塔里木河中下游生態(tài)監(jiān)測水文設(shè)備分析研究

謝 葆

(巴音郭楞水文勘測局,新疆 庫爾勒 841000)

1 河流水系

塔里木河流域位于塔里木盆地北緣,介于E80°50′～88°52′,N39°26′～41°44′之間流域有九大系統(tǒng)組成。塔里木河干流沿塔里木盆地北部邊緣由西向東蜿蜒行進(jìn)在塔克拉瑪干沙漠東部,最后注入臺特瑪湖。

塔里木河為中國第一大內(nèi)陸河,它由葉爾羌河、和田河、阿克蘇河等匯合而成,河水很不穩(wěn)定,被稱為“無韁的野馬”。 塔里木河流域位于新疆南部,在天山山脈和昆侖山脈之間,東西長1100 km,南北寬600 km,是世界上最大的內(nèi)陸河流域,從最長的源流—葉爾羌河流域算起,到塔里木河尾閭—臺特瑪湖,長2400 km,我國最大世界第二大的流動沙漠塔克拉瑪干沙漠位于其中部。盆地總面積105萬km2,其中,沙漠面積37.04萬km2。

塔里木河干流全長為1321km,自身不產(chǎn)流,屬于平原性河流?，F(xiàn)屬季節(jié)性河流,冬春季經(jīng)常斷流。從肖夾克到英巴扎為塔里木河上游段,河道長為495km,縱坡在1/4600～1/6300間,河床下切深度2～4m,河道比較順直,少有汊流,水面寬一般在500～1000m,河漫灘發(fā)育,階地不明顯。英巴扎至恰拉為中游段,河道長度398km,河道縱坡在1/5700～1/7700間,水面寬度一般在200～500m,河道彎曲,水流緩慢,土質(zhì)松散,泥沙沉積嚴(yán)重,河床不斷抬升,加之人為扒口,致使中游河段形成眾多汊口;恰拉至臺特瑪湖為下游段,河長428km,河道縱坡較中游段大,在1/4500～1/7900,河床下切一般為3～5m,河床寬100m左右,比較穩(wěn)定。

塔里木河中、下游設(shè)有英巴扎斷面、烏斯?jié)M斷面、恰拉龍口斷面、大西海子斷面、大西海子放水閘斷面等5個(gè)監(jiān)測斷面,其中前4個(gè)斷面由水文系統(tǒng)監(jiān)測,后一個(gè)由塔河管理站監(jiān)管。

2 氣候特征

塔里木河流遠(yuǎn)離海洋,氣候干燥,具有中溫帶大陸性干旱氣候特征,屬于典型的大陸性氣候,冬冷夏熱,日溫差較大,光照充足,熱量豐富,雨量稀少,蒸發(fā)量大。水汽來源主要來自濕潤的北風(fēng)氣流,其次為西北部的北冰洋氣流,降水年際變化不大,年內(nèi)降水主要集中在5～9月。

各斷面水文氣候特征,英巴扎斷面多年測得最高氣溫為44.5℃,出現(xiàn)在2002年8月4日;測得最低氣溫-28.1℃,出現(xiàn)在2008年1月31日;多年平均氣溫為11.1℃;多年平均降水量61.4mm;多年平均蒸發(fā)量2079.5mm。烏斯?jié)M斷面沒有氣象觀測項(xiàng)目。恰拉龍口斷面多年測得最高氣溫為47.0℃,出現(xiàn)在2015年7月27日;測得最低氣溫-27.4℃,出現(xiàn)在2011年1月29日;多年平均氣溫為11.3℃;多年平均降水量31.4mm;多年平均蒸發(fā)量2154.5mm。大西海子斷面沒有氣象觀測項(xiàng)目。

3 測站特性

英巴扎水文站位于新疆輪臺縣輪南鎮(zhèn)英巴扎村,監(jiān)測塔里木河中游水量的控制站,是水流沙及降蒸、水氣溫的國家基本水文站。河床質(zhì)由細(xì)沙組成,兩岸有稀疏植被,河床較不穩(wěn)定。測驗(yàn)河段復(fù)雜,高水時(shí)河寬600m有余?，F(xiàn)左右岸有漿砌石防洪堤,但高水時(shí),洪水繞過防洪堤,造成左右漫灘?；緮嗝嫔嫌?00m河流向左彎曲?；舅邤嗝嬖O(shè)在公路橋下游,此處測驗(yàn)斷面略有收縮,中低水?dāng)嗝婵刂戚^好;高水時(shí),漫灘較大。由于河床沖淤變化大,測驗(yàn)斷面附近,左岸河底沖蝕,右岸淤積緩慢抬高。水位流量關(guān)系主要受塔里木河干流洪水漲落影響;關(guān)系較為復(fù)雜,高洪期一般出現(xiàn)在8～9月份。

該站歷年最高水位931.67m,出現(xiàn)于2022年9月2日;歷年最大流量為954m3/s,出現(xiàn)于2022年9月2日;多年平均流量為87.1m3/s;最大含沙量為12.2kg/m3,出現(xiàn)在2015年7月6日;最大年徑流量61.86×108m3,出現(xiàn)時(shí)間2017年;最小年徑流量1.825×108m3,出現(xiàn)時(shí)間2009年;多年平均徑流量27.51×108m3。

烏斯?jié)M水文站位于新疆尉犁縣卡爾曲尕鄉(xiāng),是監(jiān)測塔里木河中游水流及泥沙的國家基本水文站。測驗(yàn)河段順直約為500m,上游210m處建有烏斯?jié)M樞紐閘門。高水河寬約為105m,斷面形狀呈U形,河床質(zhì)由細(xì)砂組成,左右岸為鉛絲籠塊石防洪堤。高水無逆流、回水、死水等現(xiàn)象,低水期有岔流、串溝現(xiàn)象。兩岸植被稀少,有少許紅柳灌木叢。高水期斷面控制較好,低水期斷面控制情況較差。斷面主流受上游樞紐閘門啟閉影響擺動頻繁,屬經(jīng)常性沖淤變化河道[1]。

基本水尺斷面設(shè)有搪瓷直立式水尺于河左岸,實(shí)施人工觀測。自記水位計(jì)有超聲波水位計(jì)及雷達(dá)水位計(jì),設(shè)在基本水尺斷面,自記水位計(jì)記錄水位過程,每日人工校核二次。

烏斯?jié)M塔里木河斷面,歷年最高水位905.52m,出現(xiàn)于2016年9月19日,對應(yīng)流量為292m3/s,是實(shí)測歷年最大流量;多年平均流量為43.6m3/s;最大年徑流量25.87×108m3,出現(xiàn)時(shí)間2017年;最小年徑流量0.3226×108m3,出現(xiàn)時(shí)間2009年;多年平均徑流量13.75×108m3。

下游恰拉水文站位于新疆尉犁縣境內(nèi),E87°23′,N40°37′。為塔里木河綜合治理提供基本水文資料,掌握監(jiān)測斷面處塔里木河干流來水情況(水位、流量、泥沙及水質(zhì))和孔雀河由庫塔干渠注入塔里木河退水渠的水位、水量、泥沙及水質(zhì)情況。是塔里木河干流流入下游河段的基本水量控制站,也是塔里木河重要的生態(tài)觀測站。該站有4個(gè)基本斷面,其中,塔里木河斷面以上為塔里木河中游河段,斷面以下為塔里木河下游河段;庫塔干渠斷面是開都河～孔雀河流域水量流入塔里木河的最末控制站;恰拉水庫斷面及恰拉干渠斷面均為塔里木灌區(qū)水量控制站。

基本水尺斷面設(shè)有搪瓷直立式水尺于河左岸,汛期采用自記水位計(jì)。其余時(shí)間實(shí)施人工觀測。自記水位計(jì)雷達(dá)水位計(jì)及超聲波水位計(jì),都設(shè)在基本水尺斷面,自記水位計(jì)記錄水位過程,每日人工校核二次。

塔里木河斷面歷年最高水位872.90m,出現(xiàn)在2017年9月22日;流量為188m3/s,是歷年最大流量,出現(xiàn)在2016年9月22日;多年平均流量為20.7m3/s;最大年徑流量16.56×108m3,出現(xiàn)時(shí)間2017年;最小年徑流量0.1853×108m3,出現(xiàn)時(shí)間2008年;多年平均徑流量6.461×108m3。

大西海子水文站位于巴州尉犁縣境內(nèi)農(nóng)二師恰拉水管處大西海子水庫管理站旁邊。測站庭院距218國道5km,距農(nóng)二師34團(tuán)團(tuán)部20km。測驗(yàn)斷面設(shè)在大西海子水庫泄水閘下游250m的河道上,距測站庭院3km。該站是向塔里木河下游綠色走廊輸水的重要水量控制站,對大西海子水庫下泄到塔里木河下游的水資源量起著至關(guān)重要的控制作用。

斷面上游250m為大西海子水庫大壩泄洪閘門,下游無水工設(shè)施。測驗(yàn)河段順直,河床由泥沙組成。河槽近似于梯形,高、中、低水無岔流竄溝等,斷面較為穩(wěn)定。

觀測項(xiàng)目主要有水位、流量、普通測量、水質(zhì)等。該站歷年最高水位846.94m,出現(xiàn)在2010年11月4日,歷年最大流量為71.8m3/s,出現(xiàn)在2011年8月10日;多年平均流量為6.82m3/s;最大年徑流量6.215×108m3,出現(xiàn)時(shí)間2017年;多年平均徑流量2.146×108m3。

該站距勘測局所在地庫爾勒市200km ,交通較為不便,水、電、設(shè)備不全。

現(xiàn)有一套水文系統(tǒng)監(jiān)測,資料連貫,資料質(zhì)量有保障。

該斷面正南方約3800m處另有一斷面為大西海子放水閘斷面,由塔河管理站監(jiān)管,年徑流量約為3.8×108m3。

4 先進(jìn)水文測驗(yàn)設(shè)備

近年來,涌現(xiàn)出一批先進(jìn)水文測驗(yàn)儀器設(shè)施設(shè)備,其中自記水位計(jì)有雷達(dá)水位計(jì)、超聲波水位計(jì)、壓力式水位計(jì),測流設(shè)備有多普勒剖面測速儀(ADCP)、 RJ-30測速儀、側(cè)掃雷達(dá)。

適合塔里木河斷面的水位設(shè)備有雷達(dá)水位計(jì)、超聲波水位計(jì),根據(jù)現(xiàn)有條件已在各斷面安裝相關(guān)設(shè)備。塔里木河水中含沙量較高,無法使用多普勒剖面測速儀(ADCP),塔里木河夏季洪水期,流沙較大,含沙量較大,實(shí)驗(yàn)證明塔里木河上,中游河段不適宜使用多普勒剖面測速儀(ADCP)。 而RJ-30測速儀、側(cè)掃雷達(dá)都是測量水面流速的設(shè)備,塔里木河屬寬淺式河流,小水時(shí)水流經(jīng)常分叉不集中,不適合采用RJ-30測速儀及側(cè)掃雷達(dá);中高水時(shí),水流集中,但河道較寬,測流時(shí)間較長,現(xiàn)有條件是測站人員較少,河流來水時(shí)間較短,測站短時(shí)間里無法組織人員進(jìn)行儀器比測實(shí)驗(yàn)分析研究,故當(dāng)前,RJ-30測速儀及側(cè)掃雷達(dá)還在處于試運(yùn)行階段。請有關(guān)部門,引起高度重視此項(xiàng)工作,確實(shí)發(fā)揮先進(jìn)儀器設(shè)備在我區(qū)的廣泛運(yùn)用,提高工作效率的作用,能否組織一批專業(yè)人員,根據(jù)塔里木河河流特性,實(shí)驗(yàn)研究出一批能在本地發(fā)揮充分作用的先進(jìn)測流設(shè)備。

5 水文監(jiān)測的做法和經(jīng)驗(yàn)

水文監(jiān)測工作,每日定時(shí)看水位,遵循河流水量變化情況,設(shè)定每月測流次數(shù),并且在河流水量變化大的情況下,隨時(shí)加測流量,必須掌握每一次來水變化的全過程,尋找測流斷面水位與流量的關(guān)系,在保障精度的情況下簡化測驗(yàn)手段。盡最大可能掌握測流河道的水文變化規(guī)律,為水利工程、環(huán)境保護(hù)提供精度高的一手水文資料,為經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。

在作水文分析計(jì)算中,首先,要對所運(yùn)用的資料進(jìn)行審查,一般進(jìn)行資料的可靠性、一致性和代表性審查。水文資料采集、收集時(shí),都非常注意了資料可靠性、一致性。所以,資料在這些方面保證性是很高的。資料的代表性是指樣本資料的統(tǒng)計(jì)特性能否很好的反映總體的統(tǒng)計(jì)特性。代表性好,在實(shí)際水文分析計(jì)算中誤差就小; 反之,實(shí)際誤差就不好確定。

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,環(huán)境問題越加突出。由于一味追求經(jīng)濟(jì)效益而導(dǎo)致自然環(huán)境嚴(yán)重受損的現(xiàn)象逐漸頻繁起來,自然災(zāi)害中與水相關(guān)的問題對人們的生命安全與財(cái)產(chǎn)安全帶來很大影響,因此減少并防治水文災(zāi)害的發(fā)生刻不容緩。水文監(jiān)測工作是我國地理基礎(chǔ)工作中十分重要的環(huán)節(jié),為我國塔里木胡楊林生態(tài)林提供有效地參考資料,在環(huán)境生態(tài)保護(hù)工作中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。水文監(jiān)測有利于推動社會公眾服務(wù),促進(jìn)政府實(shí)行決策職能,是工程建設(shè)管理、水資源管理和水利規(guī)劃設(shè)計(jì)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。我國水文信息、水文觀測項(xiàng)目、水文監(jiān)測手段在發(fā)展的過程中取得了很大進(jìn)步,隨著當(dāng)今社會科技水平的不斷提高,對這三方面的要求也在不斷拔高。為了推進(jìn)我國水文監(jiān)測工作的有效進(jìn)行,相關(guān)部門在該方面進(jìn)行了相關(guān)研究與分析。

6 存在的問題

測驗(yàn)斷面不規(guī)范。英巴扎水文測驗(yàn)斷面為自然河道砂土質(zhì)河床,河床較不穩(wěn)定,斷面設(shè)在英巴扎大橋下游,水流受橋墩阻水影響較大,特別是洪水期間,斷面處水流受到橋墩作用,形成一定范圍的漩渦、回流,導(dǎo)致部分區(qū)域河床掏挖嚴(yán)重,水深、流速失真,故而水位、流量、泥沙測驗(yàn)精度受到影響。

烏斯?jié)M水文測驗(yàn)斷面為自然河道砂土質(zhì)河床,河床較不穩(wěn)定,還有斷面主流受上游樞紐閘門啟閉影響擺動頻繁,屬經(jīng)常性沖淤變化河道。目前我們采用固定垂線流速儀法測流,水流中弘頻繁擺動對流量、泥沙測驗(yàn)精度影響較大。

恰拉龍口水文測驗(yàn)斷面為自然河道砂土質(zhì)河床,河床較不穩(wěn)定,再有斷面主流受上游樞紐閘門啟閉影響擺動頻繁,屬經(jīng)常性沖淤變化河道。目前我們采用纜道垂線流速儀法測流,且起點(diǎn)距標(biāo)記不夠精準(zhǔn),水流中弘頻繁擺動對流量測驗(yàn)精度影響較大。

大西海子水文測驗(yàn)斷面為自然河道砂土質(zhì)河床,河床較不穩(wěn)定,受上游閘口來水,河床極易變化,容易造成深溝積水,給測流工作帶來不便,也在一定程度上影響資料精度。交通不便。站房到河道測驗(yàn)斷面約3.7km觀測道路為泥土路平時(shí)路面高低不平,車輛較難行走,特別是遇上下雨天,道路泥濘積水,道路無法通行。斷面沒有交流電源,不便于使用現(xiàn)代化測驗(yàn)儀器,也不便于水文數(shù)據(jù)傳輸。

7 結(jié) 語

1) 整治斷面,規(guī)范斷面,英巴扎水文測驗(yàn)斷面應(yīng)下遷200m,根據(jù)現(xiàn)有條件,選用流速儀法測流由機(jī)動車牽引較為適宜。

烏斯?jié)M水文測驗(yàn)斷面,沒有更好的可以取代現(xiàn)有的測驗(yàn)設(shè)備,保持現(xiàn)有儀器設(shè)備。在合適的時(shí)間可硬化測驗(yàn)斷面河底,長度應(yīng)為100m,進(jìn)一步提高測驗(yàn)精度。

恰拉龍口水文測驗(yàn)斷面,應(yīng)架設(shè)吊箱纜道,提高流量測驗(yàn)精度。在合適的時(shí)間可硬化測驗(yàn)斷面河底,長度應(yīng)為100m,進(jìn)一步提高測驗(yàn)精度。

縮窄大西海子水文站測驗(yàn)斷面至30～40m,架設(shè)一座桁架橋(參照生態(tài)放水?dāng)嗝鏈y橋)作為測橋,固化斷面兩岸,硬化河底。

2)升級現(xiàn)有測流設(shè)備,為現(xiàn)代化水文服務(wù),提供技術(shù)及人才儲備條件,可在各斷面建測橋(吊箱纜道),并安裝2～3個(gè)雷達(dá)水位計(jì)探頭及RJ-30測速儀,布設(shè)3～4個(gè)測速儀探頭,用來觀測水位,測算水面流速,推求過水?dāng)嗝媪髁俊?/p>

3)根據(jù)大西海子水文站,每年3.5×108m3/s的徑流量,塔里木河河水中的泥沙經(jīng)過大西海子沉淀,含沙量有明顯的減小,可配備一臺多普勒剖面測速儀(ADCP)進(jìn)行流量測驗(yàn)。整治大西海子水文站房到河道測驗(yàn)斷面約3.7km觀測道路。加大人員巡測密度。

4)各斷面,應(yīng)實(shí)現(xiàn)SIM和衛(wèi)星通信兩套設(shè)備。