塔里木河干流上中游河損與斷面來水關(guān)系分析

雷 雨

(新疆維吾爾自治區(qū)水利廳，新疆 烏魯木齊 83000)

塔里木河是我國最長的內(nèi)陸河，同時(shí)也新疆南部近千萬人民賴以生存的母親河，地處于世界極端干旱區(qū)，蒸發(fā)潛勢(shì)為1800～2900mm，而降水量一般僅18.6～50mm，河流全長1312km[1-4]。塔里木河干流自身不產(chǎn)流，其水資源主要依靠上游阿克蘇河、和田河、葉爾羌河三大源流補(bǔ)給[5-8]。流域面積較廣，上游三源流匯合后由阿拉爾到恰拉的流程達(dá)893km之遠(yuǎn)，河水從斷面來水到向下河段下泄的過程中，勢(shì)必會(huì)因?yàn)樘烊徽舭l(fā)和滲漏產(chǎn)生巨大的水量損失，特別對(duì)于來水本身就不豐沛的枯水年，這必然會(huì)加劇水資源供需矛盾[9-11]。所以，對(duì)塔里木河干流河道水量損耗與斷面來水之間關(guān)系的研究已經(jīng)成為當(dāng)前亟待解決的重要問題。

河道徑流量滲漏與蒸發(fā)是導(dǎo)致河流損失的主要因素，為此國內(nèi)學(xué)者對(duì)其開展了大量的研究[12-16]，例如孫建光等利用河道滲漏生態(tài)水權(quán)計(jì)量模型，確定了塔里木河滲漏的集中河段[17]；趙少軍基于水文實(shí)測(cè)資料對(duì)葉爾羌河河道水量進(jìn)行了分析[18]；張廣朋等利用體積分形維數(shù)模型探討了塔里木河上中游河床沉積物粒度分形特征[19]；譚晶基于水量平衡原理闡明了開都河河水和河損規(guī)律[20]。這些研究為揭示河流滲漏與河損之間的定量關(guān)系提供了理論的基礎(chǔ)，但與塔里木河河損的相關(guān)研究較少且不深入。

因此，文章基于2005—2017年塔里木河上中游各斷面地表徑流數(shù)據(jù)，分析各河段的耗水規(guī)律，明確耗水量與斷面來水之間的定量關(guān)系，以期為實(shí)現(xiàn)干流水資源的可持續(xù)利用以及水資源部門對(duì)塔里木河流各河段分段管理、制定干流下泄輸水方案提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)收集及研究方法

1.1 數(shù)據(jù)收集

文章采用的數(shù)據(jù)主要包括塔里木河流域管理局提供的2005—2017年塔里木河干流阿拉爾、新渠滿、英巴扎、烏斯?jié)M、阿其克及恰拉斷面的逐年河損量數(shù)據(jù)，同時(shí)利用Sigmaplot12.5軟件對(duì)其進(jìn)行處理與分析。

1.2 研究方法

根據(jù)塔里木河干流水量消耗特點(diǎn)，基于水量平衡原理，利用河段引水量、退水量以及下斷面來水量計(jì)算河段河損量，公式如下：

W損=W引-W退-W下

(1)

式中，W損—河段河損量，億m3；W引—河段引水量，億m3；W退—河段退水量，億m3；W下—下斷面水量，億m3。

2 上游河段河損與斷面來水的關(guān)系分析

2.1 阿拉爾-新其滿河段河損與斷面來水關(guān)系分析

阿拉爾-新其滿河段河損見表1，由表1可知，2005—2017年阿拉爾-新其滿河段的平均引水量、河損量為3.86億m3和5.5億m3，平均河損率和單位河長河損為11.6%和0.03億m3；河段水量過程線如圖1所示。由圖1可知，2009年以來，該河段河損量普遍偏小。特別是在來水量較大的2010年和2017年，河損出現(xiàn)負(fù)值，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因一方面是由于近年來流域管理部門加強(qiáng)了引水量監(jiān)測(cè)管理，同時(shí)也與近年來塔河干流來水持續(xù)偏豐密不可分，河道持續(xù)過水，地下水位較高，造成滲漏損失量較小，而大量引水導(dǎo)致了回流水量增加；河段水量與河損擬合關(guān)系曲線如圖2所示。由圖2可知，新其滿來水隨阿拉爾來水回歸方程方程R2為0.98，說明二者響應(yīng)關(guān)系較好，總體呈增加趨勢(shì)。阿拉爾、新其滿與河損的回歸方程R2分別為0.54、0.53，說明該河段河損量隨阿拉爾以及新其滿來水量變化響應(yīng)關(guān)系較差?？傮w上，河損隨阿拉爾來水的增加而呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。

表1阿拉爾-新其滿河段河損分析表單位：億m3

圖1 阿拉爾-新其滿河段水量過程線

2.2 新其滿-英巴扎河段河損與斷面來水關(guān)系分析

新其滿-英巴扎河段河損見表2。由表2可知，2005—2017年新其滿-英巴扎河段的平均引水量、河損量為2.73億m3和6.9億m3，平均河損率和單位河長河損為18.1%和0.03億m3；河段水量過程線、水量與河損擬合關(guān)系曲線關(guān)系如圖3—4所示。由圖3—4可知，英巴扎來水隨新其滿來水響應(yīng)關(guān)系較好，來水總體呈增加趨勢(shì)。同時(shí)，該河段河損量與新其滿以及英巴扎來水量變化關(guān)系較為密切。

表2新其滿-英巴扎河段河損分析表單位：億m3

年份新其滿引水退水河損河損率每公里河損英巴扎200544.401.87017.0338.3%0.0725.50200644.101.63018.7742.6%0.0723.70200714.302.0902.2115.4%0.0110.00200813.102.4002.2617.2%0.018.4420098.371.1805.3664.0%0.021.83201068.503.86017.7425.9%0.0746.90201145.103.0205.3811.9%0.0236.70201246.402.6703.838.3%0.0139.90201340.602.9000.601.5%0.0037.10201416.201.8305.3733.1%0.029.00201539.353.8302.977.6%0.0132.54201651.483.8108.0315.6%0.0339.65201764.034.3500.220.3%0.0059.47均值38.152.7306.9018.1%0.0328.52

圖2 阿拉爾-新其滿河段水量與河損的關(guān)系

圖3 新其滿-英巴扎河段水量過程線

2.3 上游(阿拉爾-英巴扎)河段河損與斷面來水關(guān)系分析

上游河段河損見表3。由表3可知，2005—2017年上游河段的平均引水量、河損量為6.59億m3和12.41億m3，平均河損率和單位河長河損為26.1%和0.03億m3。

表3阿拉爾-英巴扎河段河損分析表單位：億m3

3 中游河段河損與斷面來水的關(guān)系分析

3.1 英巴扎-烏斯?jié)M河段河損與斷面來水關(guān)系分析

英巴扎-烏斯?jié)M河損見表4。由表4可知，2005—2017年英巴扎-烏斯?jié)M河段的平均引水量、河損量為6.75億m3和7.73億m3，平均河損率和單位河長河損為27.1%和0.04億m3；河段水量過程線如圖5所示。由圖5可知，該河段河損量最大值出現(xiàn)在2010年，這與前一年2009年塔河干流來水特枯，河槽干涸，地下水埋深低，大量水滲漏補(bǔ)給地下水有關(guān)。河損量最小值出現(xiàn)在2009年，這是因?yàn)楫?dāng)年來水量相對(duì)最少，從而河道滲漏損耗也最?。缓佣嗡颗c河損擬合關(guān)系曲線如圖6所示。由圖6可知，該河段河損與斷面來水變化響應(yīng)關(guān)系較好。該河段河損量隨英巴扎來水量增大而增大，且增加趨勢(shì)逐漸顯著。烏斯?jié)M來水量也隨英巴扎來水量增大而增大，但增加趨勢(shì)逐漸減緩。

表4英巴扎-烏斯?jié)M河段河損分析表單位：億m3

圖4 新其滿-英巴扎河段水量與河損的關(guān)系

圖5 英巴扎-烏斯河段滿水量過程線

3.2 烏斯?jié)M-阿其克河段河損與斷面來水關(guān)系分析

烏斯?jié)M-阿其克河段河損如見表5。由表5可知，2005—2017年烏斯?jié)M-阿其克河段的平均引水量、河損量為1.35億m3和1.45億m3，平均河損率和單位河長河損為10.3%和0.02億m3；河段水量過程線、水量與河損擬合關(guān)系曲線如圖7—8所示。由圖7—8可知，2005—2010該河段年河損與烏斯?jié)M下泄水量呈一致的變化趨勢(shì)。2011—2017年河損量偏低，且較穩(wěn)定，可能主要是近年來塔河干流加強(qiáng)了水資源統(tǒng)及河道管理力度，減少了潰壩跑水現(xiàn)象，也使河道私扒亂引和無序抽水現(xiàn)象也有所減少。同時(shí)，阿其克來水與烏斯?jié)M來水響應(yīng)關(guān)系較好，總體呈增加趨勢(shì)。

表5干流烏斯?jié)M-阿其克河段河損分析表單位：億m3

圖7 烏斯?jié)M-阿其克河段水量過程線

3.3 阿其克-恰拉河段河損與斷面來水關(guān)系分析

阿其克-恰拉河段河損見表6。由表6可知，2005—2017年阿其克-恰拉河段的平均引水量、河損量為0.57億m3和3.31億m3，平均河損率和單位河長河損為29.4%和0.02億m3；河段水量過程線、水量與河損擬合關(guān)系曲線如圖9—10所示。由圖9—10可知，河段河損與阿其克下泄有較好的相關(guān)性，即來水越大，河損越大。恰拉來水隨阿其克來水響應(yīng)關(guān)系較好，從變化趨勢(shì)來看，總體呈增加趨勢(shì)。

表6阿其克-恰拉河段河損分析表單位：億m3

圖6 英巴扎-烏斯?jié)M河段水量與河損的關(guān)系

圖8 烏斯?jié)M-阿其克河段水量與河損的關(guān)系

圖9 阿其克-恰拉河段水量過程線

3.4 中游(英巴扎-恰拉)河段河損與斷面來水的關(guān)系分析

中游河段河損見表7。由表7可知，2005—2017年英巴扎-恰拉河段的平均引水量、退水量、河損量為8.66億、0.15億、12.49億m3，平均河損率和單位河長河損為43.8%和0.03億m3。

表7英巴扎-恰拉河段河損分析表單位：億m3

4 結(jié)語

2005—2017年上游河段單位河長河損為0.03億m3，其中新其滿-英巴扎河段河損量最大，為6.9億m3。中游河段單位河長河損為0.03億m3，英巴扎-烏斯?jié)M河段河損量最大，為7.73億m3。在來水偏枯年份，上中游河段河損較大，但近年來河段河損呈下降趨勢(shì)，最低河損年份均出現(xiàn)在2017年，這與塔里木河干流來水持續(xù)偏豐以及流域管理局對(duì)引水量監(jiān)管力度加強(qiáng)密不可分。為了提高流域水資源利用效率，減少河道損耗，管理部門應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)河道綜合治理，其中，上游新其滿-英巴扎段、中游英巴扎-烏斯?jié)M河段是重點(diǎn)防治河段。

圖10 阿其克-恰拉河段水量與河損的關(guān)系

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