烏魯木齊河水文特性分析

谷 鑫，金 兵

(新疆烏魯木齊水文水資源勘測局，烏魯木齊 830000)

烏魯木齊河水系坐落在天山的北坡中段位置，其源自于天山格爾峰一號(hào)冰川，烏魯木齊河水系源頭的海拔為4 479 m，該水系西至頭屯河水系，東至柴窩洼地以及烏拉泊之間的分水嶺位置，水系總體走向主要是從南到北，在此間承接各支流泉溝匯入后通達(dá)東道海子，整體長度為214 km，總流域面積為4 684 km2[1]。該水系是烏魯木齊地區(qū)內(nèi)流程最長，水量最豐沛，是烏魯木齊城市經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)的主要水源。

1 烏魯木齊地區(qū)自然概況

1.1 河流水系

烏魯木齊地區(qū)有五大水系:烏魯木齊河水系、頭屯河水系、柴窩堡湖水系、達(dá)坂城白楊河水系與阿拉溝水系，多年平均地表水資源量為9.98億m3。

烏魯木齊市城市防洪建設(shè)的主要威脅是烏魯木齊河洪水及支流河溝的局地性暴雨洪水。烏魯木齊河是集降雨以及冰川融水、地下水來進(jìn)行混合補(bǔ)給的河流，通過研究相關(guān)數(shù)據(jù)可以看出，英雄橋水文站多年的年徑流量平均值為2.45億m3，構(gòu)成該徑流的主要組成部分一般為12%的冰川融水以及37%的冰雪融水、36%的降雨，實(shí)際上地下水主要是由地表水入滲轉(zhuǎn)化而得來的，其所占比例為15%，可見，烏魯木齊河為混合性補(bǔ)給河流，其主要的補(bǔ)給來源為降雨以及冰雪融水。主要水文要素在流域內(nèi)的變化大體上呈由下游到上游，隨海拔高度升高降水量遞增，徑流深也隨海拔高度升高而遞增。

1.2 地形、地貌

烏魯木齊位于天山地槽褶皺帶準(zhǔn)葛爾坳陷兩個(gè)不同的構(gòu)造帶上，地形大致為東、南、西3面環(huán)山，北部為傾斜平原，東為東天山主峰—博格達(dá)峰，南依中天山天格爾峰，西北向準(zhǔn)噶爾盆地傾斜。東半部南北高中間低，形成了達(dá)坂城—柴窩堡山間盆地，成為南北疆交通通道;西半部則南高北低，地勢(shì)向北漸趨平緩。海拔5 445 m的博格達(dá)峰和4 562 m的天格爾峰，分別為東部及南部最高丸最低點(diǎn)為西北部海拔僅504 m的青格達(dá)湖。海拔＞2 000 m的山地占流域總面積的50.1%，山前丘陵占16.6%，沖洪積平原部分占33.3%。

烏魯木齊河山區(qū)流域山勢(shì)高、坡降陡，最高點(diǎn)為天格爾Ⅱ峰，海拔 4 479 m，最低點(diǎn)為西白楊溝口 1 670 m，高差2 809 m。由于山高坡陡，流水侵蝕是主要外營力，山峰間峽谷深切，盆地狹小。烏魯木齊河流域除后峽有一小盆地外，其余皆為崎嶇的山地，坡降的大小直接影響水流速度，坡降大，流速快，下滲量小，沖刷力強(qiáng)。

烏魯木齊市區(qū)主要地段沿烏魯木齊河兩岸呈狹長帶形依次展開，其海拔在380～920 m之間，南北長16 km，東西寬2～6 km，南高北低，自然坡降1.2% ～1.5%，市區(qū)地勢(shì)相對(duì)較為平坦。

1.3 冰川

在自然界中，冰川可謂是淡水資源中最有潛力的，一直以來，冰川都是被稱作是“天然固體水庫”，冰川對(duì)河流的實(shí)際水量有著最為重要的調(diào)節(jié)作用，其屬于一種較為可靠的水源。烏魯木齊地區(qū)冰川資源較為豐富，主要分布在烏魯木齊河、頭屯河、阿拉溝等河流發(fā)源地天格爾峰及博格達(dá)峰南坡一帶。境內(nèi)冰川總計(jì)398條，總面積176.57 km2，冰儲(chǔ)量78.65億 m3，其中烏魯木齊河冰川124條，面積38 km2，冰儲(chǔ)量為12.89億m2(表1)，平均消融量0.28×108m3/a，占河流徑流量的12.1%。

表1 烏魯木齊河水系山區(qū)冰川概況表。

1.4 氣候特征

烏魯木齊地處歐亞大陸腹地位置，其氣候特征隸屬于溫帶大陸性干旱半干旱氣候。由于高山阻隔影響的原因，來自于東南方向(印度洋以及太平洋)的水汽在經(jīng)過長途跋涉后到達(dá)了歐亞腹地位置時(shí)差不多已經(jīng)是消失殆盡了，所以，進(jìn)入到烏魯木齊地區(qū)的大都是干熱暖流。來自于北冰洋以及大西洋的冷濕氣流在西風(fēng)環(huán)流的作用下而進(jìn)入到了新疆，其對(duì)烏魯木齊市的影響是從西北方向開始的，這部分冷濕氣流是烏魯木齊最為主要的水汽來源。烏魯木齊市區(qū)坐落于天山山脈凹陷位置，其成為了貫通南北冷暖氣流的重要通道，使得烏魯木齊在受到吐鄯托盆地干熱風(fēng)影響的同時(shí)還具備著天山北坡的氣候特征，烏魯木齊的氣候整體呈現(xiàn)出多變的趨勢(shì)。由此可見，可以將烏魯木齊主要的氣候特征概括如下:有著較大的晝夜溫差，日照時(shí)間一般較長;春秋持續(xù)時(shí)間短，冬夏持續(xù)時(shí)間長，季節(jié)轉(zhuǎn)換速度快，且冷熱較為分明;實(shí)際的降水量較少，有著很強(qiáng)的蒸發(fā)性;因?yàn)槭艿降匦蔚挠绊?，?dǎo)致氣溫以及降水地區(qū)存在著很大的差異，分析多年氣溫平均值情況可以得出，北部的平原地區(qū)平均氣溫約為6～7℃，南部山區(qū)平均氣溫約為-5℃以下。烏魯木齊整體的降水趨勢(shì)為，平原較少，山區(qū)較多;東部較少，西部較多;背風(fēng)坡較少，迎風(fēng)坡較多。采用干旱指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)可知烏魯木齊河山區(qū)隸屬于半濕潤氣候。

2 洪水分析

導(dǎo)致烏魯木齊河形成洪水的主要原因是該河流域內(nèi)的暴雨以及積雪消融。春夏季是烏魯木齊河洪水的多發(fā)季節(jié)，其中，冰雪消融型洪水是烏魯木齊河春季洪水的主要類型，在春季一般少見暴雨性洪水;而在夏季，烏魯木齊河洪水多見于由冰雪融水以及降水組成的混合型洪水以及暴雨型洪水。

在此，可將導(dǎo)致烏魯木齊河形成洪水的主要原因分為3類:

2.1 冰雪消融型洪水

冰雪消融型洪水指的是季節(jié)性積雪以及流域內(nèi)冰川由于氣溫持續(xù)快速回升的相應(yīng)作用而在大范圍內(nèi)出現(xiàn)了消融現(xiàn)象，導(dǎo)致洪水的產(chǎn)生，該種洪水跟氣溫有著十分密切的聯(lián)系。該類型洪水的主要特征為洪峰小、持續(xù)時(shí)間長、過程趨緩、洪量較大、日變化較為明顯，易形成一日一峰一谷的多峰現(xiàn)象。從英雄橋水文站流量過程線上看，冰雪消融型洪水峰值多在午夜0～2時(shí)前后出現(xiàn)，而谷底則出現(xiàn)在下午18時(shí)左右。這類洪水無論大小，均與氣溫的回升速度相呼應(yīng)，且有規(guī)律性地出現(xiàn)。例如1985年5月23日～25日，3 d里平均氣溫逐日上升，最大流量也逐日上升，分別為 24.0 m3/s、37.0 m3/s、46.0 m3/s。受氣溫回升速度、熱量交換條件等因素影響，冰雪融水也會(huì)導(dǎo)致較大規(guī)模的洪水出現(xiàn)。例如1991年7月12日到15日，4 d平均氣溫分別為10.6、11.8、13.9、17.2 ℃，氣溫回升速度快，導(dǎo)致14日、15日2 d最大流量分別達(dá)到89.0 m3/s和104 m3/s。

2.2 暴雨型洪水

一般來說，區(qū)域性暴雨以及局地性暴雨都容易導(dǎo)致較大洪水的出現(xiàn)。暴雨型洪水具備相應(yīng)特征，其中包括持續(xù)時(shí)間短、過程較為單一、有著很強(qiáng)的突發(fā)性、陡漲陡落、有著較小的峰高量、破壞效果明顯，易造成后果較為嚴(yán)重的洪水災(zāi)害。

烏魯木齊河產(chǎn)流區(qū)面積小，山勢(shì)陡峻，坡度大，流域調(diào)蓄能力弱，降雨匯流時(shí)間短，洪峰往往起漲猛，峰頂持續(xù)時(shí)間短，落勢(shì)也快，表現(xiàn)為雨停峰現(xiàn)，陡漲陡落。如1987年7月2日下午18時(shí)出現(xiàn)的局地性暴雨，英雄橋站實(shí)測降雨量僅4.1 mm，但1 h后，該站水位暴漲。僅1 h時(shí)間，河水流量從16.0 m3/s漲至73.0 m3/s，流量上漲率達(dá)57.0 m3/s·h。暴雨形成的洪峰流量達(dá)73.0 m3/s，而暴雨形成的洪量僅有40.32萬m3。

2.3 冰雪消融與暴雨混合型洪水

冰雪消融與暴雨混合型洪水主要是由暴雨洪水以及冰雪消融洪水疊加混合而形成的，在烏魯木齊河流域中，這種洪水是較為常見的，其一般形成于6～8月份之間，該類型洪水由于組成不盡相同的原因而同時(shí)具備了暴雨型洪水以及積雪消融型洪水的特征，其主要特征是歷時(shí)長，峰高量大，在有規(guī)律的日變化過程上疊加了降雨洪峰，對(duì)水利工程、防洪對(duì)象最具威脅。由英雄橋站1996年7月18～25日冰雪消融與暴雨混合型洪水過程可見，暴雨形成的洪峰流量為352 m3/s，而暴雨形成的洪量則達(dá)到4 170萬m3。

3 徑流分析

本流域山區(qū)地勢(shì)高寒，降水較多，是徑流形成區(qū)，中下游是徑流散失區(qū)，最終消失在戈壁沙漠中。

3.1 徑流補(bǔ)給來源

烏魯木齊河的補(bǔ)給有:冰川融水、融雪水、降雨和地下水。冰川融水包括冰舌和粒雪區(qū)的消融徑流。融雪水由兩部分組成:①山區(qū)冬季積雪在春季時(shí)的融水;②海拔＞3 500 m非冰蓋區(qū)夏季積雪的融水。流域的降雨分布在中低山區(qū)及平原，山區(qū)降雨在河道的補(bǔ)給中占重要地位。地下水補(bǔ)給屬冰雪融水和雨水的入滲，通過地下調(diào)節(jié)，又注入河槽的次生補(bǔ)給。

3.2 徑流的年內(nèi)分布

根據(jù)烏魯木齊河英雄橋水文站歷年平均徑流量年內(nèi)分配(表2和圖1)，可知烏魯木齊河年內(nèi)分配極為不均。

表2 英雄橋水文站歷年平均徑流量年內(nèi)分配

圖1 英雄橋水文站歷年平均徑流量年內(nèi)分配

由表2可見，汛期5～8月徑流量占全年的75.9%，7月為全年最大月徑流量，是最小月徑流量(2月)的24.5倍。

3.3 徑流的年際變化

對(duì)英雄橋水文站1960—2008年的徑流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，年最大徑流量發(fā)生在1996年，為3.455億m3，年最小徑流量發(fā)生在2001年，為1.751億m3，最大值與最小值之比為1.97，年徑流變差系數(shù)為0.18，說明該河流徑流量年季變化不大。

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