塔里木河干流河道水量損失規(guī)律分析

劉新華

(新疆維吾爾自治區(qū)水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，新疆 烏魯木齊 830000)

河道水量損失(以下簡(jiǎn)稱河損)主要是指河道內(nèi)水量的蒸發(fā)、滲漏和漫溢損失量，主要補(bǔ)給生態(tài)環(huán)境用水。河損量是河流水量的重要組成部分，又是難以實(shí)測(cè)的水量。該水量在宏觀上雖具有一定的規(guī)律性，但影響因素很多，變化極為復(fù)雜。塔里木河(以下簡(jiǎn)稱塔河)流域自2002年開(kāi)始開(kāi)展限額用水和水量調(diào)度工作，以往流域水量調(diào)度中，每年都會(huì)給塔河源流和干流各河段下達(dá)限額用水指標(biāo)和下泄水量目標(biāo)[1]。年終核算時(shí)，往往限額用水指標(biāo)能夠完成[2]，而實(shí)際下泄水量與目標(biāo)存在較大差距[3]。其主要原因是與下泄水量密切相關(guān)的河損規(guī)律不清，使得確定的下泄水量目標(biāo)不完全切合客觀實(shí)際。

探究塔河干流河損特征，查明年際間或年內(nèi)不同時(shí)段各個(gè)河段水量損失的影響因素及其變化規(guī)律，是加強(qiáng)內(nèi)部管理，落實(shí)分河段管理責(zé)任，進(jìn)行水量預(yù)測(cè)，確保按目標(biāo)落實(shí)水量下泄任務(wù)的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，可為塔河干流實(shí)行最嚴(yán)格的水資源管理制度提供技術(shù)支撐。

1 塔河干流基本情況

塔河干流位于塔里木盆地北緣，全長(zhǎng)1321km，西起阿克蘇河、葉爾羌河、和田河三河匯合口肖夾克，東至尾閭臺(tái)特瑪湖[4]，流域面積1.76萬(wàn)km2，海拔高程760～1020m。干流區(qū)屬大陸性暖溫帶極端干旱氣候，降雨稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈[5]。塔河干流是典型的內(nèi)陸河流，自身不產(chǎn)流，目前與干流有地表水水力聯(lián)系的有和田河、葉爾羌河、阿克蘇河和開(kāi)都-孔雀河[6]。塔河干流上游阿拉爾斷面年均徑流量46.4億m3。干流沿岸建有輸水堤649.5km，分水樞紐4座，閘(堰)等引水工程74個(gè)。設(shè)置有阿拉爾、新其滿、英巴扎、烏斯?jié)M、阿其克、恰拉等基層管理站對(duì)沿線水利工程進(jìn)行維護(hù)和管理。其中：英巴扎以上為塔河干流上游，英巴扎-恰拉為中游，恰拉以下為下游。水系分布如圖1所示。

圖1 塔河干流水系分布示意圖

2 資料的采用及分析方法

按照干流沿線管理站的分布情況和各站管理劃分職責(zé)，將塔河干流劃分為六個(gè)河段，見(jiàn)表1。塔河干流自身不產(chǎn)流，降水忽略不計(jì)，引水閘口引出的水量全部用于農(nóng)業(yè)灌溉和補(bǔ)充生態(tài)用水，不存在回流。同時(shí)，塔河干流絕大部分區(qū)域?yàn)閷挏\式河床，兩岸地下水埋設(shè)較深，地下水回補(bǔ)河道水量基本可忽略不計(jì)[7]。

根據(jù)各河段來(lái)水量、引水量、下泄量等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，采用水量平衡分析法推算河損量[7]，進(jìn)而探索干流六個(gè)河段河損量與來(lái)水量的內(nèi)在規(guī)律。需要說(shuō)明的是，大西海子水庫(kù)以下為水量的純耗散區(qū)，在塔河近期綜合治理規(guī)劃中確定年均下泄水量目標(biāo)3.5億m3，本文不做分析。

表1 塔河干流河段劃分基本情況

2.1 資料采用

塔河干流各斷面水文數(shù)據(jù)由新疆水文局提供或干流基層管理站實(shí)際監(jiān)測(cè)資料，引水?dāng)?shù)據(jù)為干流基層管理站實(shí)際監(jiān)測(cè)資料。因2005以前干流引退水口數(shù)據(jù)不完整，本次分析采用2005年以后的數(shù)據(jù)。

2.2 回歸分析法

影響河損大小最主要的因素是河道的來(lái)水量，本文重點(diǎn)分析各河段年度來(lái)水量和月份來(lái)水量與河損量之間的關(guān)系。

年際間河損規(guī)律采用河段上斷面實(shí)測(cè)年來(lái)水量(x上)和該河段的實(shí)際年河損(Y損)繪制相關(guān)圖，建立回歸方程式(1)，并采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)方程進(jìn)行檢驗(yàn)。

Y損=f(x上)

(1)

對(duì)塔河干流而言，水頭通過(guò)河段上斷面后，一般需要5～10d才能到達(dá)下斷面。同時(shí)，月份間河損需要考慮該河段槽蓄量的變化，但槽蓄量又難以實(shí)測(cè)獲得。因此，采用月河損量(Y損)與當(dāng)月河段來(lái)水量(x1)和上月河段來(lái)水量(x2)建立二元非線性回歸方程式(2)[8- 9]，并對(duì)方程進(jìn)行檢驗(yàn)。

(2)

3 結(jié)果與分析

3.1 塔河干流各河段河損的描述性統(tǒng)計(jì)分析

塔河干流各河段2005—2013年多年平均上斷面來(lái)水量，河損、河損率和單位河長(zhǎng)損失量及下泄水量情況見(jiàn)表2。

表2 塔河干流各河段多年平均河損情況統(tǒng)計(jì) 單位：億m3

注：部分分界斷面為分水樞紐，扣除樞紐分水量，上河段下泄水量和下河段來(lái)水量間存在差異。

總體而言，塔河干流上游阿拉爾斷面多年平均來(lái)水量46.4億m3，阿拉爾-恰拉河段年均河損量為25.81億m3(恰拉-大西海子段含水庫(kù)庫(kù)損，不包含在內(nèi)分析)，占阿拉爾來(lái)水量的55%，每公里河段河損為0.03億m3。

6個(gè)河段中英巴扎-烏斯?jié)M河段單位河長(zhǎng)河損量最大，為0.042億m3，與英巴扎大橋以下北岸胡楊林公園段無(wú)堤防，漫溢跑水量大有關(guān)；阿其克-恰拉河段單位河長(zhǎng)河損量最小，為0.013億m3，與該河段部分年份存在斷流，河段來(lái)水量小有關(guān)。

總體而言，塔河干流上游河段河損大于中下游，這除了與上游河段比中游長(zhǎng)外，可能原因有：①上游段輸水堤少，汛期洪水漫溢量大，河損相應(yīng)較大，中游河段沿河均有輸水堤，水量相對(duì)集中，河損相應(yīng)較??；②上游段河道水面較寬，夏季水量蒸發(fā)損耗較大。

3.2 多年平均河損年內(nèi)分配規(guī)律分析

塔河干流阿拉爾-恰拉河損量隨阿拉爾來(lái)水量月變化過(guò)程如圖2所示。

圖2 阿拉爾-恰拉段來(lái)水量與河損量年內(nèi)逐月變化

從圖2可以看出，塔河干流是典型的季節(jié)性河流，汛期7、8、9月來(lái)水量大，其他月份來(lái)水較小。河損量與阿拉爾來(lái)水量變化過(guò)程一致，汛期河損量較大，峰值出現(xiàn)在8月，河損最大也出現(xiàn)在8月，這與來(lái)水量越大，蒸發(fā)、滲漏和漫溢等損失量越大的基本規(guī)律一致。干流11月河損最小，其原因可能是汛期過(guò)后，河道沿線地下水位抬升，蒸發(fā)滲漏損失變??；另外，汛后主河道漫溢出的水量也有部分回歸，匯入主河槽有關(guān)。

3.3 塔河干流各河段年河損規(guī)律分析

3.3.1 英巴扎-烏斯?jié)M河段年河損規(guī)律分析

由于各河段分析方法相同，以英巴扎-烏斯?jié)M河段作為典型河段，分析其年河損量與河段來(lái)水量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立二者回歸方程，如圖3a—3b所示。

圖3 塔河干流英巴扎-烏斯?jié)M河段河損量與來(lái)水量關(guān)系圖

英巴扎-烏斯?jié)M河損量與來(lái)水量擬合曲線可以看出，擬合曲線斜率為正，且斜率逐漸增大。表明河段的河損隨英巴扎來(lái)水量增大而增大，且增大趨勢(shì)逐漸增加。建立回歸方程如下：

Y損=0.0121x2-0.2176x+2.4351

(3)

回歸方程統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果表明：R2=0.9661，表現(xiàn)為高度相關(guān)；F檢驗(yàn)表明：p=0.000<0.01，回歸方程極顯著。

3.3.2 塔河干流各河段年河損規(guī)律分析

采用同樣方法，對(duì)塔河干流6個(gè)河段年河損量與來(lái)水量分別建立回歸方程，并對(duì)方程顯著性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)，見(jiàn)表3。

表3 塔河干流各河段年河損與河段來(lái)水量回歸方程

從表3可以看知，塔河干流各河段河損量與來(lái)水量均呈一定的線性或曲線相關(guān)，總體而言河損量隨河段來(lái)水量增加而增大，但增加的速率有差異，各河段的相關(guān)程度不同。上游的2個(gè)河段河損與來(lái)水量的相關(guān)性較差，回歸方程檢驗(yàn)均不顯著(p>0.05)；中下游的4個(gè)河段相關(guān)性較好，回歸方程檢驗(yàn)呈顯著或極顯著相關(guān)(p<0.05或p<0.01)。上游河段占據(jù)地理優(yōu)勢(shì)，水量充沛，河道基本不出現(xiàn)斷流，兩岸地下水埋深較淺、河床土壤水分基本飽和，這可能是導(dǎo)致其河損與來(lái)水量的相關(guān)性不顯著的主要原因，存在其他因素對(duì)河損量產(chǎn)生影響。中下游河段因受河流季節(jié)性變化特征的影響，基本上每年冬春季均出現(xiàn)斷流，沿岸地下水埋深相對(duì)較深，河段河損表現(xiàn)出與來(lái)水量顯著相關(guān)，充分說(shuō)明中下游河段的來(lái)水量是河損量大小最主要的影響因素。

3.4 塔河干流各河段月河損規(guī)律分析

3.4.1 英巴扎-烏斯?jié)M段月河損規(guī)律分析

考慮河流水頭下泄過(guò)程的滯后性，就某一河段而言，河段月份的河損量可能與當(dāng)月河道來(lái)水量和上個(gè)月河道來(lái)水量有關(guān)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，建立英巴扎-烏斯?jié)M當(dāng)月河損量(Y損)與英巴扎當(dāng)月來(lái)水量(x1)、上月來(lái)水量(x2)的回歸方程如下：

(4)

回歸方程統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果表明：判定系數(shù)R2=0.94，相關(guān)程度高；回歸方程F檢驗(yàn)顯著性概率值p<0.001，方程極顯著；x1、x2的回歸系數(shù)t檢驗(yàn)顯著性概率值p<0.1，表明河段的河損量與英巴扎當(dāng)月來(lái)水量及上月來(lái)水量均存在相關(guān)關(guān)系。

表4 塔河干流各河段月河損量與當(dāng)月來(lái)水量和上月來(lái)水量的回歸方程

通過(guò)已建立的回歸方程，計(jì)算2005—2013年英巴扎-烏斯?jié)M河段河損逐月擬合值，并將擬合值與實(shí)際值進(jìn)行繪圖對(duì)比，如圖4所示。

圖4 塔河干流英巴扎-烏斯?jié)M河段逐月河損過(guò)程模擬

對(duì)比英巴扎-烏斯?jié)M河損擬合值與實(shí)際值可以看出，擬合值很好的模擬了實(shí)際值的變化過(guò)程，回歸方程可信度較高。部分月份出現(xiàn)負(fù)值，基本上出現(xiàn)在汛后9—11月，主要是河道汛期漫溢回歸主河槽所致。

3.4.2 塔河干流各河段月河損規(guī)律分析

采用上述同樣方法，對(duì)塔河干流6個(gè)河段月河損與來(lái)水量建立回歸關(guān)系方程，并對(duì)方程顯著性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)，見(jiàn)表4。

從表4可知，塔河干流阿拉爾至大西海子段6個(gè)河段月份的河損量與該河段當(dāng)月的來(lái)水量和上月的來(lái)水量建立的二元回歸方程F檢驗(yàn)均呈極顯著(p<0.001)，回歸方程可信；回歸系數(shù)經(jīng)t檢驗(yàn)表明當(dāng)月來(lái)水量和上月來(lái)水量與該河段月河損量均呈相關(guān)關(guān)系(p<0.1)。從回歸方程系數(shù)來(lái)看，當(dāng)月來(lái)水量在對(duì)河段河損量的影響權(quán)重普遍顯著高于上月來(lái)水量的影響，且均為正相關(guān)(系數(shù)為正值)，表明當(dāng)月來(lái)水量越大，本月河段的河損量越大；上月來(lái)水量對(duì)河損量的權(quán)重偏低，且均為負(fù)相關(guān)(系數(shù)為負(fù)值)，表明上月來(lái)水量越大，本月河損量越小?？赡苁怯捎谏显聛?lái)水越大，該河段漫溢、下滲和土壤吸收的水量就會(huì)越多，擠占本月河道水量損失的空間越大，因此對(duì)河損量表現(xiàn)為負(fù)的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析塔河干流各河段河損量特征，建立各河段月河損量與當(dāng)月來(lái)水量和上月來(lái)水量的二元非線性回歸方程。為塔河干流當(dāng)前開(kāi)展的分河段月初下達(dá)水量調(diào)度指令、月末確定下泄指標(biāo)、滾動(dòng)修正年度下泄任務(wù)提供了較為可靠的技術(shù)依據(jù)，同時(shí)也為整個(gè)流域提供了一種可借鑒的河損規(guī)律分析方法。

河道損失影響因素眾多，包括每個(gè)河段地下水位、河段的漫溢范圍等，本文僅僅分析探索了來(lái)水量變化一個(gè)因素，雖然得出了一些規(guī)律性的結(jié)論，對(duì)塔河干流水量分配、調(diào)度有一定的指導(dǎo)意義。但要實(shí)現(xiàn)精細(xì)化水量調(diào)度的目標(biāo)仍需要進(jìn)一步深入探索研究。