玛纳斯河流域水文特征及流量分析

周晓浩

(新疆白杨河流域管理局，新疆 乌鲁木齐 830000)

玛纳斯河是新疆绿洲开发项目中的代表性河流，其发源于新疆和静县境内天山中段北麓的依连哈比尔尕山脉大冰川区，源流古仁郭勒、夏格孜郭勒汇合后称玛纳斯河，流域面积约33 500 km2，为流域周边的农业生产提供了充足的水源支持[1-2]。然而长时间的水资源调配和地下水开采，引起了溢出带下移、湿地面积减少、永久性冰川面积减少等诸多不良影响，此类问题也增大了水资源开发与利用的复杂性。同时，受地理位置的影响，玛河流域的降水较为稀少，流域高程差异较大，流域降水和冰雪融水的汇流十分复杂[3-5]。所以需要对玛纳斯河流域的水文特征开展研究，这是保持河流生态环境的稳定性与促进区域生态环境发展的前提条件与重要依据。目前国内外部分学者对该流域的水文及流量特征进行了部分研究，取得了一定的成果。陈红媛[6]针对玛纳斯河水文特征进行了深入的研究，主要涉及到了水质、降水以及径流等多方面的内容，并针对该流域资源开发提出了一些观点; 张军民[7]在研究中指出，人类在利用水资源过程中使得玛纳斯河流域水循环出现变化，并从循环特性以及路径上进行了探讨；张正勇从不同的角度研究了玛纳斯河流域相关特征，包括水文情势、水文过程模拟等，继而为该流域水资源开发与利用提供指导。本文考虑到随着人类活动的不断深入，区域的水文和流量特征会不断地发生时空上的改变，因此将继续深入分析当前玛纳斯河流域水文特征及流量变化，以期为生态环境研究提供参考。

1 流域概况

从地理位置上来看，玛纳斯河流域主要处于准噶尔盆地南侧，具体经纬度分别是85°01′～86°32′E、43°27′～45°21′N。总长度和流域面积分别达到了324 km、19 800 km2，包括清水河以及呼斯台郭勒河两条支流，具体可以划分为中高山区、低山区以及平原区，各个区域的基本特征如下所示。中高山区：海拔高程3 500～5 000 m，较多的岩石裸露，受到气候等因素的影响常年积雪，山体陡峭。冰川面积达到了1 085 km2，该区域保持了500～1 000 mm的年降水量，夏季降水较多，占比超过六成，以6-8月为主。中山区海拔高程1 500～3 500 m，山峦叠嶂、沟谷纵横，降雨充沛，植被发育，以云杉灌木为主。在气候方面，全年温度不高，最高、最低温度分别是15 ℃、-10 ℃，分别为夏季、冬季，年气温均值保持在2 ℃上下。低山丘陵区：高程总体保持在500～1 500 m之间，主要包括佛子茅、三叶草等植被，覆盖率接近于一半，受到植被稀少等因素的影响，水土流失问题严峻。平原区：上部为冲积洪积扇区，海拔高程380～600 m，以砾石为主，上覆薄层壤土。下部为平原区，由南到北。年气温变化显著，最高、最低分别是43.1℃、-43.2℃，均值保持在6℃～6.6℃之间。平原区内良田万顷、条田成行、渠路纵横，一派绿洲景观，盛产粮、棉。风积沙漠区：接近于古尔班通古特大沙漠，以典型的沙丘景观为主，存在多种类型的植被，例如有沙拐枣等。

2 水文特征

2.1 径流特征分析

在此次研究中首先对径流特征进行分析，受到气候因素(降水和气温)的影响，玛河径流特征在年内变化显著。温度属于一个重要的因素，对于年径流量会产生显著的影响。在温度较低的情况下，融雪量降低，所以中低山区降水产流相对较多；在温度较高时融雪增多，降水因素的影响相对较小。正是由于这种制约关系的存在，导致玛河年水量的年际变化不显著，保持了较高的稳定性。此次研究以肯斯瓦特水文站为例进行了分析，结合获取到的径流资料(1954-2007年)进行定量研究，根据资料发现在年内分配上以夏季为主，6-9月、7-8月的水量占比分别达到了80.11%、55.34%，年均年径流量达到了12.31亿 m3。具体信息如下表所示。

2.2 径流系列代表性分析

肯斯瓦特站的经纬度分别是85°57′E、43°58′N，断面已经将玛河绝大部分径流进行控制，所获得的的观测资料具备了较高的精度。图1为肯斯瓦特站平均流量模比系数逆累进曲线。结合图中的信息可知，从1972年开始均值保持了较高的稳定性，波动性显著降低。因此该站54 a径流系列对于总体分布的代表性较高。

表1 肯斯瓦特站径流多年平均月分配表

图1 肯斯瓦特站平均流量模比系数逆累进曲线

2.3 降水与蒸发

研究发现，受地理位置以及气候等诸多因素的影响，该流域的降水相对较少。由于在此流域进行交汇的两支峰区构成了低槽，各个区域的降水出现显著度变化，其中平原区、低山区、中高山区降水分别处于110～200 mm、340～420 mm、400～600 mm之间，在降水量上呈现出南多北少的特征。降水主要以春夏为主，其中4-10月降水占比达到了70.24%。

2.4 泥沙与冰情

该流域内的年均含沙量、输沙量分别是2.2 kg/m3、6 000 000 t，推移质输沙量占比达到了13.80%，平枯水期相对较少，以夏季为主(6-8月)，具体信息如下所示：(1)各个区域在含沙量上存在显著的变化，由东部到西部、下游到上游均呈递减的趋势；(2)河道流出山口之后进入平原阶地，输沙量显著增加，由此可以认为该区域属于沙源；(3)输沙量受到诸多因素的影响，在年内降水较多，径流量较高时会显著增大输沙量，特别是在春夏季由于降水增多以及融雪等因素的影响，将达到最高的含沙量。除了上述因素之外，因为地处高纬地区，冬季时间较长，干燥寒冷，降水稀少，并且受到冰情的影响增大了水资源开发利用的难度，可能引发水电站滤网堵塞问题，难以保持发电的持续性，一些年份发电停止时间长达一个半月，而冻涨也显著影响到了蓄水以及引水等工程，极易导致更大的损失。

2.5 水质

针对玛河水质特征进行分析，各个测站的水化学资料相对较少，大部分仅有3年(1982-1984)的观测资料，仅红山嘴站资料更多一些。结合这些资料进行分析，发现该领域的水质较好，流量平稳期表现出澄清状态。从水质理化特性上来看，矿化度基本保持在0.2 g/L，总硬度均值处于2.5 mg/L上下，基本保持碱性(pH=8.0)，主要是CⅡCa类型。石河子市环保部门基于GB3838-2002标准对红山嘴站、玛河肯斯瓦特站进行水质分析，最终的结果显示：水质保持了较高的稳定性，属于一级清洁等级。

3 洪峰流量分析

针对该流域洪峰流量进行分析，由于夏季降水较多，加之冰雪融化等因素的影响，洪水总体出现在夏季，以7-8月为主。结合相关的观测资料可知，历年洪峰流量极值主要出现在这两个月份。在降水方面，降水量由高到低的月份依次是6、5、7、8月；在温度变化上，由高到低的月份依次是7、8、6 月。基于上述信息可以对洪水的来源进行分析，主要与积雪以及冰川融化有关，而降水因素是次要的。另外，大部分年份保持在200～400 m3/s范围内，均值为358 m3/s，仅有少数年份的洪峰较大。表2为玛河历史与实测特大洪水峰、量统计表。

表2 玛河历史与实测特大洪水峰、量统计表

4 结语

基于上述分析明确了玛纳斯河流域的水文和流量特征，具体体现在如下方面：(1)径流量集中于夏季，主要是6 - 8月，占比约68%，以冰川积雪融水为主，降水因素的影响相对较小；(2)受到所处地理位置等因素的影响，冬季漫长，冰情达到了三个月的时间，垂直地带性分布特征显著；(3)汛期含沙量较高；(4)从水质上分析，水体属一级清洁水质，多年水质保持了较高的稳定性，基本没有出现显著的变化；(5)玛河洪水特征如下：大部分年份保持在200～400 m3/s范围内，均值为358 m3/s，仅有少数年份的洪峰较大，总体表现为峰不高但量大的特征。