張婉君

(昌吉水文勘測局,新疆 昌吉 831100)

1 工程概況

1.1 三屯河流域概況

天山北坡中段、準(zhǔn)噶爾盆地南緣發(fā)育有四條主要河流，自西向東分別為：呼圖壁河、三屯河、頭屯河和烏魯木齊河，河流存在多條次級支流，呈樹狀分布。三屯河流域地勢南高北低，由南西向北東傾斜，依次分布有高山區(qū)、中高山區(qū)、低山區(qū)和山前傾斜平原[1-3]。受地形、地貌和大氣環(huán)流等因素的影響，三屯河流域南部山區(qū)降水量充沛，為流域提供水源的補(bǔ)給。三屯河流域的氣溫、降水和徑流量等特征變化對農(nóng)業(yè)等生產(chǎn)和生活方面具有重要影響，因此下文將具體基于監(jiān)測數(shù)據(jù)展開具體的分析。

三屯河發(fā)源于天山北坡中段天格爾峰，河流跨越高、中、低山帶，河水出山口后進(jìn)入平原，消失于沙漠之中。河道上游山區(qū)河網(wǎng)發(fā)育良好，支流呈樹狀分布，主要支流源頭均有冰川和永久積雪，其余支流皆源于中、低山區(qū)。三屯河的主要支流有大昌吉河和小昌吉河，兩河在昌吉林廠上游500 m處匯合，匯合口下游主河道兩岸沿程依次分布著孔薩拉溝、廟爾溝、板房溝、頭道水、二道水等支流，沿流域坡面源源不斷注入三屯河主河道，使三屯河主河道水量沿程增大。實(shí)測年平均徑流量為3.543×108m3，年徑最大流量為2016年的4.376×108m3，年徑最小流量為2014年的2.699×108m3。

1.2 碾盤莊水文站

碾盤莊水文站是昌吉市境內(nèi)的三屯河水量控制站，屬省級重要水文站和自治區(qū)級報汛站。碾盤莊水文站設(shè)立于1956年6月，地理位置為東經(jīng)86°55′，北緯43°43′。河長103 km，集水面積1636 km2，測站高程1088 m，河道縱坡降為17.3‰。碾盤莊河段順直，長度約400 m，河床主要由砂礫石組成，右岸有30 m的漿砌石護(hù)岸，左岸為混凝土現(xiàn)澆護(hù)岸，基上300 m處有左轉(zhuǎn)的彎道，下游100 m處左岸有二道水支流匯入。河槽形態(tài)為單式河槽，中高水主槽寬度在14～37 m，無岔流、串溝、逆流、回水、死水等情況發(fā)生。碾盤莊水文站監(jiān)測數(shù)據(jù)為加強(qiáng)汛期的提前防范和科學(xué)制定流域調(diào)水計劃提供數(shù)據(jù)支持。

2 多年監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

水文監(jiān)測類型主要包括：地下水監(jiān)測、地表水監(jiān)測、空中水監(jiān)測。水文監(jiān)測具有以下特點(diǎn)：(1)傳統(tǒng)性,對水資源進(jìn)行長期有規(guī)律的監(jiān)測和記載，使用者能夠掌握水文水資源的準(zhǔn)確信息。(2)及時性,水文監(jiān)測的特殊作用，尤其是對應(yīng)急事件，水文監(jiān)測可實(shí)現(xiàn)對洪水信息的收集和傳達(dá)，為相關(guān)部門制定洪澇等自然災(zāi)害的應(yīng)對策略提供依據(jù)。(3)標(biāo)準(zhǔn)性，在進(jìn)行水文監(jiān)測時需要遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)[4-6]。

2.1 氣溫監(jiān)測

根據(jù)1977—2019年氣溫監(jiān)測資料顯示，碾盤莊河段最高氣溫為39.4 ℃(2006年7月31日)，最低氣溫為-31.4 ℃(1984年12月23日)，每年的最高氣溫多發(fā)生在7—8月，最低氣溫多發(fā)生在1—2月。圖1為1977—2019年碾盤莊水文站多年氣溫監(jiān)測情況。從圖中可知，碾盤莊河段年最高氣溫介于30～ 40 ℃之間，年最低氣溫介于-32～-20 ℃之間，年平均氣溫在5～8 ℃之間，表明碾盤莊河段四季溫差較大。

圖1 碾盤莊水文站多年氣溫監(jiān)測曲線

2.2 降水監(jiān)測

受大氣環(huán)流中緯度環(huán)流影響，碾盤莊河段降水水汽主要來源于西風(fēng)環(huán)流，降水為大氣降水。根據(jù)1977—2019年水量監(jiān)測資料顯示，碾盤莊河段內(nèi)的年最低降水量為162.5 mm(1977年)，年最高降水量為397.9 mm(1987年)，多年平均降水量為278.7 mm。降水多發(fā)生在春、夏兩季，而秋、冬兩季較少。圖2為1977—2019年碾盤莊水文站多年月平均降水的情況。從圖中可知，碾盤莊降水主要集中在每年的4—9月，最大降水量為7月平均降水量53.1 mm；12月—次年2月，降水量偏少，最小降水量為1月平均降水量5.1 mm。此外，受地形和大氣環(huán)流的影響，每年的7—8月由于局部環(huán)流系統(tǒng)的強(qiáng)對流天氣，在碾盤莊河段形成局部暴雨。同時根據(jù)《中國氣象災(zāi)害大典—新疆卷》的記錄，北疆地區(qū)出現(xiàn)過9次大范圍長時間的干旱，其中1977—1978年和1985—1986年的干旱時段，均歷時長達(dá)14個月[7-8]。

圖2 碾盤莊水文站多年月平均降水直方圖

2.3 徑流量監(jiān)測

根據(jù)1977—2019年碾盤莊河段徑流量監(jiān)測資料顯示，碾盤莊河段年均最大徑流量為13.8 m3/s(1987年)，年均最小徑流量為8.6 m3/s(1977年)，圖3為1977—2019年碾盤莊水文站多年月平均徑流量監(jiān)測情況，從圖中可知河段徑流量主要集中在5—9月，以6—8月最高，徑流量分別為 27.9 m3/s、36.9 m3/s、27.0 m3/s；10月—次年4月的徑流量小，介于1.0～4.0 m3/s之間。監(jiān)測成果顯示，碾盤莊水文站洪水最早出現(xiàn)時間為7月15日，最晚結(jié)束時間為8月15日，洪峰的最短持續(xù)時間為30 min，最長持續(xù)時間為2 h。其中，中高水位級一個垂線測深測速平均時間為4 min，一次測流過程需要 48 min左右；低水位級一個垂線測深測速平均時間為3 min，一次測流過程需要30 min左右。主汛期與非汛期水位、徑流量過程線變化趨勢連續(xù)、一致。冬季不結(jié)冰，但水位受閘門啟閉影響會產(chǎn)生突變,歷年水位、徑流量關(guān)系曲線高水控制較好，斷面不受洪水沖淤等因素影響。

圖3 碾盤莊水文站多年月平均徑流量直方圖

2.4 綜合分析

2.4.1 氣溫和降水的相關(guān)性

通過對1977—2019年碾盤莊河段氣溫、降水監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，每年6—8月，碾盤莊河段氣溫呈顯著上升的趨勢，降水量增多，降水量和氣溫變化趨勢基本一致。12月—次年2月氣溫低，降水量少。據(jù)此得出夏季和冬季氣溫與降水的變化具有較好的正相關(guān)關(guān)系，即夏季降雨洪峰一般對應(yīng)高溫天氣，冬季降雨稀少對應(yīng)較低溫天氣。

2.4.2 降水和徑流量的相關(guān)性

1977—2019年碾盤莊河段降水、徑流量監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，每年的5—9月是徑流量高峰期，這和4—9月集中降水期大致吻合。表明降水和徑流量較好的正相關(guān)關(guān)系，即隨著降水量的增多，河段徑流量也呈增大趨勢，表現(xiàn)出降水向河流補(bǔ)給大大增加河流徑流量的特征。同理，當(dāng)降水補(bǔ)給不足時，徑流量也較少。

3 結(jié) 語

通過對三屯河碾盤莊水文站監(jiān)測數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析，得出氣溫、降水、徑流量的變化規(guī)律及其相互關(guān)系特征。三屯河流域碾盤莊水文站水量、水質(zhì)動態(tài)變化的準(zhǔn)確監(jiān)測對于整個流域的規(guī)劃和管理具有重要意義。不僅為三屯河水資源調(diào)查評價、水質(zhì)特征、水文規(guī)律研究積累了豐富的基礎(chǔ)資料，同時也為整個三屯河流域的資源開發(fā)利用、統(tǒng)一管理、生態(tài)環(huán)境治理等工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和有力支撐。