烏魯木齊河水文特性分析

2012-06-26 13:39:08谷鑫，金兵

黑龍江水利科技 2012年11期

谷鑫，金兵

(新疆烏魯木齊水文水資源勘測局，烏魯木齊 830000)

烏魯木齊河水系坐落在天山的北坡中段位置，其源自于天山格爾峰一號冰川，烏魯木齊河水系源頭的海拔為4 479 m，該水系西至頭屯河水系，東至柴窩洼地以及烏拉泊之間的分水嶺位置，水系總體走向主要是從南到北，在此間承接各支流泉溝匯入后通達東道海子，整體長度為214 km，總流域面積為4 684 km2[1]。該水系是烏魯木齊地區內流程最長，水量最豐沛，是烏魯木齊城市經濟和農業的主要水源。

1 烏魯木齊地區自然概況

1.1 河流水系

烏魯木齊地區有五大水系:烏魯木齊河水系、頭屯河水系、柴窩堡湖水系、達坂城白楊河水系與阿拉溝水系，多年平均地表水資源量為9.98億m3。

烏魯木齊市城市防洪建設的主要威脅是烏魯木齊河洪水及支流河溝的局地性暴雨洪水。烏魯木齊河是集降雨以及冰川融水、地下水來進行混合補給的河流，通過研究相關數據可以看出，英雄橋水文站多年的年徑流量平均值為2.45億m3，構成該徑流的主要組成部分一般為12%的冰川融水以及37%的冰雪融水、36%的降雨，實際上地下水主要是由地表水入滲轉化而得來的，其所占比例為15%，可見，烏魯木齊河為混合性補給河流，其主要的補給來源為降雨以及冰雪融水。主要水文要素在流域內的變化大體上呈由下游到上游，隨海拔高度升高降水量遞增，徑流深也隨海拔高度升高而遞增。

1.2 地形、地貌

烏魯木齊位于天山地槽褶皺帶準葛爾坳陷兩個不同的構造帶上，地形大致為東、南、西3面環山，北部為傾斜平原，東為東天山主峰—博格達峰，南依中天山天格爾峰，西北向準噶爾盆地傾斜。東半部南北高中間低，形成了達坂城—柴窩堡山間盆地，成為南北疆交通通道;西半部則南高北低，地勢向北漸趨平緩。海拔5 445 m的博格達峰和4 562 m的天格爾峰，分別為東部及南部最高丸最低點為西北部海拔僅504 m的青格達湖。海拔＞2 000 m的山地占流域總面積的50.1%，山前丘陵占16.6%，沖洪積平原部分占33.3%。

烏魯木齊河山區流域山勢高、坡降陡，最高點為天格爾Ⅱ峰，海拔 4 479 m，最低點為西白楊溝口 1 670 m，高差2 809 m。由于山高坡陡，流水侵蝕是主要外營力，山峰間峽谷深切，盆地狹小。烏魯木齊河流域除后峽有一小盆地外，其余皆為崎嶇的山地，坡降的大小直接影響水流速度，坡降大，流速快，下滲量小，沖刷力強。

烏魯木齊市區主要地段沿烏魯木齊河兩岸呈狹長帶形依次展開，其海拔在380～920 m之間，南北長16 km，東西寬2～6 km，南高北低，自然坡降1.2% ～1.5%，市區地勢相對較為平坦。

1.3 冰川

在自然界中，冰川可謂是淡水資源中最有潛力的，一直以來，冰川都是被稱作是“天然固體水庫”，冰川對河流的實際水量有著最為重要的調節作用，其屬于一種較為可靠的水源。烏魯木齊地區冰川資源較為豐富，主要分布在烏魯木齊河、頭屯河、阿拉溝等河流發源地天格爾峰及博格達峰南坡一帶。境內冰川總計398條，總面積176.57 km2，冰儲量78.65億 m3，其中烏魯木齊河冰川124條，面積38 km2，冰儲量為12.89億m2(表1)，平均消融量0.28×108m3/a，占河流徑流量的12.1%。

表1 烏魯木齊河水系山區冰川概況表。

1.4 氣候特征

烏魯木齊地處歐亞大陸腹地位置，其氣候特征隸屬于溫帶大陸性干旱半干旱氣候。由于高山阻隔影響的原因，來自于東南方向(印度洋以及太平洋)的水汽在經過長途跋涉后到達了歐亞腹地位置時差不多已經是消失殆盡了，所以，進入到烏魯木齊地區的大都是干熱暖流。來自于北冰洋以及大西洋的冷濕氣流在西風環流的作用下而進入到了新疆，其對烏魯木齊市的影響是從西北方向開始的，這部分冷濕氣流是烏魯木齊最為主要的水汽來源。烏魯木齊市區坐落于天山山脈凹陷位置，其成為了貫通南北冷暖氣流的重要通道，使得烏魯木齊在受到吐鄯托盆地干熱風影響的同時還具備著天山北坡的氣候特征，烏魯木齊的氣候整體呈現出多變的趨勢。由此可見，可以將烏魯木齊主要的氣候特征概括如下:有著較大的晝夜溫差，日照時間一般較長;春秋持續時間短，冬夏持續時間長，季節轉換速度快，且冷熱較為分明;實際的降水量較少，有著很強的蒸發性;因為受到地形的影響，導致氣溫以及降水地區存在著很大的差異，分析多年氣溫平均值情況可以得出，北部的平原地區平均氣溫約為6～7℃，南部山區平均氣溫約為-5℃以下。烏魯木齊整體的降水趨勢為，平原較少，山區較多;東部較少，西部較多;背風坡較少，迎風坡較多。采用干旱指數進行評價可知烏魯木齊河山區隸屬于半濕潤氣候。

2 洪水分析

導致烏魯木齊河形成洪水的主要原因是該河流域內的暴雨以及積雪消融。春夏季是烏魯木齊河洪水的多發季節，其中，冰雪消融型洪水是烏魯木齊河春季洪水的主要類型，在春季一般少見暴雨性洪水;而在夏季，烏魯木齊河洪水多見于由冰雪融水以及降水組成的混合型洪水以及暴雨型洪水。

在此，可將導致烏魯木齊河形成洪水的主要原因分為3類:

2.1 冰雪消融型洪水

冰雪消融型洪水指的是季節性積雪以及流域內冰川由于氣溫持續快速回升的相應作用而在大范圍內出現了消融現象，導致洪水的產生，該種洪水跟氣溫有著十分密切的聯系。該類型洪水的主要特征為洪峰小、持續時間長、過程趨緩、洪量較大、日變化較為明顯，易形成一日一峰一谷的多峰現象。從英雄橋水文站流量過程線上看，冰雪消融型洪水峰值多在午夜0～2時前后出現，而谷底則出現在下午18時左右。這類洪水無論大小，均與氣溫的回升速度相呼應，且有規律性地出現。例如1985年5月23日～25日，3 d里平均氣溫逐日上升，最大流量也逐日上升，分別為 24.0 m3/s、37.0 m3/s、46.0 m3/s。受氣溫回升速度、熱量交換條件等因素影響，冰雪融水也會導致較大規模的洪水出現。例如1991年7月12日到15日，4 d平均氣溫分別為10.6、11.8、13.9、17.2 ℃，氣溫回升速度快，導致14日、15日2 d最大流量分別達到89.0 m3/s和104 m3/s。

2.2 暴雨型洪水

一般來說，區域性暴雨以及局地性暴雨都容易導致較大洪水的出現。暴雨型洪水具備相應特征，其中包括持續時間短、過程較為單一、有著很強的突發性、陡漲陡落、有著較小的峰高量、破壞效果明顯，易造成后果較為嚴重的洪水災害。

烏魯木齊河產流區面積小，山勢陡峻，坡度大，流域調蓄能力弱，降雨匯流時間短，洪峰往往起漲猛，峰頂持續時間短，落勢也快，表現為雨停峰現，陡漲陡落。如1987年7月2日下午18時出現的局地性暴雨，英雄橋站實測降雨量僅4.1 mm，但1 h后，該站水位暴漲。僅1 h時間，河水流量從16.0 m3/s漲至73.0 m3/s，流量上漲率達57.0 m3/s·h。暴雨形成的洪峰流量達73.0 m3/s，而暴雨形成的洪量僅有40.32萬m3。

2.3 冰雪消融與暴雨混合型洪水

冰雪消融與暴雨混合型洪水主要是由暴雨洪水以及冰雪消融洪水疊加混合而形成的，在烏魯木齊河流域中，這種洪水是較為常見的，其一般形成于6～8月份之間，該類型洪水由于組成不盡相同的原因而同時具備了暴雨型洪水以及積雪消融型洪水的特征，其主要特征是歷時長，峰高量大，在有規律的日變化過程上疊加了降雨洪峰，對水利工程、防洪對象最具威脅。由英雄橋站1996年7月18～25日冰雪消融與暴雨混合型洪水過程可見，暴雨形成的洪峰流量為352 m3/s，而暴雨形成的洪量則達到4 170萬m3。

3 徑流分析

本流域山區地勢高寒，降水較多，是徑流形成區，中下游是徑流散失區，最終消失在戈壁沙漠中。

3.1 徑流補給來源

烏魯木齊河的補給有:冰川融水、融雪水、降雨和地下水。冰川融水包括冰舌和粒雪區的消融徑流。融雪水由兩部分組成:①山區冬季積雪在春季時的融水;②海拔＞3 500 m非冰蓋區夏季積雪的融水。流域的降雨分布在中低山區及平原，山區降雨在河道的補給中占重要地位。地下水補給屬冰雪融水和雨水的入滲，通過地下調節，又注入河槽的次生補給。