新疆皮山河水沙特征分析

贺冬强

(新疆和田水文水资源勘测局,新疆和田 848000)

1 流域自然地理概况

皮山河流域位于新疆维吾尔自治区和田地区皮山县境内,发源于喀拉昆仑山北麓。流域南面为高大的喀喇昆仑山,北面有广阔的塔里木盆地,西与叶城县接壤,东与皮山县桑株河相邻。流域地形南高北低,流向由南向北。皮山河包括阿克肖河及康阿孜河两大支流,两支流均发源于昆仑山脉冰川积雪地带,最高峰达 6 396 m,此地带山峰林立,多陡岩峭壁,地形起伏较大,为皮山河夏季冰川融雪型洪水主要发源区。两支流在瑙阿巴提塔吉克民族乡(处东经 77°46ˊ,北纬 37°11ˊ)汇合,汇合后始称皮山河,由南向北流经克里阳注入雅普泉水库,后经皮山县城等地,最终消失于塔克拉玛干大沙漠,全长 160 km。

皮山河皮山水文站以上集水面积为 2 227 km2,河流长度72 km,流域平均宽度 26.3 km,平均坡度 5.3‰,平均高程3 952m,河源最高点在海拔 6 000 m以上。多年平均流量10.9m3/s(水文站),多年平均径流量 3.430×108m3,径流年际变化比较平稳,但年内分配极不均匀。多年平均输沙率和输沙量分别为 28.7 kg/s和 89.8×104T。

2 冰川

昆仑山冰川属大陆性的山岳冰川,是在干冷的大陆性气候条件下发育而成的,具有冰川区降水多、气温低、雪线高、冰川运动速度慢等特点,是皮山河流域重要补给源之一。据中科院兰州冰川冻土研究所《中国冰川目录》统计,皮山河流域冰川总面积为 91.45 km2,其冰川覆盖率为 4.83%,其中阿克肖河有 68条冰川,其面积和为 48.52 km2,占皮山河流域冰川的总面积的 53%,平均雪线高度为 4 700～4 900 m,冰川末端最高达 5 230m,最低为 3 960m,最大冰川面积为8.91 km2,长为 8.5 km;康阿孜河有 45条冰川,其面积和为42.92 km2,占皮山河流域冰川总面积的 47%,平均雪线高度为 4 860～5 140 m,冰川末端最高达 5 600 m,最低为4 400m,最大冰川面积为 5.75 km2,长度为 4.3 km。

3 径流特征

3.1 径流的时空分布

3.1.1 径流的空间分布

由于受降水和地形影响,与降水地域分布相一致,河川径流地区差别较大。空间分布特点亦是山地大于平原,南部大于北部。中高山带是径流的高值区和径流的主要形成区,低山丘陵区、下游沙漠平原地区是径流的低值区和径流散失区。

3.1.2 径流的年内、年际变化

皮山水文站设立于 1958年 6月,是该河唯一的控制性水文观测站,水文站以上集水面积 2 227 km2,多年平均流量10.9m3/s,多年平均径流量 3.430×108m3,全年水量的80%以上集中于 5～8月高温时期;最大年径流量与最小年径流量之比为 1.84。皮山河径流年际变化比较平稳,变差系数 CV值为 0.18,主要是由于冰川融水补给占较大的比重。但径流年内分配极不均匀,其特点是汛期短,径流量大,枯水期长,径流量小。最大月 7月径流量约为最小月 2月径流量的 32倍。夏汛特征比较明显,除夏季外,其它季节水量很小,2月份径流量仅占全年径流量的 0.88%,是一年中最枯的月份。

3.2 径流系列丰枯变化特性分析

从皮山水文站 1958～2008年径流过程线、年径流量模比系数差积曲线可以看出,1958～1965年为枯水期,历时8年;1966～1967年为丰水期,历时 2年;1968～1973年为平偏枯水期,历时 6年;1974～1975年为偏丰水期,历时 2年;1976～1980年为枯水期,历时 5年;1981～1983年为丰水期,历时 3年;1984～1997年为枯水期,历时 14年;1998～2000年为平水期,历时 3年;2001～2006年为丰水期,历时 6年;2007～2008年为平水期,历时 2年;其中包含有一些小的周期。由此可见,该系列 1958～2008年 51年的年径流资料包括丰、平、枯水变化过程较完整。资料具有较好的代表性。

4 洪水成因及特征

4.1 洪水成因分析

皮山河是由东西两条大支流汇合而成。东支流阿克肖河和西支流康阿孜河分别发源于昆仑山脉的冰川积雪地带,一般在海拔 5 000 m以上的高山区,是皮山河夏季冰川融雪型洪水的主要形成区。按洪水形成的垂直分类,即低山带主要形成暴雨洪水,中山带主要形成季节积雪融雪型洪水,高山带则以发育的冰川和永久性积雪形成融冰雪型洪水。

由皮山河实测历年洪水资料分析,该河洪水主要分为春洪和夏洪两大类。一般除了春洪多以季节积雪融雪型洪水出现,夏季洪水多以高山冰川积雪融冰雪型洪水出现外,还有与山区发生暴雨洪水相遭遇而出现混合型洪水。从成因上讲,融冰雪型洪水出现的时间和洪水的大小,除了主要取决于流域内低山区的积雪量以及高山带的冰川、积雪储量的多少条件外,还取决于气温上升幅度的大小和持续历时的长短因素。如 1967年 4月下旬,皮山河与和田地区其它主要河流普遍出现了一次较为明显的春季融雪洪水,正与流域内去冬今春在低山带积雪量以及春季气温回升幅率较大而密切相关。根据和田地区各主要气象站和水文站 1966年 10月至 1967年 3月的降水量统计,该时段内降水量要较历年同期降水量多 42% ～52%。其中皮山河流域降水量从平原到中低山区均较历年同期降水量多 150%～169%。而皮山县气象站 4月下旬实测气温资料反映,该旬平均气温为22℃,较历年同期平均气温 18.4℃高出 3.8℃,出现了历年该旬气温的最高值。显而易见,同属于融雪型的夏季洪水,它出现的时间和洪水的大小规模,除了取决于高山冰川面积、永久性积雪储量和降雪量的积累厚度外,还取决于高山区气温和太阳辐射量。

另外,暴雨洪水的大小和它出现的时间还取决于夏季降雨量的多少和降雨面积的大小以及暴雨中心的位置所确定。据和田地区主要气象站和水文站 1960年至 1980年的日降水量 2 0mm以上资料分析,暴雨发生受地形影响较大。就和田地区降水资料反映,20mm的暴雨由东向西出现的频次增多,尤其是皮山河流域出现的暴雨为最多,平均每年出现一次,而且在中低山带是形成大暴雨的主要地区。

4.2 洪水特征

4.2.1 以融冰雪型洪水为主、暴雨洪水为辅

皮山河多以融冰雪型洪水出现,主要受前期降水量和气温的影响所决定。此类洪水多以气温回升较高和历时较长而出现,例如 1967年春季融冰雪型洪水,洪水历时长达 15天。在夏季随着气温上升较高和持续时间较长,常常是皮山河形成历时长洪量级较大的洪水。然而皮山河流域虽然每年都有暴雨出现,但一般降雨历时较短,常形成历时短,洪峰较高,涨落率大的洪水,论其洪量要较融水型洪水小的多。

4.2.2 春洪不明显、以夏洪为主

从皮山河 1958年至 2008年(51年)实测洪水和调查历史洪水资料分析,年最大洪峰流量和洪水径流量大多出现在6月至 8月份,其中只有 4年的洪水出现在 5月中、下旬。而且 6月至 8月径流量占年径流量的 70%以上。就 1967年4月出现较为明显的春季洪水而言,其洪峰流量达到 155 m3/s。但是该次洪水的洪峰和洪量都不及该年最大洪水的洪峰和洪量大,可见春洪不甚明显,对年径流量的影响很小。

4.2.3 一日一峰变化明显

皮山河日流量变化同气温一样,具有明显的日变化规律。一般日最大流量出现在 0时 -2时,最小流量出现在18时 ～ 20时 。

5 泥沙

5.1 悬移质含沙量的变化特征

河流含沙量因流域气候的干旱程度和暴雨洪水的强度不同而不同,植被和地质条件也是重要的影响因素。由于低山丘陵区植被和地质条件较差,降雨产流过程中水土流失严重,形成流域主要产沙区。暴雨洪水期,水量集中、流速大,水流挟沙能力加强,使得河流含沙量剧增。皮山站实测悬移质泥沙资料,多年平均含沙量 2.64 kg/m3,1987年 7月 24日实测历年最大含沙量为625 kg/m3。皮山水文站多年月平均含沙量主要分布在 4～9月,而河流含沙量与洪水之间的关系较复杂。洪峰流量与沙峰的大小及出现的时间并非一一对应,而是具有很大的随机性,这与洪水发生时间及类型等有关。

5.2 悬移质输沙率和输沙量的变化特征及年内分配

据皮山站历年实测资料统计,该河多年平均输沙量为89.8×104T。多年最大月平均输沙率和输沙量分别为117 kg/s和 31.3×104T,出现在七月份,其输沙量占年输沙量的34.9%。而多年最小月平均输沙率和输沙量分别为0.077 kg/s和 0.021×104T,出现在元月份,其输沙量仅占年输沙量的 0.02%。皮山河夏季输沙量则较径流量更为集中,连续最大四个月(5～8月)的输沙量占年输沙量的 91.8%。且连续最小四个月(11～2月)的输沙量占年输沙量的0.14%。可见皮山河悬移质泥沙的年内分配极为不均匀。

5.3 悬移质输沙率和输沙量的年际变化

由于皮山河流域所处极端干旱的区域气候特征以及流域植被覆盖较差,决定了皮山河水土易流失的特点。尤以中低山带出现暴雨洪水或春夏汛的侵蚀,造成了泥沙年际变化亦极不均匀。根据实测泥沙资料统计,最大年平均输沙率为146 kg/s,最小年平均输沙率为 4.10 kg/s,其比值达 35.6。最大年输沙量为 461×104T,最小年输沙量为 13.0×104T,二者比值达 35.5。八十年代中期输沙量变化极大,致使皮山河年输沙量达到历史实测最大值。其中突出的是 1987年 7月出现了历史最大暴雨,皮山水文站降水量达 147.9mm,为历年平均降水量的 0.9倍,该月输沙率达 1 480 kg/s;由此可见,暴雨成为造成皮山河流域水土侵蚀严重而致输沙量增大的主要因素之一。

6 水质

6.1 天然水质

皮山河皮山站以上河长 72 km,测站多年平均矿化度为300mg/L,是和田地区各河中矿化度最低的一条河流,按阿列金分类法,水化学类型为 SCaⅡ,阴离子以为主,阳离子以 Ca2+为主。皮山河天然水质存在着季节性变化的特征,无论是矿化度或是水质类型均存在较明显的季节性改变。汛前(1～4月)矿化度为全年最大,多年平均为 422mg/L,水化学类型为 SCaⅡ。进入汛期后(5～8月)由于水量增大,矿化度迅速减小,多年平均矿化度仅为 230mg/L,水化学类型转化为 SCaⅠ,(阴离子以 HCO3-为主,阳离子以Ca2+为主)。汛后(9～12月)随着水量的减小,矿化度又有增高,多年平均达 313mg/L,水化类型又转为 SCaⅡ型。说明皮山河皮山站以上天然河流水质在汛期为最好,汛前为最差。

皮山河年平均离子总量为 300 mg/L,年离子径流量为9.42×104T,离子径流模数为 42.3 t/km2◦a。多年平均离子径流模数也为地区各主要河流中最低的。

6.2 水质评价及水质污染

根据《地面水环境质量标准》(GB 3838-2002),和田水环境监测分中心于 2008年汛前(3月)、汛中(7月)、汛后(9月),在皮山水文站进行取样分析。各项指标均为Ⅰ级,说明水质尚未达到污染状态。

7 结论

本文通过对皮山河皮山水文站的水沙特性及其变化规律进行分析,得出以下结论：

(1)从 1959～2008年皮山河皮山水文站的降雨量、径流模数和输沙模数随时间的变化分别具有一定的同步性。

(2)降雨 ～径流、径流 ～泥沙具有一定的相关性。在年径流模数、输沙模数相同的情况下,上世纪 80年代中期这一时期的产沙量要高于其它年份,可能是由于这几年受全球气候变暖,加快了冰川融水的速度,导致了主汛期洪水峰高量大,水流夹沙能力增强,水土流失严重,使得河流泥沙增多。

(3)皮山河流域暴雨集中,历时短,强度大,因此洪水洪峰尖瘦,陡涨陡落,高含沙洪水出现频繁,给水资源的开发利用带来了很大困难。

(4)泥沙特征与河流形态和水流条件有关,也决定于沿程流域侵蚀、河道冲刷等情况。因此,泥沙问题将是皮山河流域水资源开发利用中需要科学研究和解决的重要问题。

[1]中国冰川目录〔M〕.北京：科学出版社,1986。

[2]河流流量测验规〔M〕.北京：中国计划出版社,1993。

[3]叶守泽 水文水利计算〔M〕.北京：水利电力出版社,1995。

[4]资料整编规范〔M〕.北京：中国计划出版社,1994。