哈密市巴木墩河流域径流特性及设计径流计算分析_蔡云标.pdf

DOI:10 19807/j cnki DXS 2023 03 076哈密市巴木墩河流域径流特性及设计径流计算分析蔡云标(哈密水文勘测局，新疆 哈密 839000)摘要地表径流是空间降水落到地表后除去蒸发和下渗后其余的水沿着地面低洼处汇流而形成的水流。半干旱地区研究径流特性和计算方法对区域水资源利用规划和水利工程建设具有重要参考意义。本文以新疆巴木墩河流域为例，参照半干旱地区资料短缺河流径流特性和适用计算方法，依据巴木墩水文站短期实测资料及同一气候区参证站的资料，分析研究区域径流特性，用长短系列订正法推求巴木墩河流域多年平均年径流量，并借用参证站统计参数推求设计年径流量及年内分配，结果可知:巴木墩河流域径流年际变化相较于年内变化小，年来水量较为稳定，年内分配极不均匀，夏季水量较为丰沛，占年来水量的 70%左右，7 月水量最大，8 月次之，2 月最小。分析结论为后期工程设计提供参考。关键词新疆哈密市;径流;年内分配中图分类号TV121+4文献标识码B文章编号1004 1184(2023)03 0224 02收稿日期2023 01 20作者简介蔡云标(1985 )，男，新疆哈密人，高级工程师，主要从事水文水环境监测及水资源评价方面工作。1概况巴木墩河流域位于新疆维吾尔自治区哈密市伊州区东部，位于东天山末梢的喀尔里克山南麓，流域西侧与庙尔沟相接，东部和该地区的安拉沟相邻，喀尔里克山山脊线位于该流域北部(山脊线以北为伊吾河流域发源地)，南部为伊州区盆地东部边缘及戈壁荒漠，研究流域地理位置坐标范围在东经 9406 9429和北纬 4251 4304之内。巴木墩流域的地势走向呈北部高南部低的分布趋势，由东北方向逐渐向西南方向逐渐倾斜，流域整体概括形态为长条状，流域最宽处约 8km。中高山区是优良的夏季牧场，该区域生长有稀疏的落叶松和雪岭云杉等。中低山区风化强烈，覆盖层较厚，植被分布很少，在河沟两侧均生长有少量天然胡杨树和灌木芨芨草及骆驼刺等。巴木墩河是哈密境内的一个较为典型的山溪型小河，河道的发源地最高点高程 4 662 m，在该流域内 4 000 m 海拔以上区域中存在少量冰川，河流整体流向为由北往南流进伊州区盆地区域内。山区为径流形成区，巴木墩河主河道右侧支流和洪沟的发育是区域内径流与洪水主要形成范围，主河道的左侧由于相对较窄较深，仅形成较少洪沟;在中高山区中发育形成的河道数量较多，高山区主要为冰川运动、融化形成的冰川河谷，中部山区为降雨形成的支流、沟壑，山体低海拔区域中由于降水相对偏少因此发育形成的支流较少，多为洪水形成的冲沟;出山口以后较大面积的山前戈壁区成为该流域径流散失区。流域特征值见表 1。表 1巴木墩河出山口以上河流特征值一览表集水面积/km2河源高程/m沟口高程/m平均高程/m山区河长/km河道纵坡/冰川面积/km2冰川覆盖度/%2034 6621 3692 96032 1687 312 466 142气候特征巴木墩流域位于欧亚大陆的内陆区域，四周距离海洋很远，因此气候整体较为干燥，流域内具有晴天多、地表干旱和降水很少的气候特征，春季常刮风，夏季干燥炎热水分蒸发大，秋季降温较快，冬季降雪较少总体较为干燥寒冷。气温是区域内高山区冰川河湖积雪融水的基础。哈密市地理面积较大，区域内多种不同地形差异较大，气温因地形的变化也相应的会发生较大改变:区域内山区和平原区气温与海拔高度呈负相关;平原区气温的日较差与年较差变化幅度大于山区;荒漠区上升幅度最大，平原区次之，山区上升幅度最小1。以邻近流域榆树沟作为参证站，榆树沟站 1 月最冷，七月最热，年内变化以春秋两季大，冬夏两季小，极端最低和最高气温分别为 26 5(2012 年 1 月)和 35 1(2016 年 8 月)。区域内降水分布受地形和水汽来源影响，水汽主要来源是沿乌拉尔山东向南方向和由地中海黑海方向进入的两个低压槽交汇之后再往东行进时将水汽带到巴木墩，以及少量由研究区域北侧进入的北冰洋水汽。哈密市伊州区范围内的降水量极少且时空分布不均匀。伊州区中部、靠近山区区域、山区的历年平均降水分别为 34 0 39 7 mm、120 mm、200 mm。降水主要发生在春夏期间，降水量约占全年总量70 1%82 2%。水面蒸发量能够体现巴木墩流域内的蒸发能力，受气候环境影响较大。水面蒸发量随高程变化的规律与降水量随高程变化的规律相反，一般山区小于平原，随着海拔高程的降低，水面蒸发量逐步增大2。3径流特性分析3 1巴木墩河流域径流资料分析统计分析巴木墩水文站 10 a 径流资料可知其平均年径流量和径流模数分别为 2 906 104m3、14 3 万 m3km2。研究流域六至九月径流量占全年 79 2%;七月径流量在各月径流量之和分析中占比最大:29 4%，八月第二;十月至次年四月枯水期的径流量占全年 13 43%;二月在各月径流量之和分析中占 0 97%。全年径流量中春夏秋冬各季度占比依次为 10 2%、70 6%、15 4%、3 78%。该水文站 10 年实测资料中最大最小年径流量分别为 3 598 万 m3和 2 128 万4222023 年 5 月第 45 卷第 3 期地下水Ground waterMay，2023Vol.45NO.3m3，最高相差 1 7 倍，变差系数 0 17。3 2邻近流域径流特性在巴木墩河流域西侧天山南坡有头道沟、榆树沟、白吉三个国家基本水文站。1)头道沟站多年平均年径流量 2 504 104m3，径流模数6 7 万 m3km2。流域四至七月径流量占全年 65 4%;五月径流量在各月径流量之和分析中占比最大:29 5%，四月第二;十月至次年三月枯水期的径流量占全年 21 9%;二月在各月径流量之和分析中占 2 6%。全年径流量中春夏秋冬各季度占比依次为 53 4%、22 2%、15 5%、8 6%。该水文站实测系列资料中最大和最小年径流量分别为 5 170 万 m3和963 万 m3，最高相差 5 4 倍，变差系数 0 41。2)榆树沟站多年平均年径流量 5 569 104m3，径流模数 18 1 万 m3km2。流域五至八月径流量占全年 80 2%;七月径流量在各月径流量之和分析中占比最大:28 6%，八月第二;十月至次年三月枯水期的径流量占全年 11 9%;二月在各月径流量之和分析中占 1 0%。全年径流量中春夏秋冬各季度占比依次为 13 5%、70 6%、12 4%、3 4%。该水文站实测系列资料中最大和最小年径流量分别为 8 153 万m3和 3 540 万 m3，最高相差 2 3 倍，变差系数 0 20。3)白吉站多年平均年径流量 5 626 104m3，径流模数13 1 万 m3km2。流域五至八月径流量占全年 73 7%;七月径流量在各月径流量之和分析中占比最大:21 8%，八月第二;十月至次年三月枯水期的径流量占全年 13 7%;二月在各月径流量之和分析中占 1 5%。全年径流量中春夏秋冬各季度占比依次为 22 4%、57 6%、14 2%、5 8%。该水文站实测系列资料中最大和最小年径流量分别为 8 864 万 m3和 2 942 万 m3，最高相差 3 0 倍，变差系数 0 27。3 3巴木墩河流域径流特性合理性分析春汛期间积雪不断融化，流域内气温升高变化速率和冬季积雪量直接影响径流量大小。夏季气温迅速上升加速冰川消融，雨季降水的增加，形成融冰与暴雨叠加洪水，冰川储量及降水与径流量呈正相关。从气候条件上分析可知气温和降水两个因素基本决定了研究流域径流量在年内分配的大致规律，而流域不同下垫面的组成也会影响径流分配趋势规律，例如植被覆盖率高、湖泊水体数量多、土地含水层范围大、流域面积广阔等下垫面情况都会使得径流年内分配趋于相对平均。巴木墩河流域面积小于榆树沟，流域调节能力弱于榆树沟，年内分配差异较大。年际变化由于春季受前一年降雪、当年气温影响，变化不大，夏季冰川融水和降水的相互补充作用，巴木墩河流域与榆树沟同处于一个气候区内，冰川面积占比较为接近，径流中冰川融水的贡献度相差不大，巴木墩河流域与榆树沟站年际变化基本接近，小于白吉站。图 1榆树沟水文站天然年径流量频率曲线4设计径流及年内分配巴木墩河流域仅有 10 年短期径流实测资料，不能代表多年平均年径流量，巴木墩河流域的径流模数、流域平均高程与白吉站较为接近，以白吉站作为参证站，用长短系列法订正巴木墩多年平均年径流量为 3 084 104m3，再借用榆树沟水文站年径流量系列统计参数 CV=0 20、CS/CV=2 0，推求巴木墩河流域设计年径流量成果见表 2。表 2巴木墩河流域设计年径流成果表104m3多年平均年径流量CvCs/Cv设计年径流量/%2050758590953 0840 202 003 5883 0432 6492 4522 3252 144表 3哈密市巴木墩河流域年径流量年内逐月分配成果表104m3年别月份类别一二三四五六七八九十十一十二年P=50%(2004 年)偏枯年 P=75%(1987 年)枯水年 P=95%(1984 年)多年均值分配比/%1 421 321 364 825 0918 1331 6823 176 952 751 931 38100设计年43 240 241 414715555296470521183 758 742 03 043分配比/%1 060 941 060 764 1220 5940 53187 242 761 821 12100设计年28 124 928 120 1109545107447719273 148 229 72 649分配比/%1 601 091 673 857 6423 6424 5820 297 493 272 692 18100设计年34 323 435 882 516450752743516170 157 746 72 144分配比/%1 101 041 172 819 5519 1128 5822 967 942 701 751 29100设计年33 932 236 186 729458988170824583 453 939 73 084巴木墩河流域仅 10 a 径流资料，径流年际丰枯变化不完整，通过分析对比榆树沟、白吉站同期径流资料，巴木墩河流域和榆树沟站年径流的年内分配与较为接近，在榆树沟站历年实测资料中挑选出与设计年径流量较为相近的年份、来水过程与需水过程差异极大且年内分配很不均匀、对当地农业用水需求与水量调节不利的年份为典型年。巴木墩河流域年径流量的年内各月分配成果见表 3。5结语本文以依据站巴木墩水文站 10 年资料为基础，通过分析比较处于同一气候区内的水文站长系列资料，分析巴木墩河径流特性，更好地掌握年内变化规律，用长短系列订正法推求研究区的多年平均径流量，借用参证站统计参数推求设计年径流量及年内分配，为后期该流域的工程设计、水资源开发利用提供参考依据，但由于研究区实测资料的不足，设计站与参证流域仍存在不同程度的差异，建议有关部门加快水文站网建设，增加水文站点的布设，提高径流设计精度。参考文献 1骆光晓、吴力平，等 新疆哈密地区地表水资源量趋势分析 水文(27)5 2高照，高鹏 巴里坤县西黑沟流域水文特性 地下水(32)2522第 45 卷第 3 期地下水2023 年 5 月