特克斯河中游河段冰流量测验与分析

赵宏涛

（水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐830000）

特克斯河中游河段冰流量测验与分析

赵宏涛

（水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐830000）

为填补特克斯河中游河段冰流量分析的空白，通过整编冰情专用站实测资料，建立累积流冰量与累积负气温的相关关系，依据参证气温系列计算得到多年平均流冰量及年内分配过程。经分析，初步认为特克斯河中游河段多年平均总流冰量为35.15 m3×106m3，其中约48%来自上游河段，其余52%由中游河段自身产生。分析结果对河段内冬季运行的各涉河项目均有一定的指导意义。

水文学；冰流量；测验；特克斯河；中游河段

特克斯河位于中高纬度地区，其冰流量的测验与分析长期处于空白状态，已成为制约河段开发利用的主要因素之一。笔者通过整编冰情专用站观测资料，并结合主要成冰因素，对特克斯河中游河段流冰量进行分析与估算。

1 流域概况

特克斯河主要位于新疆伊犁哈萨克自治州，总体流向为由西南向东北，从阿合牙孜河汇合口至库克苏河汇合口为本文分析的中游河段。

特克斯河是典型的冰雪融水补给型河流，径流年际变化稳定，但年内分配不均，每年6月～8月为主汛期，枯水期11月～2月为稳定退水期。

特克斯河中游河段属大陆性温带气候，一般11月下旬日平均气温逐渐减低至0℃，1月为最冷；一般3月下旬日平均气温逐渐升高至0℃，7月为最热。

2 冰情特征简述

特克斯河中游一般在11月下旬产生初冰，在12月下旬开始流冰，在3月下旬终止流冰，流冰期一般在90天左右,未发生过河面封冻现象。实测资料反映，特克斯河中游流冰以稀疏流冰花为主。

3 冰流量测验

特克斯河流域内的国家基本水文站，均未对冰流量进行观测,但当地水文局曾于2011年11月26日至2012年3月31日，在阿克达拉大桥、玛热塔斯渡口设立冰情专用站，进行了1个完整水文年的冰流量测验。其中阿克达拉大桥专用站位于特克斯河中游上段，玛热塔斯渡口专用站位于特克斯河中游下段，专用站位置示意参见图1。

两专用站冰流量观测均采用简测法，以疏密度为常测项，同时进行水位、流量、气温的观测。冰情观测方法与过程简述如下。

3.1 敞露水面宽（B）、疏密度（η）测验

两专用站均采用全站仪测量敞露水面宽；采用人工目估法观测疏密度，在人工目估较为困难时采用摄影法进行测验。其中疏密度为常测项，每日观测时间为10时、18时。

3.2 冰花、冰块流速（vg）测验

冰流速测验以冰花、冰块为浮标，测定由上游水尺断面流至下游水尺断面的历时，据此推求测点的平均流速。一般在横断面不同位置布设5～8个测点，各测点冰流速算术平均值即为断面平均冰花、冰块流速。

3.3 冰块厚度（dg）、冰花厚度（dsg）与冰花团密度（ρsg）

特克斯河流冰形式主要以冰花团为主，流冰块主要发生在解冻期。

冰块厚度采用量冰尺取流经岸边冰块量取，一般每次测量5～10冰块，且大小兼有，取其加权平均值为平均冰块厚度[1]。

冰花厚度测量时，利用渡船在测流断面上选取冰花较为集中且具有代表性的位置进行取样。冰花采样器形式为横截面25 cm×25 cm的正方体，重量为5.4 kg。

冰花取样时，在测点由流动的冰花表面垂直向下至冰花底部截取冰花样体，然后在采样器内量取冰花厚度、秤取冰花样重量，并采用式1推求出测点冰花密度。断面平均冰花密度为各测点冰花密度的算术平均值。

式中：ρsg为冰花密度，kg/m3；Wsg为冰花重量，kg；A为采样器截面积，m2；dsg为冰花厚，mm。

4 冰流量资料整编

当河内流冰全部为流冰块时，采用式2计算冰流量；当河内流冰全部为流冰花时，采用式3计算冰流量，式中冰花折算系数采用式4计算；若既有流冰花，又有流冰块，则分别计算。

式中：Qg为冰流量，m3/s；B为敞露河面宽，m；Vg为平均冰速，m/s；dgdsg为平均冰块厚，mm；η为平均冰花团厚度，mm；β为平均流冰疏密度；为冰花折算系数。

式中：ρsg为冰花密度，kg/m3；ρg为冰密度，kg/m3。

由于疏密度观测连续，而冰流量测验每月仅2～3次，因此需先建立疏密度与冰流量的关系曲线，再依据逐日疏密度资料，整编出逐日冰流量。

4.1 疏密度与冰流量关系

两专用站在实测期内，按巡测的方式每10日进行一次冰流量测验，平均每月施测3份，个别月份因巡测时未出现冰花，只施测到2份冰流量，从2011年11月至2012年3月，两专用站分别实测了8份冬季冰流量资料，如表1、表2所示。

表1 阿克达拉大桥站2011～2012年实测冰流量表

表2 玛热塔斯渡口站2011～2012年实测冰流量表

2012年3月14日以后，由于气温升高，河流冰花断续出现，至27日完全停止流冰花。

依据表1、表2中成果，点绘疏密度与冰流量关系图，并通过点群中心绘制相关线，绘制时控制实测点据与曲线误差不超过±20%[2]，并顺趋势将曲线下限延长至零，上限延长至实测疏密度最大值，如图2所示。

图2 冰情专用站疏密度与冰流量关系曲线

4.2 逐日冰流量成果整编

按照水文资料整编规范要求，逐日平均疏密度采用加权平均法计算，在此基础上依据前述得到的疏密度与冰流量关系曲线，整编得逐日平均冰流量，统计得逐月成果，见表3、表4。

据表3统计，实测期内阿克达拉大桥站最大疏密度为0.860；最大冰流量为4.23 m3/s，1月11日；总流冰量为17.10×106m3。

据表4统计，实测期内玛热塔斯渡口站最大疏密度为0.650；最大冰流量为11.7m3/s，12月20日；总流冰量为38.91m3×106m3。

4.3 冰情专用站冰流量成果合理性分析

4.3.1 专用站冰流量过程对比分析

对比两专用站整编后的冰流量过程，如图3所示，可知两专用站冰情过程总体一致，且下游玛热塔斯渡口站冰流量明显大于上游阿克达拉大桥站冰流量。

一般而言，河流进入中游河段后，河道比降变缓、流速变慢，有利于形成流冰，同时中游河段汊流发育，增加了水流与大气的热交换速度，近而增加冰流量，图3反映的两专用站冰流量正符合以上规律。因此从上下游规律而言，两站冰流量成果合理。

表3 阿克达拉大桥冰情专用站逐月平均冰流量表

表4 玛热塔斯渡口冰情专用站逐月平均冰流量表

4.3.2 冰流量与气温过程对比分析

气温是影响冰流量的主要因素，对比两专用站冰流量过程与气温过程，如图3所示，可知两专用站冰流量过程与气温过程基本一致，总体随气温波动。因此从主要成因角度分析，两站冰流量成果也是合理的。

图3 冰情专用站冰流量过程、气温过程对比图

5 多年平均总流冰量初步分析

气温是影响冰情变化的热力因素，它决定着冰量和冰质的变化[3]，因此可采用实测累积流冰量与累积负气温建立关系，依据周边气温参证系列推求特克斯河中游多年平均总流冰量。

5.1 累积负气温与累积流冰量相关关系分析

依据两专用站2011～2012年逐日平均冰流量资料及同期气温观测资料，建立累积负气温与累积流冰量关系，并通过点群中心绘制相关线，绘制时控制实测点据与曲线误差不超过± 3%，如图4所示。

5.2 总流冰量及年内分配估算

以距离相近、高程相似为原则，分别以阿合牙孜水文站1980～2011年气温系列作为特克斯河中游上段的参证系列；以特克斯气象站1980～2011年气温系列作为特克斯河中游下段的参证系列。从日平均气温稳定于0℃的日期开始，统计参证系列多年平均冬季累积负气温，得阿合牙孜水文站多年平均冬季累积负温为-1452.5℃，特克斯气象站多年平均冬季累积负温为-807.4℃。

按图4中整理的累积负气温与累积流冰量相关关系，可计算得阿克达拉大桥站多年平均累积流冰量为16.83×106m3，玛热塔斯渡口站多年平均累积流冰量为35.15×106m3。

以2011～2012年实测的流冰量年内分配过程为典型，按总流冰量为控制进行同倍比缩放，可得两专用站多年平均流冰量年内分配，成果如表5所示。

图4 专用站累积气温与累积冰流量关系曲线

表5 冰情专用站多年平均流冰量及年内分配表

6 结论

笔者在冰情专用站实测资料基础上，通过整编、分析，初步认为特克斯河中游段多年平均总冰流量为35.15×106m3，且80%的流冰量发生在12月和1月份；初步查明特克斯河中游流冰量约48%来自上游，其余的52%由中游河段自身产生。

笔者的分析填补了特克斯河中游河段冰流量分析研究的空白，其成果对特克斯河中游河段规划的水利水电项目，以及冬季运行的各涉河项目均有一定的指导或参考意义。

[1]钱学伟，董治理，张立锦，等.河流冰情观测规范：SL59-1993[S]北京：中国水利水电出版社，1993：9-10

[2]朱晓原，张留柱，姚永熙.水文测验实用手册[M].北京：中国水利水电出版社，2013：498-503

[3]郭立新，曹烨，王明虎，等.黄河山东段冰情影响因素、机制及观测[J].水利规划与设计，2010（2）：19-22

P338.4

B

1673-9000（2017）04-0142-03

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赵宏涛（1985-），男，新疆乌鲁木齐市人，工程师，从事水利水电工程设计工作。