新疆烏蘇市不同水資源分區(qū)地表水資源量評(píng)價(jià)研究

靳 磊

(新疆塔城水文勘測(cè)局，新疆 塔城 834700)

區(qū)域水資源時(shí)空分布的不均度，使得水資源開發(fā)利用保障難度較大[1]。因此需要對(duì)供水和需水進(jìn)行調(diào)節(jié)從而滿足人們對(duì)水資源高效利用的需求[2]。新疆烏蘇市受到典型大陸干旱少雨氣候的影響，屬于水資源相對(duì)匱乏的區(qū)域。隨著西部大開發(fā)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行業(yè)對(duì)烏蘇市水資源的需求也不斷增加，使得區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、水資源可持續(xù)利用、生態(tài)環(huán)境效益三者之間出現(xiàn)不同程度的矛盾[3]。因此亟需要對(duì)烏蘇市地表水資源現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，從而協(xié)調(diào)區(qū)域水資源可持續(xù)利用、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)發(fā)展。基于此背景，本文從烏蘇市水資源變化特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合區(qū)域7個(gè)主要控制水文站建站以來近60年徑流數(shù)據(jù)對(duì)區(qū)域地表水資源利用現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)合水資源現(xiàn)狀評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)烏蘇市水資源開發(fā)利用和保護(hù)提出相對(duì)應(yīng)的措施和建議。

1 烏蘇市水資源概況

烏蘇市位于新疆維吾爾自治區(qū)北部準(zhǔn)噶爾盆地的西南緣，天山支脈婆羅科努山和依連哈比爾尕山北麓[4]。區(qū)域河流均發(fā)源于天山北坡，分屬于兩大水系，即天山北麓中段和艾比湖水系。艾比湖水系河流包括奎屯河、喇嘛溝河、四棵樹河、特吾勒(塔布勒)河、莫托(莫托沙拉)河、古爾圖河、烏東果勒河、托托河及其它小河(溝)[5-6]。烏蘇市河流徑流補(bǔ)給主要來源于冰川融水，冰川融水占徑流量的比例，與河流總集水面積、集水區(qū)降水量和冰川面積密切相關(guān)。八音溝河、古爾圖河、莫托河占徑流比例均大于40%[7-8]。四棵樹河所占比例大于或接近于30%。冰川融水流量過程線呈肥胖單峰型，無明顯陡漲陡落現(xiàn)象，徑流在年內(nèi)分配上高度集中于6～8月份的高溫季節(jié)，其徑流量占年總量的60%～70%，洪峰變幅一般不超過年平均流量的15～20倍，徑流量變差系數(shù)一般在0.1～0.12之間。冰川對(duì)河流徑流起著重要的調(diào)節(jié)作用，因此河流具有水量相對(duì)穩(wěn)定和年際變化較小的特點(diǎn)，對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉是有利的[9]。區(qū)域主要河流冰川融水補(bǔ)給統(tǒng)計(jì)見表1，各河流融雪和徑流比例在15.7%～40.9%之間，奎屯河的冰川融水量和河流徑流量最大。烏蘇市共有20座水庫向地方供水，總庫容2.30億 m3，現(xiàn)狀年水庫供水量共計(jì)0.71億 m3[9]。

表1 烏蘇市主要河流冰川融水補(bǔ)給量統(tǒng)計(jì)表

2 研究資料

2.1 基本資料

烏蘇市境內(nèi)有4條河流設(shè)有水文站，分別為古爾圖河古爾圖渠首站、四棵樹河吉勒德站、奎屯河加勒果拉站、將軍廟站、八音溝河喇嘛廟站。以上四處水文站除古爾圖渠首站為新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)七師所屬的地方站外，其它站均為國家基本站，作為本次評(píng)價(jià)的主要站點(diǎn)，都是實(shí)測(cè)系列較長、資料代表性較好的站，控制了烏蘇市河川徑流量的85%左右，基本上反映了不同氣候條件、不同地貌條件下的水文特征。在本次地表水資源評(píng)價(jià)中，對(duì)資料不全及個(gè)別年份資料缺測(cè)等個(gè)別現(xiàn)象，在進(jìn)行流域地表水資源評(píng)價(jià)時(shí)，采用月徑流量占年徑流量的百分比、均值替代法、長短系列訂證法、相關(guān)分析法等整理出1956-2018年共63 a同步期徑流系列。各河流主要控制站點(diǎn)概況見表2。

表2 各河流主要控制站資料概況統(tǒng)計(jì)表

2.2 資料插補(bǔ)延長

本次評(píng)價(jià)采用資料系列為1956-2018年。由于烏蘇市境內(nèi)小河溝河源高程較低，從出山口到平原地區(qū)地表水轉(zhuǎn)化為地下水。因此，烏蘇市地表水資源評(píng)價(jià)的控制站以能代表該河流最大河川徑流量的出山口站為準(zhǔn)。在選用的出山口水量控制站中，僅有四棵樹河吉勒德站具有1956-2018年完整的徑流系列，能夠滿足資料系列要求，該站多年平均年徑流量為3.082×108m3(表3)。

表3 烏蘇市各河流控制站年徑流量相關(guān)計(jì)算統(tǒng)計(jì)表

3 徑流分析

3.1 徑流系列代表性分析

短系列樣本資料統(tǒng)計(jì)參數(shù)存在著抽樣誤差，一般來說，樣本的代表性與樣本長度成正比關(guān)系，即資料年限長，代表性好，用它估算的統(tǒng)計(jì)參數(shù)對(duì)總體的誤差小。通過對(duì)不同時(shí)段樣本統(tǒng)計(jì)參數(shù)矩法估算值相對(duì)本站長系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)矩法估算值的變幅分析，可在一定程度上能夠了解利用現(xiàn)有不同時(shí)段樣本估計(jì)樣本統(tǒng)計(jì)參數(shù)可能造成的參數(shù)估計(jì)誤差幅度。1954-2018年參證站吉勒德站具有65 a的觀測(cè)資料，現(xiàn)取吉勒德站歷年實(shí)測(cè)資料取不同時(shí)段徑流系列進(jìn)行分析計(jì)算，以便能確定代表總體參數(shù)的樣本系列長度的代表性，計(jì)算成果見表4。

從表4可以看出，系列愈短統(tǒng)計(jì)參數(shù)誤差愈大，系列長度40 a以上時(shí)，和長系列比較，均值相差不超過3.81%，變差系數(shù)Cv值相差不超過2.94%，可見吉勒德站年徑流資料系列在40 a以上，統(tǒng)計(jì)參數(shù)就趨于穩(wěn)定。

表4 吉勒德站不同時(shí)段徑流系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)誤差計(jì)算表

3.2 徑流豐枯分析

四棵樹河吉勒德站多年平均年徑流量為3.074×108m3，徑流的年際變化過程包含了豐、枯水年的信息，其中1966-1996年為枯水期，其中包含有豐水年；1997-2008年(歷時(shí)12 a)為豐水期，1956-2018年的63年徑流變化過程中包含豐、平、枯水年，時(shí)段徑流量比較見表5。

表5 吉勒德站年徑流量不同時(shí)段豐枯比較表

3.3 徑流的年內(nèi)分配

烏蘇市河流屬典型冰川補(bǔ)給河流，受年內(nèi)季節(jié)氣候變化，因此徑流年內(nèi)分配極不均勻，汛期較晚，水量主要集中于6-9月，占全年徑流的73.10%～78.82%，而最小三個(gè)月徑流量只占年徑流量的5.31%～6.76%，最大1個(gè)月徑流量出現(xiàn)在7月或8月，占年徑流量的25.48%～29.05%，最小月徑流量出現(xiàn)在4月，占年徑流量的1.57%～2.06%。由此可見，烏蘇市河流徑流年內(nèi)分配不均勻。代表站多年平均徑流量年內(nèi)分配見表6。

表6 代表站多年平均徑流量年內(nèi)分配表

4 地表水資源評(píng)價(jià)

4.1 評(píng)價(jià)分區(qū)

烏蘇市水資源分區(qū)，一級(jí)區(qū)2個(gè)為：天山北麓中段、艾比湖水系；二級(jí)區(qū)按流域分為6個(gè)：外流區(qū)Ⅰ、外流區(qū)Ⅱ、外流區(qū)Ⅲ、古爾圖河流域灌區(qū)、四棵樹河流域灌區(qū)、奎屯河流域灌區(qū)；三級(jí)區(qū)按灌區(qū)分為9個(gè)：托托河和烏東果勒區(qū)、小巴音溝和烏蘭薩依區(qū)、巴音溝區(qū)、古爾圖灌區(qū)、兵團(tuán)灌區(qū)Ⅰ、四棵樹河流域灌區(qū)、奎屯河灌區(qū)、車排子灌區(qū)、兵團(tuán)灌區(qū)Ⅱ。各分區(qū)面積量算見表7。

表7 烏蘇市各水資源分區(qū)名稱及面積統(tǒng)計(jì)表

4.2 評(píng)價(jià)結(jié)果

通過地表水資源量常規(guī)計(jì)算方法[10]，求得烏蘇市地表水資源量為15.75×108m3；外流區(qū)I和外流區(qū)Ⅲ的區(qū)外入境水量2.904×108m3；河川徑流量18.65×108m3；多年平均出區(qū)水量4.293×108m3。各分區(qū)地表水資源及河川徑流量詳見表8。雖然外流區(qū)Ⅲ有控制站的實(shí)測(cè)值，但無法分清區(qū)內(nèi)、區(qū)外地表水資源量，而量算值則是通過多站平衡誤差達(dá)到規(guī)范要求的徑流深等值線求得，且誤差僅為0.39%，遠(yuǎn)高于5%的精度要求。

表8 烏蘇市二級(jí)分區(qū)1956-2018年地表水資源量匯總表

5 結(jié)語

(1)烏蘇市河流屬典型冰川補(bǔ)給河流，徑流年內(nèi)分配極不均勻，水量主要集中于6-9月，占全年徑流的73.10%～78.82%，而最小三個(gè)月徑流量只占年徑流量的5.31%～6.76%，最大1個(gè)月徑流量出現(xiàn)在7月或8月，占年徑流量的25.48%～29.05%。

(2)經(jīng)評(píng)價(jià)，烏蘇市地表水資源量為15.75×108m3，外流區(qū)I和外流區(qū)Ⅲ的區(qū)外入境水量2.904×108m3，河川徑流量18.65×108m3，多年平均出區(qū)水量4.293×108m3。

(3)在不影響基本生態(tài)用水的前提下，建議在較大河流上建設(shè)引、蓄水工程，提高烏蘇市水資源的有效利用率。