和布克河流域水文特性.pdf

第1 7 卷第7 期2 0 1 1 年7 月水利科技与经济W a t e rC o n s e r v a n c yS c i e n c ea n dT e c h n o l o g ya n dE c o n o m yV 0 1 1 7N o 7J u l，2 0 1 1和布克河流域水文特，I 生朱利民(新疆塔城水文水资源勘测局，新疆塔城8 3 4 7 0 0)摘要】利用和布克河流域3 0 年资料分析计算得出，和布克河流域年径流量中泉水所占比重较大，泥沙含量不大，水质良好，径流的年内分配较均匀，径流年际变化不大。关键词】水系；气象；径流；洪水；泥沙；水质【中图分类号 T V l 2 2【文献标识码】B【文章编号 1 0 0 6 7 1 7 5(2 0 1 1)0 7 0 0 6 9 0 31流域概况1 1地理位置和布克河位于准噶尔盆地西北边缘的和布克赛尔蒙古自治县境内，发源于和布克河流域的西北部山地西以克尔根达斯河、额敏河支流哈拉依灭勒河分水岭山脊线为界，西南与白杨河相邻，北抵流域北部山体高大的萨吾尔山冰峰雪岭。以水库坝址为控制断面，集水面积33 3 6k m 2，河长4 9 9k m，汇流区域地理位置介于F A M 0 4 9 一E 8 6。0 5，N 4 6。3 9 N 4 7 0 0 57 之间，流域内海拔最高点为萨吾尔山的木斯套峰，海拔高程38 3 5m，最低点为水库坝址处，海拔高程9 5 0m，相对高差28 8 5n l。1 2 地形、地貌、土壤、植被和布克河流域地形地貌复杂多样。和布克谷地横贯其中，该谷地由南北不对称的冲洪积倾斜平原组成，西窄东宽，呈带状，东西走向，三面环山，唯东南面有一峡口。流域地势由西北向东南倾斜，大的地貌单元可分为中高山区、低山丘陵区及山前倾斜平原区。中高山区主要分布在北部和西北部，海拔25 0 0 38 0 0m，山地地形崎岖，高差大，坡度陡，如北部的萨吾尔山，山坡坡度为2 5 左右。由于强烈的构造作用，山体岩石破碎，多裂隙和断层，在外部流水的侵蚀作用下，造成山体一定程度的切割，形成高山峡谷的地貌景观。低山丘陵区主要分布在流域西部、南部及流域中南部阿迪尔地区，海拔l0 0 0 25 0 0n l，山体坡度不大，尤其是山体顶部较为平坦，为一望无际的天然草场，流域东南部谢米斯赛山余脉的一支在加音塔拉水库附近区域折向西北，形成阿迪尔隆起。最后消失于流域中部的纳伦和布克。山前倾斜平原区主要分布在和布克谷地中部，界定于周边山麓至和布克河干流轴线的广阔地域，东西长约1 0 0k m，南北宽l O 3 5k l n，由冲洪积平原组成，地面坡度为2 5，地表主要由砂砾沉积物组成。该区域是和丰县农牧业生产的主要聚集地。和布克河流域内土壤植被分布具有明显的垂直地带性特点。海拔32 0 0m 以上为冰川、永久积雪覆盖区，山体岩石受冰川作用影响，物理风化明显，土壤发育迟缓，鲜有植被生长。海拔28 0 0 32 0 0i n 为高山亚高山区，山体坡度大，基岩裸露，主要分布薄层草甸土，高山草甸发育良好。海拔l8 0 0 28 0 0I n 的山地，主要分布亚高山薄层草甸土、山地黑钙土及灰色森林土，亚高山草甸和山地草甸发育较好，山体阴坡分布有片状落叶松林。海拔18 0 0n l 以下低山丘陵及平原地区，土壤主要有栗钙土、沼泽土、草甸土等，植被主要有低矮散生的盐生植物、沼泽植物及耐旱荒漠植物。1 3 河流水系和布克河主流及各支流主要发源于流域北部、西北部山地。北部的萨吾尔山及西部诸山地海拔较高，高大山体对气流易产生抬升作用，使得对流加剧，降水充沛，年降水量远远大于和丰县的其它地域，众多大小河沟展布其上，是径流形成区。丰富的降水经流域调蓄转化为地下水后，在谷地二次转化为地表水，是和布克河主要的水量补给源。北部的萨吾尔山木斯套峰海拔33 8 0m 雪线以上区域，分布各类冰川8 条，冰川面积3 5 5k m 2，冰川储量0 1 3 05k m 3；最大一条冰川长1 8k m，面积1 4 9k m 2。沿萨吾尔山山脊线冰雪分布长度约2 7k m，丰富的冰雪储量，使得沿萨吾尔山各河沟水流长年不息。沿流域东北部的松树沟至西北部一带山地分布有大小河沟3 0 余条，其中较大河沟1 0 多条，流量(平水期)介于0 0 5 0 3 0m 3 s 之间。在通常情况下，乌图阔力、大门郭勒、塔克勒干、巴音郭勒等沟河水可直接汇入和布克河干流，其余诸河沟除在汛期洪水或较大暴雨洪水时可直接汇入河道外，其余时间多在山前倾斜平原地带渗入地 收稿日期】2 0 1 1 0 6 1 5 作者简介 朱利民(1 9 7 2 一)。男，新疆塔城人，高级勘测工，主要从事水文测验、整编等工作一6 9 万方数据第1 7 卷第7 期2 0 1 1 年7 月水利科技与经济W a t e rC o n s e r v a n c yS c i e n c ea n dT e c h n o l o g ya n dE c o n o m yV 0 1 1 7N o 7J u l，2 0 1 1下，而在谷地中部以潜水(泉水)形式出露补给河流。在和布克河北岸，由潜水(泉水)汇集而成的较大支流有4条，即白仙萨拉、哈拉萨拉、纳伦和布克与铁布肯乌散，流量(平水期)介于0 1 0 0 6 0m 3 s 之间。和布克河水系分布特征是河沟数量多、流程短、水量少，水系形状极不规则，河流南岸几乎无支流汇入。2气象本流域深居欧亚大陆腹地，远离海洋，气候干燥，属寒温带大陆性干旱气候，包括铁布肯乌散乡、那仁和布克牧场、和丰县城、莫特格乡及查干库勒乡在内的研究区为冷凉气候区，借用位于该气候区中心地带的和丰县气象站资料来分析本区域气候特征。据统计，多年平均降水量1 4 4 3 咖，约6 0 集中在68 月份；多年平均蒸发量l8 4 1 6m m；多年平均气温3 5。C，最高气温3 6 8，出现于2 0 0 4 年7 月1 4 日，最低气温一3 3 4 0 C，出现于1 9 5 5 年1 月3 日(表1)。无霜期短，多年平均1 3 5d；最大冻土深度1 6 5m；该区域日照充足，全年平均日照时数30 0 6 4h，5 8 月各月日照时数均大于3 0 5h，其中8 月份日照时数最多达3 1 0h，1 2 月份日照时数最小为1 6 1 1h。和布克谷地全年盛行西风和西北风，年平均风速3 0m s，最大风速3 4m s，最大风力可达1 2 级；8 级以上大风日数年平均出现6 8d，最高年份达9 4d，主要集中于46 月；每年5 月份风速最大，平均4 5m s，1 2 月至次年1月风速最小，平均1 9m s。表1和丰县气象站气象要素多年平均统计表3径流3 1 径流的空间分布位于北部的萨吾尔山和西部的铁布克山等高大山体是和布克河流域干旱区中的绿色湿岛。萨吾尔山海拔33 8 0m 以上的山区长年有积雪和冰川，是和布克河各支流的主要发源地。径流主要补给方式为季节性积雪融水、冰雪融水和雨水，其中季节性积雪融水对河流的补给占有较大的比重。每年的4 月初一6 月上旬，气候转暖，7 0 一气温回升，流域下垫面季节性积雪融水和降雨组合形成春汛。其特征是水量变化缓慢，水量相对比较稳定，受太阳辐射、气温和融雪强度影响，补给河流具有连续性和时间性。春汛过后即进入漫长的平水期，河流主要靠降雨和泉水补给，其中雨水补给河流主要发生在夏季，据调查和对有关文献资料分析，该流域暴雨洪水发生频次较高，随机性大，受暴雨影响，其洪水特征是洪水过程单一，陡涨陡落，影响年径流量及年内分配。河流出山口以上为地表径流形成区，出山口后，地表径流在山前倾斜平原区下渗转化为地下潜流向谷地中部汇集。和布克谷地山前倾斜平原为松散的第四纪沉积物，沉积物质颗粒较大，结构松散，胶合较差，有很强的透水性，沉积物质从山麓至谷地中心由厚逐渐变薄。第四纪沉积物下部则埋藏着透水与不透水岩层相互组成的第三系岩层，并形成与谷地形状相类似的向斜结构。在谷地部分地段形成层间水和承压水，于谷地中部形成自流水。谷地潜水在南流过程中，遇到阿迪尔隆起带的阻隔，迫使地下潜水位抬高，地下水溢出地表，形成东西长1 0 0k m 以上的潜水溢出带，最终汇集于和布克河。由于受降水和地形影响，与降水地域分布相一致，河川径流地区差别较大，地域分布特点是山地大于平原，北部大于南部，西部大于东部，中高山地带是径流的高值区，低山丘陵及平原地区是径流的低值区和径流散失区。进入径流散失区后，灌溉期(5 8 月)水量大部分引入灌区和牧区利用，剩余水量沿坡度平缓的河槽下泄，最终汇入水库。3 2 径流的年内及年际变化由于本流域集水面积大，地形多样，河流补给成份复杂，各河流(包括支流和干流)径流年内分配受地区影响，差异明显。发源于萨吾尔山、铁布克山诸支流，因所在山体海拔较高，加上高山(萨吾尔山)冰川影响，连续最大4 个月径流量出现于5 8 月份，占年径流的6 5 以上，最大月径流量出现于5 月份，最小月径流量出现于2 月份。干流和布克河径流年内分配受多种因素影响，径流主要集中于春季(3 5 月)，径流量占年径流的4 4 5，春汛特征比较明显，连续最小3 个月径流量出现于夏季(6 8 月)，只占年径流的1 5 O，最大月径流量出现于4月份，占年径流的1 9 1，最小月径流量出现于7 月份，仅占年径流的4 3，最大月径流量约为最小月的4 5倍，由于和布克河其自身的调蓄作用，径流年内分配各月间相差不太悬殊，见表2。流域内各支流径流年际变化相对较小，凸值介于0 2 0 0 3 7 之间；和布克河干流由于泉水补给量占一定成份，径流年际变化相对稳定，变差系数。值仅为0 1 7。最丰水年份出现于2 0 0 2 年，径流量O 5 8 29 1 0 8m 3，与均值比较，偏多4 2 6；最枯水年份出现于1 9 9 0 年，径流量0 2 8 29 1 0 8m 3，与均值比较，偏少3 0 8。万方数据朱利民：和布克河流域水文特性第7 期表2 和布克河加音塔拉水库入库多年平均径流量统计表融雪洪水一般始于每年的3 月上旬或中旬，至4 月底或6 月中旬结束，洪水期持续时间印d 左右。融雪型洪水过程通常较平缓，洪峰小，洪水历时长，年年都出现，只不过洪峰、洪量大小不同而已，如每年春季的洪水，大多均属此种类型。与暴雨相对应，暴雨洪水一般出现在每年的7 9 月，以7 8 月为最多，具有年内分配不均、年际间频发的特点。由于和布克河流域下垫面植被覆盖度低，低山丘陵地面破碎，地面坡度大，便于汇流。水库下游区域暴雨洪水发生频次明显高于水库上游，从1 9 8 3 2 0 0 3 年，和夏干渠渠首、和什托洛盖、夏孜盖乡几乎每年发生暴雨洪水，有些年份甚至多次发生，冲毁渠首、渠道、桥梁和其它建筑物，淹没农田，造成重大经济损失。4 洪水5 泥沙4 1 暴雨成因及特征和布克河流域因受水汽输送条件及特有的自然地理因素影响，为暴雨多发地区，暴雨中心多出现在流域东、南部地带。和新疆其它地区一样，该流域上空水汽主要来自西风气流，携带冷湿水汽的气流越过流域西部低山隘口进入流域内部，流域内夏季气温高、风大、气候干燥，下垫面蒸散发强烈，有利于暖气团的形成，尤其是靠近准噶尔盆地的东、南部低山丘陵区，由于受准噶尔盆地热高压影响，热交换强烈，冷暖气团遭遇。加上地形作用，极易形成锋面雨，来势凶猛，经常酿成洪水灾害。根据新疆维吾尔自治区可能最大暴雨图集中关于过程雨量的量级和影响范围划分标准，日降水量1 0 姗的降水称为大雨，日降水量I 2 5m m 的降水称为暴雨，日降水量5 0m l n 的降水称为大暴雨。和布克河流域，暴雨年际间频发，局地性强，历时短，雨量大，但全流域大面积高强度暴雨极少发生。据和丰县气象站1 9 6 0 2 0 0 4 年降水资料统计，4 5 年来日降雨量超过2 0t o n i 的次数出现2 0 多次，平均约2a 出现一次较大的暴雨。5 0 年一遇最大一日降雨量4 5 7m m，1 0 0 年一遇最大一日降雨量达5 1 2r a i n，与邻近流域相比，暴雨量值是相当大的。如该流域“6 5 7”大暴雨就是一例，1 9 6 5 年7 月7 日一日降雨量4 1 3m m。本次大暴雨产生的洪水洪峰流量接近5 0 年一遇，系1 9 6 0 年以来的最大值。4 2 洪水和布克河主要有两种类型洪水，即融雪洪水和暴雨洪水。流域内除北部高山外，其它大部分山地地势较低，春季气温回升，天气转暖，冰雪融化，产生融雪型洪水。融雪型洪水常发生于周边山地，汇集于各支流注入和布克河。山前倾斜平原区及谷地中部，冬春季积雪一般较薄，大部分积雪长时间内耗于蒸发和下渗，难以形成较大的洪水汇入河道。在山区，山体岩石的物理风化相对强烈，两岸山坡上风化的大量碎屑物质在流水的作用下堆积在河谷被洪水携带。在夏季，暴雨较多，雨水对地面的打击不仅可直接造成地表水流失，还可以增加地表薄层水流的紊动性，加强水流的侵蚀作用，破坏土壤结构，使地表水分散，给水流冲刷创造条件。所以说，河流泥沙的变化，不论是主流还是支流，从河源至出山口，含沙量自上而下均逐渐增大。在山前倾斜平原及谷地中部区域，地面坡度小，水流平缓，再加上潜水溢出带良好的植被条件，大部分泥沙被滞留于该区域，汇入和布克河的泥沙量很少。含沙量在年内分配上，春季洪水期和夏季暴雨洪水期所占比例较大，尤其是暴雨洪水，使河流含沙量短时间内剧增，大量泥沙汇入水库，在其它季节和时段，河水基流多为泉水补给，流量小，水色清，含沙量小。与其它流域相比，和布克河流域有它独有的特点。流域内草场分布面积大，植被覆盖尚可(南部山地除外)，融雪径流所占比重较大，河流含沙量相对较小。布克河加音塔拉水库入库多年平均悬移质输沙量为1 3 5 1 0 4t，从对和布克河、各支流入和布克河汇合口段及其沿线的踏勘情况来看，河床质泥沙颗粒较细，河岸两边多为植被覆盖，特别是汇合口处的各支流沿线，河床中遍布植被，加上河道坡度较小，推移质泥沙量不大，按悬移质输沙总量的1 0 计入，加音塔拉水库多年平均入库泥沙总量为1 4 8 1 0 4t。6 水质评价和布克河水质评价标准采用地面水环境质量标准(G B3 8 3 8 2 0 0 2)评价方法选取单项指标，分项进行达标率评价。分析结果见表3、表4。(下转第8 7 页)一7 1 万方数据肖玉红：混流式水轮机引水部件内部流动的二维数值模拟与三维模拟比较分析第7 期水流运动状态。7结语基于二维N S 方程和标准k 一占紊流模型，采用C F D 计算流体力学软件对H L A6 1 6 一W J 一5 5 混流式水轮机原型机的引水部件在最优工况下进行了二维数值模拟口1，获得了流场的速度、压力及湍流的强度分布变化规律。(1)通过对二维水轮机蜗壳内水流运动模型的计算成果，对特征点数值和整体流场、压力场、湍流强度进行了初步分析，获得了与三维流场较符合的流场分布规律，为最优工况下实际三维混流式水轮机蜗壳内部流动特征、流动信息的性能评价提供了参考与理论依据，也对解决真机的空蚀和优化改造有一定指导意义。(2)为获得更符合实际情况的流场结构，需寻求更高的硬件支持、高精度的计算方法、选择更高级的紊流模型，对带有影响水流状态附属部件的水轮机的全流道进行三维计算研究。(3)为更接近工程实际的环境及水流条件，需要对不同介质相互作用或不同介质的多场耦合迸行研究模拟，同时需进行实体物理试验和数值模拟相结合的相互验证试验。参考文献 1 韩涛不完全包角水轮机引水部件三维流场数值模拟 D 成都：西华大学，2 0 0 8 2 王福军计算流体动力学分析-C F D 软件原理与应用 M 北京：清华大学出版社，2 0 0 4 1 1 4 1 2 2 3 J O H i n z e，T u r b u l e n c e Z N e w Y o r k：M c G r a w H i l l，1 9 7 5 4 黄克智，薛明德，陆明万张量分析 M 北京：清华大学出版杜，2 0 0 3 5 B E L a u n d e r，D B S p a l d i n g，【七c t l l r c si nM a t h e m a t i c a lM o d e l so fT u r b u l e n c e z L o n d o n：A c a d e m i cP r e s s，1 9 7 2 6 郭鹏程水力机械内部复杂流动的数值研究与性能预测 D 西安：西安理工大学，2 0 0 6 1 0 5 1 0 6 7 刘春梅混流式水轮机转轮内部流动的C F D 分析 D 成都：西华大学，2 0 0 6 4 4 4 5(编辑：赵琳琳)代表值8 2 O 0 0 4 O 0 f f 2 O 0 0 70 0 0 40 4 76 91 5 00 62 8 O 0 0 2 O 0 0 4(0 0 1质量标准值(I I I)水质类别综合评价水质类别6 9G O 20 0 0 5G 0 0 5G O 0 5 1 05 02 0 04 06 0IlIIII1Il l河流水质质量为类1 00 0 5III根据上述数据分析，和布克河化学特性属偏碱性、碳酸水，水质类型C C aI I 特点是H C 0 3 一 C a 2+M g“H C 0 3 一+s o,2，此类型的水质较好，稳定性强。根据水质分析数据评价，目前入库河流和布克河水质质量为类，属于集中或生活饮用水和地表水源地一级保护区，水质状况良好，水质未受生活、工业用水污染，能满足各类用水要求。参考文献 1 水利部水文司水文测验规范 s 南京：河海大学出版社，1 9 9 4 8 一1 6 2 和布克赛尔蒙古自治县地方志编篆委员会和布克赛尔蒙古自治县县志 M 乌鲁木齐：新疆人民出版社1 9 9 9 7 1 7 3 3 塔城地区水利手册编辑委员会塔城地区水利手册 K 塔城：塔城地区水利局，2 0 0 1 4 9 5 7 4 和布克赛尔蒙古自治县农业区划办公室新疆维吾尔自治区和布克赛尔蒙古自治县农业区划报告 R 和布克赛尔：和布克赛尔县农业区划办公室，1 9 8 4 5 阿依夏新疆和布克赛尔蒙古自治县城市防洪规划 R 乌鲁木齐：新疆水文水资源局技术委员会，2 0 0 8 1 4 0(编辑：赵琳琳)一8 7 万方数据和布克河流域水文特性和布克河流域水文特性作者：朱利民作者单位：新疆塔城水文水资源勘测局,新疆塔城,834700刊名：水利科技与经济英文刊名：WATER CONSERVANCY SCIENCE AND TECHNOLOGY AND ECONOMY年，卷(期)：2011,17(7)参考文献(5条)参考文献(5条)1.水利部水文司 水文测验规范 19942.和布克赛尔蒙古自治县地方志编篆委员会 和布克赛尔蒙古自治县县志 19993.塔城地区水利手册编辑委员会 塔城地区水利手册 20014.和布克赛尔蒙古自治县农业区划办公室 新疆维吾尔自治区和布克赛尔蒙古自治县农业区划报告 19845.阿依夏 新疆和布克赛尔蒙古自治县城市防洪规划 2008 本文链接：http:/