新疆黄水沟水文站测站特性分析

王正勇

（新疆巴音郭楞水文勘测局，新疆 巴州 841000）

1 测站概况

黄水沟水文站位于新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州和静县和静镇境内，是黄水沟出山口处的国家基本水文站，测验方式为驻测。该站于1955 年6 月由新疆水利厅设立，初设为水位站，一年后改为水文站观测至今，领导机关为新疆水文局。测站以上集水面积4311 km2，海拔高程1321 m，河源至山口河长为110 km，控制着黄水沟来水量，为区域代表站。

该站主要测验项目包括水位、流量、泥沙、冰情、降水量、蒸发量（口径20 cm）、水温、气温、比降、水质等，流量测验精度二类，泥沙测验精度三类。

黄水沟水文站设站目的主要是为黄水沟及开都河水资源评价、区域水文特征、水文规律研究积累资料；也为水资源统一管理、水环境保护、防洪减灾等实时水文监测，并提供水文信息服务和水文分析成果等功能。

2 流域地形地貌及植被

黄水沟发源于中天山的天格尔山南坡，自北向南流入焉耆盆地西北部，流域呈扇状。流域中部巴伦台镇以上有两条支流，西支巴音沟，东支为乌拉斯台沟，后者为黄水沟主流。流域中上部为天然草地，植被覆盖率较高，对水源有一定的涵养作用；流域中部至山口多为风化岩石山脉，缺乏土壤覆盖基本上无植被生长，水源涵养能力极差。该流域地势落差大，河流源头与黄水沟站河段处高差约为2000 m，河流表现出典型的山溪性河流特点。

3 测验河段基本情况

黄水沟水文站测验河段顺直长度约300 m，基本水尺断面上游约100 m，下游约200 m。测验断面最大河宽50 m，左右两岸均为铅丝笼人工护岸，河床由卵石、砂砾组成，无水生植物生长。受基本水尺断面上游45 m 处三孔拱形公路桥洞导流影响，测验河段河床呈现出右低左高现象。低水时水流集中在右岸，对河床冲淤变化影响不大，水面宽一般在12 m～25 m 之间变化。中、高水时水流布满河道，对左岸河床有冲淤变化影响，水面宽一般在25 m～50 m 之间变化。断面高、中、低水时均无岔流、串流、逆流、回水、死水等水流现象。

黄水沟水文站基本水尺断面与测流断面重合，水位用浮子式水位计观测，直立式水尺人工观测校核；测流设施为吊箱测流，根据河宽均匀布设测深测速垂线，用一点法测速，视水位变化布设测流次数。根据水文资料整编规范，畅流期用水位流量关系曲线法推求流量，冰期用连实测流量过程线法推求流量。

4 径流与洪水

4.1 径流

根据黄水沟水文站1956 年～2011 年实测逐月径流资料，分析得该站多年平均年径流量的年内分配情况，从历年月径流资料来看，水量主要集中于汛期，占全年的57.6%，见表1。

黄水沟水文站多年平均径流量为2.894×108m3，水量较小。采用频率流量进行流量级划分[1]，确定出该站高水流量为大于350 m3/s, 中水流量为250 m3/s～350 m3/s，低水流量为小于250 m3/s。

4.2 洪水

黄水沟水文站1956 年～2011 年超过防洪警戒流量120 m3/s以上的年最大洪峰流量发生过31 次，多年平均年最大洪峰流量为167 m3/s。1996 年7 月19 日发生的602 m3/s 的洪峰为有实测资料的最大值，2000 年7 月18 日和1994 年7 月15 日发生的517 m3/s 和437 m3/s 的洪峰流量分别排在历史洪水的第二和第三位。年最大洪峰多出现6 月～8 月，7 月、8 月最多，影响年最大洪峰流量的主要气象因素是降水和气温。黄水沟洪水主要为融雪型洪水、暴雨型洪水和暴雨融雪混合型洪水三种类型：（1）融雪型洪水主要受气温影响，随着气温升高，高山冰川和积雪融化形成，洪峰小，较稳定，一日一峰；洪水量级也不大，较平缓。典型融雪型洪水如1980 年5 月9 日至15 日洪水，最大洪峰流量79.9 m3/s，见图1；（2）暴雨型洪水由降雨形成，主要集中在7 月～8 月的主汛期，其特点为降雨强度大，汇流时间短。洪水具有来势汹猛，突涨突落，洪峰高但洪量不大、破坏性强的特点。如1976 年8 月6 日洪水，最大洪峰流量109 m3/s，见图2；（3）暴雨融雪混合型洪水主要由气温和降雨共同作用叠加形成，具有来势猛、洪量大、破坏性强等特点。如1996 年7月19 日洪水，洪峰流量602 m3/s，见图3。

图1 黄水沟站洪水1980 年融雪型洪水过程线

图2 黄水沟站洪水1976 年暴雨型洪水过程线

图3 黄水沟站洪水1996 年暴雨融雪混合型洪水过程线

5 测站特性

5.1 降水特性

黄水沟流域地处背风，降水较少。根据黄水沟1956 年～2011 年的降水资料，据统计年平均降水量为64.2 mm，最大年降水量为161.3 mm（1993 年），最小年降水量为12.4 mm（1968年），年内降水量集中在夏季，6 月～8 月降水量占年降水量的60.9%。年内降水量多集中在5 至9 月，而1 月～4 月、10 月～12 月降水量较少。季节性分配不均匀，6 月～8 月夏季雨量可占全年60%以上，春秋两季雨量相差不大各占全年16%左右，冬季12 月～2 月降水比例低于全年降水的8%。最大月降水在7 月，占年内降水量28%左右，最小月降水在2 月，占年内降水量0.4%左右。汛期降水多以暴雨形式发生，雨水主要降落在流域中上部的山区地带。

5.2 水沙特性

黄水沟水量主要来源于中天山的天格尔山南坡，以冰雪融水和雨水形成地表径流量，多年平均年径流量为2.894×108m3。统计径流量年内分配，6 月～8 月夏水为水量集中时期，可占年水量的55%以上，连续最大四个月5 月～8 月水量可占到年水量的65%左右；其余三个季节的水量不足年水量的50%。输沙量的年内分配极不均匀，多年平均年输沙量为29.47 万t，年输沙量多集中在4 月～9 月，可占全年98%以上，连续最大四个月5 月～8 月输沙量可占到年输沙量的95%左右。汛期各时段输沙率与年平均输沙率相关系数为1.0。

黄水沟水文站洪水期洪峰在测验断面上的反映均为陡涨陡落，且水、沙峰过程峰形都较为尖瘦。对应水、沙过程线，二者之间表现出峰形相似、峰谷相应的特点。径流量与输沙量在年际变化中也具有一致性。

5.3 断面冲淤特性

分别计算黄水沟水文站各级流量上大洪水前后的断面面积增减量，从中可以看出黄水沟水文站的测验断面受冲淤变化影响较大。例如：1996 年7 月该站排名历史第一位大洪水过后，测验断面冲淤积面积高达18 m2，冲淤位置主要发生在起点距18 m～50 m 之间，河床最大变幅深度达到1.5 m，有先冲后淤的特点。该站流量在130 m3/s 时，测验断面就会产生冲淤变化，当流量大于170 m3/s 时，测验断面冲淤变化明显加剧，流量小于100 m3/s 时，测验断面冲淤变化不明显。测验断面还存在左岸稳定于右岸，年际变化频繁于年内变化的特点,见图4。

图4 1996 年洪水前后断面对比图

5.4 浮标系数

根据《河流流量测验规范》[2]，黄水沟水文站高水期需要使用浮标法施测流量，浮标系数是浮标法施测流量计算中的重要参数，按规定需要定期率定浮标系数。该站浮标系数试验分析选用了2000 年～2005 年中、高水资料25 次，且大部分资料为高水位级流量资料。均匀浮标有效位置横向分部基本控制在流速仪测速垂线位置上，中泓浮标法是在均匀浮标法测速历时短的位置上选取2～3 条垂线作为中泓资料[3]。经计算，得出黄水沟水文站均匀浮标系数为0.78，中泓浮标系数为0.61。

5.5 水位流量关系

黄水沟水文站水位流量关系未能达到单值化，表现为多线关系，即：在同一水位条件下，会有不同的流量值存在。出现多条水位流量关系的主要原因是该站的断面面积、断面流速变化都比较大，且两者之间的互补性较差所致。经统计，该站年内最大洪水小于120 m3/s 时，水位流量关系多为单一线，年内最大洪水大于120 m3/s 时，水位流量关系为多线。

5.6 输沙特征

黄水沟流域悬移质泥沙年内分配极不均匀，夏季大量冰雪融水和局部暴雨洪水携带大量泥沙进入河道，使得夏季输沙量高度集中。黄水沟水文站连续最大四个月输沙量出现在夏季5月～8 月，其输沙量占年输沙量的99.11%以上，最大月输沙量基本出现在7 月份，占年输沙量的69.9%。输沙量年内分配见表2。

表2 参证站输沙量年内集中程度统计表

黄水沟水文站多年平均年输沙量为29.47×104t，多年平均输沙模数68.36 t/km2，黄水沟流域悬移质输沙量、含沙量的年际变化都较大，年最大与年最小悬移质输沙量比值为76 倍，年平均最大与年平均最小含沙量比值为56 倍。黄水沟水文站悬移质含沙量、输沙量年际变化见表3。

表3 悬移质输沙量、含沙量年际变化汇总表

黄水沟水文站的单- 断沙关系是一条45°的直线，点线配合良好。

6 结语

黄水沟水文站降水主要集中在6 月～8 月，多以暴雨形式发生在山区，洪水陡涨陡落；水量主要来源于流域中上部，径流量年内分配和洪水发生时间基本一致，主要集中在6 月～8 月；泥沙主要来源于流域中部至山口，输沙量年内分配主要集中在5 月～8 月；中高水断面冲淤量大，不稳定；水位流量关系不稳定，多表现为多线关系；单- 断沙关系是一条45°角的直线，点线配合良好。