头道沟河流域地表天然水化学特征及变化趋势研究

(新疆哈密水文勘测局，新疆 哈密 839000)

1 流域概况

1.1 地理位置

头道沟水文站位于东天山哈尔里克山南坡，哈密市天山乡头道沟村，为区域代表站，是下游石城子水库进库站之一。头道沟水文站设立于1956年，控制断面以上集水面积371 km2，河长41.5 km。流域平均高程2 445 m，流域内最高峰海拔3 057 m，流域平均高程2 445 m，平均坡降35.5‰，。全流域无永久冰川，径流属基岩裂隙水和融雪降雨补给型。

1.2 地形地貌

流域内的山体主要主要组成为华力西期花岗岩和石灰岩，泥土主要成为高山草甸土、山地栗钙土和石灰岩剥蚀土组成[1]。山区中低部的潮湿地区生长了少许的西伯利亚落叶松和天山云杉，沿河滩有少许野生胡杨树以及一些耐寒耐旱植物。该流域受寒冷和大风的影响，山体受风化和剥蚀作用十分明显。

1.3 水文气象

头道沟水文站东与故乡河相邻、西与南山口流域毗邻靠近303省道、北侧以东天山脊线为界。与故乡河汇合后统称为石城子河，水文站控制断面南侧4 km是哈密地区最大的石城子水库。主要测验项目有：水位、流量、悬移质泥沙、降水、蒸发、水温、气温、冰情、水质等。共有连续58年(1956～2013年)的实测水文资料。整编资料均经新疆水文水资源局审查刊布，资料精度可靠，达到水利部《水文年鉴编印规范》标准。是哈密地区重要的水文、水质监测站，承担着向中央报汛的任务。

1.4 气温状况

区域内气温年较差大，多年年平均气温5.4℃，一月最冷，七月最热；一月份的多年平均气温-13.3℃,七月份的多年平均气温19.6℃,极端最高气温35.9℃(2006年7月)，极端最低气温-32.0℃(1967年1月)。 头道沟水文站气象要素见表1。

表1 头道沟站年、月平均气温表 ℃

1.5 降水及径流

降水可分为两大类，一类是大范围的降水，此类降水大多降在山区，雨区包围面积大，用时长，能构成较大洪水；例如2007年7月17～19日哈密区域发生大范围降水，头道沟站16、17、19日降水量达到85.2 mm，7月17日最大洪峰流量达到134 m3/s，是建站以来最大洪水；另一类是局部性大暴雨，这类降水的特点是，雨区笼罩面积小，历时短，但强度大，山区或平原都有发生的机遇，能小范围造成洪水灾害，破坏性很强。年内分配：按照头道沟站资料统计，头道沟站持续最大4个月(6～9月)降水量占终年降水的76.5%，最大月降水量一般情况下出现在7月，占终年降水的26.8%，最小月降水量一般出现在12月，仅占终年降水的1.0%。头道沟站降水量四季分配表见表2。

头道沟河径流的主要补给源是大气降水、中低山带的季节性积雪消融水和基岩裂隙水[2]，年径流量的大小主要与夏季的降水量和冬季积雪的大小有关。因为头道沟流域山体低矮，所以流域内没有永久积雪和冰川，但中、高山区在冬、春季节有积雪，这些积雪在每一年的4～5月份由于气温的上升消融，因而头道沟水文站每年4月、5月都会发生大小不等的春洪，春洪的大小与前一年降雪量和气温变化有关。春洪是头道沟流域径流的重要来源之一。

2 水体水化学特征分析

对头道沟站2006年～2016年的水质监测数据进行水化学特征的分析。水化学类型采用阿列金分类法[3]为标准，矿化度和总硬度的评价以《地表水资源质量评价技术规程》[4](SL395-2007)为标准。

2.1 矿化度

在天然水体中，矿化度一般情况下是指无污染水体中主要阴阳离子，相对于受污染的水体，除水体本身的阴阳离子还代表水体中各种无机盐类和矿物元素。头道沟站2006～2016年连续十年的测验资料显示矿化度的范围在300～401 mg/L之间，属于较低矿化度。

表2 头道沟站降水量四季分配表

2.2 总硬度

天然水水体的硬度主要是指水中含有可溶性的钙盐和镁盐。在天然水中钙镁离子的含量与径流所流经的地质环境，土壤以及气候等条件有着密切关系。根据头道沟站2010～2016年连续十年的实测资料显示总硬度在172～218 mg/L之间，评价类别属于地表水评价标准的软水。

2.3 水化学类型

通过对头道沟连续十年的实测资料进行分析，水体水化学状况较好，属于碳酸盐类Ca组Ⅱ型水，水质基本未受到任何的人为污染。从头道沟站到石城子水库，途中没有任何工业污染，而且只有少数零星自然村分布，所以水体水质总体变化不大，天然水化学状况良好，从头道沟站的2006年～2016年的实测资料分析，天然水体水化学状况良好，属于碳酸盐类Ca组Ⅱ型水，头道沟站连续十年的水化学评价结果见表3。

表3 头道沟水化学特征分析表 mg/L

图1 2010～2016年头道沟站矿化度、总硬度变化曲线

3 水化学成分变化趋势分析

3.1 年际变化分析

头道沟河流域内没有任何工业企业，没有化学污染及其他工业污染，所以对河流水质基本不造成这一方面的影响。对其影响的主要是该流域径流变化对水体中矿化度、总硬度的影响，径流补给主要来源是冰雪融水和夏季的直接降水，由于径流的年际变化不大，所以对评价的指标影响也不大。2006年～2016年头道沟站矿化度、总硬度年际变化见图1。

3.2 年内变化分析

河流天然水体水质受水量受季节性变化影响，所以，总硬度和矿化度呈现出明显的季节性变化规律，通常头道沟每年4～5月开始气温升高，此时会出现融雪性洪水，由于地表植被覆盖率较低，表层裸露，土壤中碳酸钙含量较大，加之流域比降较大、流速快，土壤中的无机矿物质成分尚未完全与河水融合，致使水体中总硬度和矿化度含量减小；而随着气温的持续增高、降雨量的增加，在7～8月之间，总硬度、矿化度到达年内最低值；9月随着气温持续回落，水量减少，河流流速变缓，总硬度和矿化度会也会随之发生变化，最大值一般会出现在11月到次年的3、4月。水化学类型的变化与总硬度、矿化度变化类似，一般情况下汛期为碳酸盐钙组Ⅰ型水，非汛期同样为碳酸盐钙组Ⅰ型水，由于上游土壤的构成，水化学类型的变化主要是由于水体中钙、镁等离子含量的变化而变化，并且汛期和非汛期水质类别基本保持不变。2016头道沟站总硬度和矿化度年内变化见图2。

图2 2016年头道沟站总硬度、矿化度年内变化曲线

4 结语

综合分析评价结果表明，区域内，水质总硬度、矿化度评价年内、年际变化不大，区域内近年来并没有化工业及其他工矿企业的生产经营，也就排除了其他化学和物理因素对该区域水质的影响，所以综上所述，该区域水质将维持较长时间的稳定状态，同时也能满足该区域水功能[6]区各方面用水的需求。

[1]内陆河湖水文资料[G].新疆:新疆维吾尔自治区水文水资源局.1956-2013.

[2]骆光晓,若孜汗·塔依尔.新疆哈密石城子河流域水文水资源分析[J].干旱区研究.2008.25(4):478-484.

[3]蔡云标. 哈密市榆树沟流域地表水天然水化学特征分析[J].新疆水利.2012.(5)：9-11.

[4]中华人民共和国行业标准. 地表水环境质量评价标准(HJGB04-2010).中华人民共和国环境保护部.2011.

[5]中华人民共和国水利行业标准.地表水资源质量评价规程(SL395-2007) .中华人民共和国水利部.2007.

[6]中华人民共和国国家标准.水功能区划分标准(GB/T50594-2010).中华人民共和国住房和城乡建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.2010.