新疆伊吾河水资源特征及悬移质输沙量分析

高照

（新疆维吾尔自治区哈密水文勘测局，新疆哈密839000）

新疆伊吾河水资源特征及悬移质输沙量分析

高照

（新疆维吾尔自治区哈密水文勘测局，新疆哈密839000）

伊吾河为典型的干旱区内流河，水资源特征以及河流输沙量的研究较为薄弱，选取伊吾河为研究对象，对其径流状况与悬移质泥沙进行研究。通过整理对比苇子峡水文站和白吉水文站1976年～2005年的水文资料，发现伊吾河在1990年以前为枯水年段，1990年以后为丰水年段。通过借用头道沟、故乡河、榆树沟三处水文站的泥沙观测资料，采用输沙模数法推求伊吾河年输沙量为4.04万t，推移质输沙量为0.61万t。

伊吾河；水资源；悬移质；输沙量；分析

1 流域概况

伊吾河流域位于哈密地区伊吾县境内，地处天山山脉东段，哈尔里克山北坡，东与代尔昆代郭勒沟相接，西与吐尔干沟相连，南面以哈尔里克山山脊线为界，北部为流域下游晚熟哈密瓜基地淖毛湖镇[1-2]。由大白杨沟、科托沟、小白杨沟、忍达沟、塔什克其克、库木克其克、纳衣塔克等支流组成，河流由南向北横贯伊吾县，流经中低山丘陵区的山间谷地，最终流向北部淖毛湖盆地，河流全长104.6km[1]。伊吾河为典型的干旱区内流河，水资源特征以及河流输沙量的研究较为薄弱，本文选取伊吾河为研究对象，对其径流状况与悬移质泥沙进行研究。

2 伊吾河径流分析

2.1 径流组成

伊吾河峡沟水库位于伊吾山间盆地，入库径流为伊吾河河道的地表水量。径流主要由冰雪融水、夏季降雨及泉水组成，径流主要形成在中上游山区。其中在4～6月主要为融雪水补给，7～9月以融冰雪水与夏季降雨补给。每年10月至次年3月径流量以泉水补给为主[3]。由于地下水补给权重相对较大，径流的年内分配比较均匀，连续最大四个月（5～8月）径流量占年径流量的43.2%左右。

2.2 苇子峡水文站的年径流分析

分析苇子峡水文站天然年径流系列有无代表性，本文借用1976～2005年白吉站与苇子峡水文站天然年径流长系列进行对比分析。平均径流量与多年平均径流量的比值K见表1。

根据绘制的白吉站1956～2005年年径流量差积曲线，如图2所示，1956～1961年为丰水年段；1962～1970年为枯水年段；1971～1984年为丰水年段；1981～2005年为平偏丰水年段。

表1 不同丰枯时段比较表

图1 苇子峡站年径流量差积曲线

图2 白吉站年径流量差积曲线

3 泥沙分析

伊吾河流域内无长期泥沙观测资料，河流泥沙主要来自暴雨洪水和融雪洪水对表面土壤的侵蚀以及河槽本身的冲刷。流域高山区冰雪融水区及中低山区降水汇流带，由于河流纵坡较大，植被较差。表层岩石风化强烈，干燥的剥蚀山体较为普遍，河流运行区间穿过伊吾河冲积平原，伊吾河谷堆积着巨厚的第四纪松散沉积物，沙砾石层、粘质沙土及粉砂。

3.1 泥沙基本概况

伊吾河苇子峡水文站于2004年5月增加悬移质泥沙观测项目，只有两年实测悬移质泥沙资料，可供本次泥沙分析。考虑到伊吾河流域内悬移质泥沙站点太少，为分析推算伊吾河流域的含沙量、输沙量及其时空分布情况。本次分析借用哈尔里克山南坡有实测悬移质泥沙资料的头道沟、故乡河、榆树沟三处水文站的泥沙观测资料进行分析。

3.2 悬移质输沙量的估算

（1）流域侵蚀模数法

侵蚀模数[4]就是流域单位面积上每年的产沙总量，多年平均悬移质侵蚀模数可由下式求得：

式中：MMs为多年平均悬移质侵蚀模数（T/km2）；F为流域面积（km2）；为年平均悬移质输沙量（t）；

依据《新疆地表水资源》悬移质多年平均侵蚀模数分区资料[2]，伊吾河流域悬移质侵蚀模数在10～50t/km2之，又据哈密地区哈尔里克山南坡头道沟、白吉、榆树沟水文站多年平均输沙模数为61.4t/km2，苇子峡水文站2004～2005年年平均输沙模数为43.2t/km2，因系列太短，没有采用。本次计算取伊吾河流域输沙模数的上限值Ms＝50t/km2。已知峡沟坝址以上集水面积808.7km2，代入（1）求得峡沟坝址处多年平均悬移质输沙量为4.04万t。

（2）水文比拟法

由于伊吾河流域缺乏泥沙实测资料，因此，选择故乡河白吉站为参证站。白吉站地处哈尔里克山南坡，分水岭以北为伊吾盐池牧场。该流域集水面积431 km2，冰川面积13.36 km2，河槽平均比降53.7‰。流域内地层由泥盆系和华力西期花岗岩类组成，土壤由高山和亚高山草甸土，山地粟钙土和山地棕色荒漠土组成，生长植物有高山草甸，沙生针茅，盐蓬荒漠，麻黄等，植被较差，多年平均输少量2.74万t（1985～2005年），由于两个流域的自然地理特征比较相似，因而可以直接移用故乡河的侵蚀模数（Ms＝63.6 t/km2）作为伊吾河峡沟坝址以上流域的侵蚀模数，将故乡河的选用参数代入（2）：

求得峡沟坝址处多年平均悬移质年输沙量为5.14万t。[3]

采用苇子峡水文站2004～2005年实测值，年平均输沙量4.59万t，两个流域同处一个气候区内，自然地理特征相似，因此可以直接移用苇子峡水文站的侵蚀模数Ms＝43.2t/km2作为伊吾河峡沟坝址以上流域的侵蚀模数，将苇子峡的选用参数代入（2），推求出求得峡沟坝址处多年平均悬移质年输沙量为3.49万t。

（3）经验公式法

根据苏联波莱柯夫公式：

式中，ρ为多年平均含沙量（kg/m3）；J为流域平均比降（‰）；α为侵蚀系数，它与流域的冲刷程度有关，拟定时可参考下列数值：冲刷剧烈的区域，α＝6～8；冲刷中等的区域，α＝2～6；冲刷轻微的区域，α＝1～2；冲刷极微的区域，α＝0.5～1.0[4]。

表2 榆树沟站推～悬比例系数表

关于式中α的取值参考哈密地区哈尔里克山南坡头道沟、白吉、榆树沟水文站实测多年平均均悬移质含沙量（1986～2005年）和河流比降J所求的侵蚀系数，结合伊吾河流域自然地理特征和调查实测河流含沙量的情况，取其α＝0.50，利用求积仪量算得峡沟坝址以上流域平均比降J＝38.9‰,代入（3），则求得峡沟坝址多年平均含沙量为1.0 kg/m3，悬移质输沙量为4.79万t。

3.3 推移质输沙量的估算

（1）比例系数法

目前对推移质来沙量的估算还没有比较成熟的方法，系数法的基本理论是推移质输沙量与悬移质输沙量之间具有较严密的线性关系，此关系在一定的地区河道、水文地理条件下相当稳定，即：

式中，Wb为推移质输沙量（t）；Ws为悬移质输沙量（t）；β为推移质输沙量与悬移质输沙量的比值，β值在一般情况下可参考下列数值：原地区河流，β＝0.01～0.05；丘陵地区河流，β＝0.05～0.15；山区河流，β＝0.15～0.30[4]。

依据哈尔里克山南坡榆树沟水文站1986～1988年实测推移质输沙量与悬移质输沙量比例系数表2，伊吾河属山区丘陵地带河流，取β＝0.15，已知Ws＝4.04万t，代入（4），求得推移质输沙量为0.61万t。

（2）水文比拟法

根据榆树沟水文站观测的1986～1988年推沙资料及推求的3年平均推移质输沙量0.169万t，求得榆树沟推沙侵蚀模数为5.48t/km2。因榆树沟和伊吾河同处于一个山体，地貌类型及地质构造相同，所以直接移用榆树沟的推沙侵蚀模数，利用公式（2），求得峡沟坝址处多年平均推移质输沙量为0.44万t。

4 结论

与白吉站的年径流量对比研究表明，伊吾河在1990年以前为枯水年段，1990年以后为丰水年段。苇子峡水文站30年实测年径流过程可以代表伊吾河丰、枯水变化过程。

参考不同方法计算的输沙量成果，经对哈密地区各水文站的输沙模数综合分析，并参考榆树沟站推沙资料，由苇子峡水文站2004～2005年实测泥沙资料推求值与其它各站相差较大，故未采用。悬移质输沙量建议采用侵蚀模数法推求成果，即年输沙量为4.04万t；推移质输沙量采用比例系数法推求成果，推移质输沙量为0.61万t。

[1]骆光晓,刘莉.伊吾河流域水文特性分析[J].干旱区地理(汉文版), 1999,22(1):47-52.

[2]刘虹.新疆伊吾河流域水文水资源分析[J].黑龙江水利科技,2012,40 (8):42-44.

[3]高照.从伊吾河流域径流量变化分析哈密地区高山区冰川消融[J].黑龙江水利科技,2010,38(1):10-12.

[4]黄廷杰,陆彦,陈帅,等.床沙粒径及级配对非均匀沙起动的影响分析

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高照（1968-），男，汉族，陕西省咸阳人，工程师，主要从事水文水资源工作。