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
