霜期短,日照时数长。年降水量丰富,降水梯度变化大。中低山区由于逆温层的存在而成为暖带,平均气温比平原区偏高。

平原区:年平均气温高,降水量偏少,夏季酷热,四季干旱,气温年较差及日较差变幅大,无霜期长,日照时数短。

2径流

2.1径流的组成

天山海拔3800m以上为冰川积雪区,是奎屯河各支流的主要发源地。径流的

主要补给方式为冰雪融水和雨水,其中夏季冰(川)雪融水对河流的补给占有较大的比重。每年6月中、下旬,随着气候的变化,气温回升,零度等温层抬高,有时高度可达海拔6000m左右,导致高山积雪与冰川消融,形成夏汛,其特征是水量变化幅度较大,主要受太阳辐射、气温等影响,补给河流具有时续性。雨水补给河流主要发生在夏季。

2.2径流的年内、年际变化

发源于天山北坡的奎屯河,因所在山体海拔较高,加上高山冰川影响,夏季冰川融水补给量较大,降水较丰沛,河流来水量相对较集中。将军庙站连续最大四个月径流量占年径流量的76.4%,出现在6～9月份。天山北坡河流由于受冰川的调蓄作用,径流的年内分配不均,夏汛特征较明显;最大月径流量出现在8月份,占年径流量的25.9%。除夏季外,其它季节水量很小,四月份径流量仅占年径流量的1.7%,是一年中最枯的月份。最大月径流量为最小月径流量的10多倍。

奎屯河将军庙水文站多年平均年径流量为 6.825×108m3,最大年径流量为8.45×108m3,出现于1987年,与均值比较偏多23.8%;最小年径流量为4.532×108m3,出现于1992年,与均值比较偏少33.6%。年径流量的变差系数Cv值为0.17。由此可见,天山北坡河流径流量的年内分配不均、年际变化较小。

奎屯河将军庙站年径流量系列中,九十年代为平略偏枯水年,较多年平均值偏少1.0%;2000年至今为平水年,与多年平均值接近。充分说明奎屯河流径流量的年内分配不均、年际变化较小。应加强水资源的科学管理,进行合理配置,建设水库蓄水工程,调节河流季节水量变化,提高水资源的有效利用率,促进区域生态建设及国民经济的快速发展。

3洪水

奎屯河流域内洪水主要来自高山区冰川、永久性积雪消融和区域内暴雨。根据其洪水特性和洪水成因,流域内洪水大致可分为冰雪融水型、暴雨型、冰雪融水与暴雨混合型和冰洪四种。近二十年实测最大洪水洪峰流量为288m3/s,发生在1999年8月2日。现就各类洪水的洪水类型、成因及特征分析如下。

3.1冰雪融水洪水

奎屯河冰雪融水洪水发生在夏季,由高山冰雪融水形成。夏季气温的迅速上升,天山山区高空零度层上升至雪线附近,使得大面积冰川融化,从而形成洪水补给河流。这类洪水出现时间的早与晚、大与小,不但与冰川厚度和面积有关,而且与气温回升速度的快慢、高温天气持续时间长短等因素密切相关。

(1)洪水过程具有明显的日变化周期,即一日一峰性;

(2)洪水总量大小取决于前期气温回升快慢和高温天气持续时间长短;

(3)洪峰流量较小,洪水总量较大,且洪水受气温影响历时较长;

(4)洪水涨落缓慢,峰形矮胖。

3.2暴雨洪水

从奎屯河流域的地形、地貌来看,一方面,奎屯河流域地处天山中段北坡乌苏市境内的“弓”型弯曲地形中,特殊的地理位置,不但有利于西来水汽的富集,对拦截西方与西北方向水汽,使其在沿天山爬升过程中致冷凝结,并产生较大降水十分有利。另一方面,天山山脉山前托斯特、独山子隆起构成的“半圆”型弯曲有利于谷地环流形成。上述两个因素,阻碍气团和锋面的移动,加长了山前降雨时间,增强了雨势。尤其在炎热的盛夏,由于地形与气流共同作用,常常在局部地区产生暴雨或大暴雨,形成暴雨洪水。

(1)暴雨洪水洪峰大小和过程长短与暴雨强度大小、暴雨历时有关;

(2)暴雨洪水多发生在炎热的盛夏;

(3)暴雨洪水过程陡涨陡落,峰形尖瘦。

暴雨常常发生在植被稀疏的中低山区,受暴雨冲刷侵蚀作用,水流挟沙量较大,有时可在局部地区造成泥石流,甚至引发山体滑坡。

3.3混合型洪水

混合型洪水是指暴雨洪水与高山冰川融水遭遇形成的叠加洪水。这类洪水由于冰川融水与暴雨的叠加作用,使得其无论是洪峰流量还是洪水总量,都远远超过单纯的冰雪融水洪水和暴雨洪水。由于混合型洪水组成不同,因而兼有前两种洪水的特征:起涨流量较大,无论是洪峰流量还是洪水总量,都远远超过上述两种单一洪水的特征,危害一般较大。

以上三种类型洪水大多发生于夏季的6～8月,反映了奎屯河流域夏季洪水受高温、冰川和暴雨影响较显著。

3.4冰洪

冰洪是天山北坡许多河流冬季封冻前遇强寒潮,气温骤变,流冰量剧增,在山区狭谷容易发生堵塞的河段形成冰坝,当冰坝发展到一定规模遇到升温即溃决,冰水俱下形成冰洪。奎屯河冰洪具有多样性,冰洪出现时间也具有较强的随机性、突发性和不可预测性,一旦发生危害较大。

综上所述由于洪水危害,并且随着城市化进程的加快,自然地貌的改变,加快了汇流速度,增加了洪水总量,更加剧了洪水威胁,防洪治涝问题更加突出,应足够重视本区域的暴雨、洪水资料的收集。为避免人为造成洪沟河床改道,缩减洪沟

行洪通道,影响洪沟泄洪能力,导致洪水灾害的发生,进而保护环境,减少水土流失,恢复区域生态平衡,加强河沟管理。

4泥沙

4.1泥沙的年内、年际变化

奎屯河泥沙在年内分布上,主要集中于汛期(即夏季),受气温、降水影响,尤其是暴雨季节,大量泥沙随坡面流水泄入河道,河水含沙量大,输沙量也大。将军庙站6-8月份多年平均输沙量占年输沙总量的97.1﹪,其中,7-8月份主汛期输沙量占年输沙总量的82.7﹪。冬季,由于流域下垫面被冰雪覆盖,地表冻结,坡面产沙停止,河水中含沙量极小。最大月输沙量为34.11×104t,占年输沙量的45.8%。

将军庙站多年平均输沙量为74.4×104t,最大年输沙量为222×104t,出现于1999年,与均值比较,偏多198%;最小年输沙量为12.4×104t,出现于2003年,与均值比较,偏少83.3%。

5水质

5.1水化学特性

据2007年将军庙站统计数据结果分析(见表5):PH为7.8-8.2,水质的酸碱度呈弱碱性水,矿化度为低矿化度淡水,总硬度属软水,2007年水质类型为CCaⅡ,即碳酸水,钙组第Ⅱ型。

5.2水质评价

水质评价方法采用国家《地表水环境质量标准》GB3838-2002,采用分级评价法,即根据水质分级标准,进行单项参数分级,同时计算单项污染指数,以反映同一水质级别的不同污染程度。

污染指数计算公式:Pi = Ci /Sim

其中:Pi ——某评价污染指数

Ci ——代表值

Sim ——GB3838-2002中Ⅲ类标准

在单数参数分级别评价的基础上,进行综合评价,采用“地图重叠法”,即以单项参数最高级别定为综合类别,从表6中显示各项数值均在Ⅰ类标准内。

通过对将军庙站水质监测资料分析来看,奎屯河水质尚未受到人为污染,水质状况优良,可以满足生活及工农业生产、养殖用水的需求。

6结束语

日益激化的供需水矛盾已经成为奎屯河流域社会经济发展的重要制约因素。应加强水资源的科学管理,进行合理配置,建设水库蓄水工程,调节河流季节水量变化,提高水资源的有效利用率,促进区域生态建设及国民经济的快速发展。