烏拉斯臺溝擬建渠首區域泥沙變化特征分析

哈得力·吾拉孜別克

(新疆博爾塔拉水文勘測局，新疆 博樂 833400)

河流泥沙是反映流域水土流失程度和河川徑流質量的重要指標。河流泥沙含量影響水資源的使用價值，影響湖泊、水庫以及水工建筑物的使用壽命。河流泥沙與流域自然地理、氣候特征及人類活動有直接關系。烏拉斯臺溝作為博爾塔拉河左岸的一條較小的支流，流域范圍內的河流泥沙分布基本集中在山區暴雨洪水期和平水期，枯水期泥沙很少。針對烏拉斯臺溝出山口處具有修建塘壩的地形條件，為解決烏拉斯臺溝灌區工程性缺水的需要，在烏拉斯臺溝出山口附近擬修建攔河渠首工程。本次主要以擬建渠首區域為研究范圍，以博爾塔拉河流域上的溫泉水文站和阿合奇水文站作為參證站，整理分析兩個水文站的多年泥沙資料進行計算比選，在此基礎上對泥沙變化特征進行研究，以期為參與工程建設的設計、施工等部門提供參考。

1 烏拉斯臺溝概況

烏拉斯臺溝是博爾塔拉河左岸的一條較小支流，位于新疆博爾塔拉蒙古自治州溫泉縣北部的阿拉套山南坡，流向為由北到南為博爾塔拉河支流。烏拉斯臺溝流域地理位置介于東經81°35′50″～81°38′45″，北緯45°05′40″-45°14′30″之間，流域南北長約19.8 km，東西寬約4.3 km。東部與哈拉吐魯克河流域相連，西部與阿爾夏提河流域相接，北部以阿拉套山脈分水嶺與哈薩克斯坦國接攘，南部與博爾塔拉河流域相望。行政區劃分屬新疆維吾爾自治區博爾塔拉蒙古自治州溫泉縣。烏拉斯臺溝擬建渠首地理位置及水文站網分布見圖1。

圖1 烏拉斯臺溝擬建渠首位置及水文站網分布圖

2 烏拉斯臺溝擬建渠首工程位置及泥沙狀況

圖2 烏拉斯臺溝擬建渠首工程斷面位置示意圖

3 研究區泥沙變化特征分析

3.1 參證站溫泉水文站泥沙分析

溫泉水文站有1983-989和1993-2016年的懸移質泥沙輸沙率和含沙量資料，由于影響泥沙資料的因素比較復雜，在此不做插補處理。

3.1.1 溫泉水文站泥沙變化

博爾塔拉河流域山區河流眾多，河流徑流量小。山區植被覆蓋較好，地表土壤侵蝕較輕，且河流徑流量中冰雪融水及地下水補給比重較大，河流含沙量較小(大河沿子河除外)。主要河流年平均含沙量在0.21～1.81 kg/m3之間，較天山北坡精河以東諸河含沙量小。從縱向分布看，自河源向下游出山口，河流的懸移質含沙量呈不斷增加趨勢，在河流出山口處時，含沙量最大，從出山口以后，含沙量呈逐漸減小的趨勢。河流含沙量的多少，受當時流域氣候干旱程度、暴雨強度、下墊面條件影響。博爾塔拉河山區植被較好，坡度較小，暴雨相對較少，地下水補給量較大，河流含沙量變化較小。博爾塔拉河溫泉水文站多年平均含沙量資料截至2015年為0.58 kg/m3。詳見表1。

表1 溫泉水文站泥沙特性成果表

博爾塔拉河上游山區坡降大，流速快，輸沙能力強，溫泉水文站多年平均輸沙量18.6萬t，河流侵蝕造成的災害不容忽視。溫泉水文站含沙量、輸沙量的年際變化較大，最大年輸沙量是最小年輸沙量的8.6倍，最大年平均含沙量是最小年平均含沙量的7.5倍。含沙量、輸沙量年際變化情況見表2。

表2 溫泉水文站含沙量和輸沙量年際變化表

3.1.2 烏拉斯臺溝多年平均輸沙量估算

1)懸移質輸沙量

本次烏拉斯臺溝多年平均輸沙量采用水文比擬法估算。計算公式為：

Ws=MS×f

(1)

式中：Ws為多年平均年懸移質輸沙量(104t)；Ms為參證站多年平均年懸移質輸沙模數(t/km2)；f為集水面積(km2)。

烏拉斯臺溝擬建渠首以上集水面積為52.9 km2，參證站溫泉水文站以上集水面積為2 206 km2，溫泉水文站多年平均年懸移質輸沙量18.6×104t，求得其多年平均年懸移質輸沙模數為84.3 t/km2，烏拉斯臺溝擬建渠首多年平均年懸移質輸沙量為0.446×104t。

2)推移質輸沙量

由于缺少推移質泥沙資料，通常推移質輸沙量采用懸移質輸沙量乘經驗系數推求。計算公式為：

Wb=β×Ws

(2)

式中：Wb為推移質輸沙量(t)；Ws為 懸移質輸沙量(t)；β為推移質輸沙量與懸移質輸沙量的比值，β在一般情況下可參考下列數值：平原地區河流：β=0.01～0.05，丘陵地區河流：β=0.05～0.15，山區河流：β=0.15～0.30。

考慮到烏拉斯臺溝屬山區，選取推懸比系數β=0.20。由此推求得烏拉斯臺溝擬建渠首推移質輸沙量為0.089×104t。則烏拉斯臺溝擬建渠首輸沙總量為0.535×104t。

3.2 參證站阿合奇水文站泥沙分析

阿合奇水文站位于烏爾達克賽河上，水文站有1964-1966年，1979-1993年泥沙資料，1967-1978年間停測12年。水文站懸移質泥沙實測資料連續時間最長的為1979年-1993年的15年資料。依據阿合奇水文站實測泥沙資料，對泥沙變化進行分析。

3.2.1 阿合奇水文站泥沙變化

根據阿合奇水文站懸移質泥沙實測資料，多年平均輸沙量為5.985×104t，實測最大年輸沙量25.6×104t，多年平均輸沙模數63.81 t/km2，多年平均含沙量0.39 kg/m3，歷年最大含沙量1.33 kg/m3。

烏爾達克賽河徑流量年內分配相對較均勻，連續最大四個月徑流量占年徑流量的76.2%，但河流懸移質泥沙年內分配卻極不均勻，連續最大四個月輸沙量出現在夏季6-9月，其輸沙量占年輸沙量的91.9%，最大月輸沙量出現在7月，占年量的53.6%。

3.2.2 烏拉斯臺溝多年平均輸沙量估算

1)懸移質輸沙量

烏拉斯臺溝擬建渠首以上集水面積為52.9 km2，參證站阿合奇水文站以上集水面積為938 km2，阿合奇水文站多年平均年懸移質輸沙量5.985×104t，求得其多年平均年懸移質輸沙模數為63.81/km2，根據公式(2)，烏拉斯臺溝擬建渠首多年平均年懸移質輸沙量為0.338×104t。

2)推移質輸沙量

根據公式(2)，選取推懸比系數β=0.20。由此推求得烏拉斯臺溝擬建渠首推移質輸沙量為0.068×104t。則烏拉斯臺溝擬建渠首輸沙總量為0.406×104t。

3.3 估算結果比選

通過對采用的兩個參證站估算的結果進行分析比較，推薦采用以溫泉水文站為參證站的估算成果，即烏拉斯臺溝擬建渠首多年平均年輸沙總量為0.535×104t。

4 結語

烏拉斯臺溝作為博爾塔拉河左岸的一條較小的支流，山口以上流域沒有水利工程及農業開發活動，流域植被及水土保持情況良好，具有修建塘壩的地形條件，通過修建攔河渠首工程，可改善當地的灌溉條件，有利于水資源的合理優化配置。本次對該區域的泥沙變化特征進行研究，探明了泥沙變化的一般規律及輸沙量的總量，為該工程的建設及后期運行提供了基礎資料支撐。