黃水溝河與清水河枯水期下游河道水量損失分析

冉新量，謝源源

(1. 新疆烏魯木齊水文水資源勘測(cè)局，烏魯木齊830000;2. 新疆水文水資源局，烏魯木齊830000)

1 流域概況

黃水溝與清水河均發(fā)源于中天山南麓，位于新疆巴音郭楞蒙古自治州和靜縣、和碩縣境內(nèi)，屬開(kāi)都河流域，徑流補(bǔ)給主要為大氣降水補(bǔ)給、季節(jié)性積雪融水補(bǔ)給、冰川補(bǔ)給及地下水補(bǔ)給四種類(lèi)型，枯水期徑流組成主要是河道基流。河流自北向南進(jìn)入焉耆盆地西北部，流經(jīng)和靜縣、和碩縣、焉耆回族自治縣，尾閭博斯騰湖。

在黃水溝水文站以上24 km處，河流分為東、中、西3 條支流。中支烏拉斯臺(tái)河發(fā)源于海拔最高4 477 m的冰達(dá)坂，河流由北向南至烏拉斯臺(tái)村轉(zhuǎn)向西南，沿途右岸布魯斯臺(tái)河，左岸哈龍溝、呼斯臺(tái)河相繼匯入，至巴侖臺(tái)鎮(zhèn)，右岸有發(fā)源于哈爾哈特達(dá)坂東側(cè)的巴音郭勒河和發(fā)源于葛倫達(dá)坂的霍爾哈提郭勒河匯集而成的乃門(mén)烏蘇河匯入;河流由此轉(zhuǎn)向南流經(jīng)14 km，左、右岸分別接納了東支巴侖臺(tái)郭勒河和西支流哈爾嘎特河，始稱(chēng)哈布其罕郭勒河，再流23.5 km至出山口，山口以上河長(zhǎng)110 km。

清水河主要由三大支流匯集而成: 中支烏特艾肯河和東支那依特河均源于中天山哈衣都他烏冰川區(qū)域，最高海拔4 594 m，兩支流在那依特村匯合后，下行3 km入克爾古提湖;西支依克爾克爾古提河源頭位于海拔3 334 m的沙斯克達(dá)坂，河流自西向東，左岸沿途接納依克爾喬魯突溝、粗魯布突溝和嘎哈提河等支流后轉(zhuǎn)向東南; 流經(jīng)10 km后匯入清水河。三大支流在克爾古提湖下游2.5 km 處匯合后，下行16 km至出山口克爾古提水文站。

清水河流域北高南低向西傾斜，海拔3 800 m以上區(qū)域，發(fā)育有冰川和永久積雪，冰川面積5.64 km2;海拔2 000 m ～3 800 m地帶，河谷、陰坡生長(zhǎng)有云杉、河柳、山楊等樹(shù)種，陽(yáng)坡生長(zhǎng)著以禾本科、豆科、莎草科為主的山地草甸，是優(yōu)良的天然牧場(chǎng)。海拔1 400 ～2 000 m低山帶，山體巖石裸露，植被稀疏，多呈半荒漠景觀。河流出山口后為前山丘陵～洪積、沖積扇～扇緣溢出帶，為地表干旱、植被稀少的荒漠景觀。

2 測(cè)驗(yàn)過(guò)程

兩條河流上均設(shè)有國(guó)家基本水文站，黃水溝水文站自1956年設(shè)站至今，測(cè)站以上流域面積4 311 km2，河長(zhǎng)110 km，多年平均徑流量2.930 億m3，11月至次年3月流量在8.49—2.08 m3/s，期間徑流量占年徑流量的20.3%。

黃水溝試驗(yàn)河斷選在水文站到下游鐵路橋區(qū)間河道長(zhǎng)度8 km，測(cè)得上斷面流量4.97 m3/s，下斷面流量1.36m3/s，上下斷面相對(duì)損失72.6%，流量損失較大。

清水河克爾古提水文站于1957年設(shè)立至今，測(cè)站以上流域面積1 016 km2，河長(zhǎng)60.2 km，多年平均徑流量1.222 億m3，11月—次年3月流量在5.07 ～1.04 m3/s，期間徑流量占年徑流量的15.1%。試驗(yàn)河斷選在水文站到下游渠首，區(qū)間河道長(zhǎng)度5.9 km，測(cè)得上斷面流量2.07 m3/s下斷面流量0.60 m3/s，上下斷面相對(duì)損失71.0%，流量損失較大。

試驗(yàn)期間使用自記水位計(jì)分別對(duì)黃水溝、清水河水文站斷面處水位進(jìn)行24 h不間斷觀測(cè)，黃水溝測(cè)流斷面平均水深0.45 m，日內(nèi)最大水深0.47 m，最小水深0.43 m，日變幅0.04 m;清水河測(cè)流斷面平均水深0.23 m，日內(nèi)最大水深0.24 m，最小水深0.22 m，日變幅0.02 m。黃水溝水文站斷面實(shí)測(cè)水位日變幅較大是冬季受結(jié)冰影響所致。冬季河道徑流量主要由基流組成，徑流量變化不大，比較穩(wěn)定。由多年資料分析得知枯水期流量變化較小，一日內(nèi)基本沒(méi)有變化，因此，在上下游兩個(gè)斷面之間，測(cè)一次流量，二者之差，就是兩個(gè)斷面之間的水量損失。

3 水量平衡模型

引輸水系統(tǒng)是人類(lèi)干擾天然水循環(huán)的方式之一，特別是對(duì)平原綠洲干旱區(qū)，由于是灌溉農(nóng)業(yè)，大量的利用渠系引水灌溉，對(duì)天然水循環(huán)路徑產(chǎn)生重要的影響。為此模型模擬任意時(shí)段內(nèi)，任意一段天然河道的水量平衡關(guān)系可由圖1 表示( 這里選定的河道是連續(xù)的，沒(méi)有分支) 。

水平衡方程為:

式中: Wc為該段河道流出水量; Wr為進(jìn)入該段河道的水量;P 為該河段水面降水量; EQ為該河段的水面蒸發(fā)量; Ws為該河段滲漏量; Wy為渠系引水量; p、EQ試驗(yàn)期為零，由于本流域用水主要為農(nóng)業(yè)灌溉，試驗(yàn)期選在無(wú)引水期間，因此Wy 為零，那么上式簡(jiǎn)化為:

4 徑流量單位長(zhǎng)度沿程相對(duì)變率

黃水溝、清水河兩條河自出山口經(jīng)水文站斷面后，進(jìn)入山前沖洪積扇，再經(jīng)過(guò)渠首不遠(yuǎn)后進(jìn)入擴(kuò)散段，河床為沙卵石組成。兩河地形、地貌較為相似，兩岸為戈壁臺(tái)地幾無(wú)植被，這種特殊的地形地貌決定了兩條河由水文站出山口后其徑流量是沿程衰減的。但年內(nèi)分配中冬季沿程增加，汛期水量沿程損失相對(duì)減少。

河道流量資料表明，上下游流量多為不通過(guò)原點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)線性關(guān)系，當(dāng)下游流量為零時(shí)，截距表明滿足河段最小損失量，其關(guān)系式為:

當(dāng)截距b ＜0 時(shí):

當(dāng)Qc =0 時(shí):

在河床質(zhì)、地下水埋深、河床形狀比較一致的條件下，各段的損失率相等，每公里的水量損失呈等比級(jí)數(shù)遞減，那么公式為:

流量單位長(zhǎng)度沿程相對(duì)變率計(jì)算公式:

式中: Qs 為上游斷面流量，m3/s; Qc 為下游斷面流量，m3/s;Ki 為流量單位長(zhǎng)度沿程相對(duì)變率，‰; L 為上下游測(cè)驗(yàn)斷面之間的距離，km; a、b 為常數(shù)。

將(3) 式代入(5) 式得:

由式(6)可以看出單位損失量與常數(shù)a、b 及上游來(lái)水量有關(guān)系，而常數(shù)與河床質(zhì)、地下水埋深有關(guān)，對(duì)于同一條河段常數(shù)不變，進(jìn)行計(jì)算時(shí)可忽略不計(jì)，得黃水溝、清水河流量單位長(zhǎng)度沿程相對(duì)變率分別為0.15 m3/s·(1/km)、0.19 m3/s·(1/km)。

由多年資料分析知枯水期流量變化較小，一日內(nèi)基本沒(méi)有變化，因此由試驗(yàn)實(shí)測(cè)流量資料計(jì)算出上、下斷面日徑流量，計(jì)算結(jié)果為:

黃水溝日徑流量單位長(zhǎng)度沿程相對(duì)變率1.287×104m3/d·(1/km)

清水河日徑流量單位長(zhǎng)度沿程相對(duì)變率1.634 ×104m3/d·(1/km) 。

5 結(jié) 語(yǔ)

上述兩條河雖是相鄰流域，地形、地貌較一致，河床組成也相似，但是河道輸水損失量主要與上游來(lái)水量、河道縱比降、長(zhǎng)度、流速、河床及兩岸的浸潤(rùn)補(bǔ)給條件等因素有關(guān)，計(jì)算時(shí)也沒(méi)有考慮輸水期間流量過(guò)程在傳播中的變形，使得所計(jì)算兩條河流日徑流量單位長(zhǎng)度沿程相對(duì)變率雖然相近但仍有差異。

通過(guò)對(duì)上述兩河流日徑流量單位長(zhǎng)度沿程相對(duì)變率分析，對(duì)天山南麓中段山溪性河流出山口后流量沿程損失有了粗略的定量估算，由此也可對(duì)新疆其他相似的中小河流枯水期水量沿程損失的計(jì)算提供依據(jù)，進(jìn)而為這些河流水資源配置及生態(tài)需水研究提供參考依據(jù)。

［1］鄧先俊.陸地水文學(xué)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社.1991.

［2］陸中央.應(yīng)用水文學(xué)方法推求河道滲漏補(bǔ)給量［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，1985(06) :37－39.