托什干河生態(tài)基流與基本生態(tài)環(huán)境需水量計(jì)算研究

尼加提·圖爾蓀

（新疆維吾爾自治區(qū)塔里木河流域阿克蘇管理局，新疆 阿克蘇 843000）

1 托什干河水資源豐枯變化及發(fā)展趨勢分析

1.1 徑流量年際變化

沙里桂蘭克水文站位于托什干河出山口，該站監(jiān)測的徑流量代表托什干河流入中國的水資源量，由1958-2017年的監(jiān)測數(shù)據(jù)可得多年平均徑流量為28.27×108m3，徑流量以每10 年1.29×108m3的速度增加。將每年的沙里桂蘭克水文站徑流量與歷年徑流量均值之差逐年累積而繪制成距平曲線，可劃分出1958-1963 年為枯水階段、1964-1969 年為豐水階段、1970-1993年為顯著枯水階段、1994-2012年為顯著豐水階段、2013-2017年為波動階段。在不同階段又存在一些小的波動，即存在枯豐狀況轉(zhuǎn)化，具體過程將在生態(tài)基流計(jì)算中進(jìn)一步分析。

1.2 托什干河徑流量年內(nèi)變化

托什干河沙里桂蘭克水文站流量在5-9 月的多年平均流量均在100 m3/s 以上，7 月份平均流量最大，可達(dá)到226 m3/s。1-3月多年平均流量較低，均在20 m3/s以下。

托什干河沙里桂蘭克水文站1958-2017年各月平均流量在1-12月平均流量均存在不同程度的增加趨勢，其中4、5、6、9、10月較其它月份增加明顯，增加幅度介于每年0.47～0.78 m3/s。3月增幅最小，每年僅為0.14 m3/s。

2 沙里桂蘭克斷面生態(tài)基流與基本生態(tài)環(huán)境需水量

2.1 四種計(jì)算方法

2.1.1 改進(jìn)的Tennant法

因?yàn)樯忱锕鹛m克水文站為托什干河出山口水文站，以上區(qū)域除阿合奇縣在其支流上引水外，受人類活動干擾較少，基本符合Tennant 法的使用條件，因此選擇有記錄資料以來的1958-2017 年共60 年的流量和徑流數(shù)據(jù)進(jìn)行生態(tài)流量的計(jì)算。通過對沙里桂蘭克水文站月流量數(shù)據(jù)分析可以看出每年的4 月份流量顯著增加，標(biāo)志著汛期開始，以此為水文年的起點(diǎn)，將托什干河實(shí)際劃分為春季、夏季、秋季和冬季，其中春季和夏季為豐水期，秋季和冬季為枯水期，分別對應(yīng)流域的魚類產(chǎn)卵育幼期和一般用水期。經(jīng)計(jì)算，1990 年是模比系數(shù)最接近1的年份，確定為典型年，含1990年4月至翌年3月。

根據(jù)托什干河實(shí)際用水情況可將生態(tài)需水劃分為豐水期生態(tài)需水和枯水期生態(tài)需水，與Tennant 法推薦的基流標(biāo)準(zhǔn)中的蓄水期劃分完全吻合，由此可以計(jì)算出全年不同月份不同棲息地要求的生態(tài)基流標(biāo)準(zhǔn)值。另外，在沙里桂蘭克至阿熱力大橋段河損量偏大，所以，要將枯水期的生態(tài)基流提高到20%的標(biāo)準(zhǔn)，豐水期的生態(tài)基流保持在30%的標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2 年型劃分法

利用沙里桂蘭克水文站1958-2017 年平均徑流量數(shù)據(jù)計(jì)算出每年的距平百分率，將60年每年劃分為豐水年、平水年和枯水年，可知1971 年的距平百分率為-19.86%，接近最低標(biāo)準(zhǔn)20%，選取1971 年中最枯月2 月的平均流量14.50 m3/s 作為生態(tài)基流，換算為基本生態(tài)環(huán)境需水量為4.57×108m3。

2.1.3 最枯月平均流量多年平均值法

據(jù)統(tǒng)計(jì)2008-2017年10年來的每年最枯月流量，3月份出現(xiàn)了5次，其次是1、2和4月，最枯月平均流量為18.54 m3/s，，按照下式計(jì)算：

式（1）中：W—河流基本生態(tài)環(huán)境需水量（m3）；Qij—第i年第j 月的平均流量（m3/s）；T—換算系數(shù)，其值為34.536×106s；n—統(tǒng)計(jì)年數(shù)。計(jì)算可得河流基本生態(tài)環(huán)境需水量為5.58×108m3。

2.1.4 Qp法

采用90%保證率最枯月平均流量法統(tǒng)計(jì)了1958-2017 年托什干河沙里桂蘭克斷面徑流頻率，其中1961 年的頻率為89.16%，最接近90%，1961年最小流量值出現(xiàn)在2月，該月平均流量為10.16 m3/s，即為生態(tài)基流，換算為基本生態(tài)環(huán)境需水量為3.20×108m3。

2.2 確定生態(tài)基流和基本生態(tài)環(huán)境需水量

將以上四種方法所得的生態(tài)基流、基本生態(tài)環(huán)境需水量與多年河損進(jìn)行比較。結(jié)果表明，沙里桂蘭克水文站按照改進(jìn)的Tennant法估算的基本生態(tài)環(huán)境需水量下泄水量在無任何引水的情況下，勉強(qiáng)接近且小于多年平均河損，若加上托什干河多年平均區(qū)間產(chǎn)流量4.64×108m3，可超過最大河損量；而采用其余三種方法的結(jié)果下泄水量，若加上區(qū)間來水，年型劃分方法和最枯月平均流量多年平均值法計(jì)算的結(jié)果均能滿足河道損耗，而區(qū)間來水存在不確定性。另一方面，考慮到改進(jìn)的Tennant 法的計(jì)算結(jié)果可以細(xì)化到每個(gè)月生態(tài)基流，便于流量的年內(nèi)調(diào)控。

3 其他斷面生態(tài)基流與基本生態(tài)環(huán)境需水量

3.1 河段區(qū)間產(chǎn)流

采用沙里桂蘭克斷面估算得到的基本生態(tài)環(huán)境需水量加上區(qū)間產(chǎn)流，扣除河段的區(qū)間損耗，估算各個(gè)斷面的基本生態(tài)環(huán)境需水量，進(jìn)一步確定生態(tài)流量。由于缺少分河段產(chǎn)流值，只能以河道長度按比例分配沙里桂蘭克至阿熱力大橋間各河段的區(qū)間產(chǎn)流及各月區(qū)間產(chǎn)流量，估算得到沙里桂蘭克至躍進(jìn)渠首產(chǎn)流量9.90×107m3，躍進(jìn)渠首至秋格爾渠首產(chǎn)流量7.60×107m3，秋格爾渠首至聯(lián)合渠首產(chǎn)流量1.18×108m3，聯(lián)合渠首至阿熱力大橋產(chǎn)流量1.71×108m3。

考慮到豐水年降雨增加，枯水年和特枯水年降雨減少，相應(yīng)的區(qū)間產(chǎn)流也會有所增加和減少，由于無實(shí)測數(shù)據(jù)可供參考，所以這里假定平水年保持多年平均值不變，豐水年相應(yīng)的增加區(qū)間產(chǎn)流10%，枯水年和特枯水年的區(qū)間產(chǎn)流量分別縮減至多年平均值的80%和70%，如表1 所示，可得到不用來水頻率下不同河段的月區(qū)間來水量。

表1 不同保證率沙里桂蘭克至阿熱力大橋各河段區(qū)間產(chǎn)流估算表

3.2 河段河損

將改進(jìn)的Tennant法中確定的典型年各月平均徑流量代入式（1）計(jì)算出月河損量，而各河段的月河損量則根據(jù)各河段長度比例進(jìn)行分配。結(jié)果表明，沙里桂蘭克水文站按照典型年（1990年）來水，至阿熱力大橋的年河損合計(jì)為5.39×108m3，其中1-3月和12月的河損值出現(xiàn)負(fù)值。

考慮到不同保證率下的徑流量不同，對應(yīng)的河損也存在差異，上述河損量是在典型年基礎(chǔ)上估算得到的，可作為來水頻率50%情況下的河道損耗。按照不同來水頻率下的區(qū)間耗水量之間的比例來估算不同保證率下的區(qū)間河損，由此也得到不同來水頻率下不同河段的月河損量。

3.3 基本生態(tài)環(huán)境需水量和生態(tài)流量

由表1 分析得到的沙里桂蘭克斷面不同用水期各月基本生態(tài)環(huán)境需水量和生態(tài)基流，將各月基本生態(tài)環(huán)境需水量加上河段區(qū)間來水后扣除河段河損，即得到下一斷面的月基本生態(tài)環(huán)境需水量，以此類推，得到各斷面的月基本生態(tài)環(huán)境需水量，進(jìn)一步換算成流量，即得到月生態(tài)流量。在計(jì)算生態(tài)需水量和生態(tài)流量過程中用到的區(qū)間來水和河損采用50%來水頻率的數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 各斷面基本生態(tài)環(huán)境需水量和生態(tài)流量表 單位：需水量/108 m3，生態(tài)流量（/m3/s）

4 結(jié)論及思考

①運(yùn)用改進(jìn)Tennant法、年型劃分法、最枯月平均流量多年平均法、Qp法等四種方法計(jì)算了沙里桂蘭克斷面的生態(tài)基流和基本生態(tài)環(huán)境需水量，采用了60年的水文數(shù)據(jù)，基本能反映河流水文特征，計(jì)算結(jié)果基本合理。②因托什干河是一條季節(jié)性河流，豐枯水期的流量呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性變化，且天然河道過寬。所以，在枯水期生態(tài)流量管理和調(diào)度時(shí)，要適當(dāng)提高生態(tài)基流，或適當(dāng)削減灌溉水量。