賈小俊

(新疆塔里木河流域管理局，新疆 庫爾勒 841000)

1 概 況

塔里木河干流全長1321 km，流域面積1.76萬km2[1]。塔里木河干流水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀為：地表水開發(fā)程度較高，平均引用率超過70%；地下水開發(fā)利用程度不高，水資源利用效率低。目前，塔里木河流域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)仍以農(nóng)業(yè)為主，大部分灌區(qū)由河道直接引水。同時(shí)，塔里木河流域水資源的經(jīng)濟(jì)效益差，流域內(nèi)單方水GDP產(chǎn)出量僅為1.44元，為全疆平均水平的一半，水資源緊張，區(qū)域性缺水嚴(yán)重，灌溉用水矛盾突出。

2 河道水面蒸發(fā)

2.1 計(jì)算方法

河道水面蒸發(fā)是河道水量損耗的主要組成之一。塔里木河干流河道水面蒸發(fā)量采用面積定額法計(jì)算，如公式(1)所示：

We=B·L·Eφ·k

(1)

式中:We為水面蒸發(fā)量,m3;B為河段水面寬,m;L為河段長度,km;Eφ為直徑20 cm水面蒸發(fā)皿觀測的水面蒸發(fā)量,mm;k為水面折算系數(shù)。阿拉爾—新渠滿(BAL)、新渠滿—英巴扎(BXQ)和英巴扎—恰拉(BYB)的水面寬計(jì)算如式(2)～式(4)所示：

(2)

(3)

(4)

式中:BAL、BXQ和BYB分別為上述三個(gè)河段的水面寬,m;QAL、QXQ和QYB為三水文站年徑流量,億m3。其中，k在阿拉爾—新渠滿河段取值0.67(阿拉爾和新渠滿的平均值)，新其滿—英巴扎河段取值0.62(阿拉爾、新渠滿和博斯騰湖的平均值)，英巴扎—恰拉段取值0.57(新渠滿和博斯騰湖的平均值)。

2.2 河道水面蒸發(fā)耗水分析

以阿拉爾站、庫車站和庫爾勒站的水面蒸發(fā)量代表區(qū)間蒸發(fā)，其分時(shí)段水面蒸發(fā)量見表1所示。阿拉爾—新渠滿、新渠滿—英巴扎和英巴扎—恰拉段的蒸發(fā)量分別為1019.04 mm、1046.80 mm和1166.10 mm。

表1 干流不同區(qū)間的分時(shí)段水面蒸發(fā)量 mm

阿拉爾、新渠滿和英巴扎水文站1957—2015年多年平均徑流量分別為45.82億m3、37.62億m3和28.26億m3。阿拉爾—新渠滿段河長為237 km,新渠滿—英巴扎段河長為258 km及英巴扎—恰拉段河長為398 km。塔里木河干流河道各河段蒸發(fā)相關(guān)參數(shù)見表2。

表2 塔里木河干流河道蒸發(fā)參數(shù)表

根據(jù)干流分區(qū)間河寬、河長、水面蒸發(fā)以及折算系數(shù)等數(shù)據(jù)，計(jì)算干流分區(qū)間分時(shí)段的河道蒸發(fā)量見表3。

表3 干流不同區(qū)間的分時(shí)段河道蒸發(fā)量 億m3

3 河道基流生態(tài)需水量

3.1 計(jì)算方法

Tennant 法以多年平均流量為基礎(chǔ)，根據(jù)對生態(tài)環(huán)境的有利程度，分別將豐水期、枯水期和平水期的多年平均流量乘以相應(yīng)級別的百分比，作為保護(hù)河流生態(tài)環(huán)境的用水流量推薦值。多年平均流量指河流天然狀態(tài)下的多年平均流量，各月流量情況可以用典型年的流量過程來表征。Tennant法使用簡單、操作方便[2]，對資料要求不高，僅要求天然時(shí)期10 a以上的歷史流量資料。根據(jù)Tennant法，維持河流生態(tài)系統(tǒng)健康的各月河道內(nèi)生態(tài)需水量如式(5)所示：

WRij=36×24×ni×Qi×Pij/108

(5)

式中：WRij為多年平均條件下第i月在河流棲息地狀況處于j條件下(j為最大、最佳范圍、極好、非常好、一般、差、極差幾種條件之一)的河流生態(tài)需水值,億m3;ni為第i月的天數(shù),d；Qi為第i月的多年平均流量,m3/s;Pij為第i月河流棲息地狀況j時(shí)的需水百分比,%。

3.2 人類活動(dòng)對徑流量顯著干擾點(diǎn)甄別

此次選擇塔里木河上游阿拉爾、中游英巴扎和下游恰拉三個(gè)典型水文斷面，計(jì)算流域河道內(nèi)的生態(tài)環(huán)境流量。1972年以前人類活動(dòng)對阿拉爾站、恰拉站以上流域徑流影響不大[3]，1973年開始的點(diǎn)據(jù)與1972年以前的點(diǎn)據(jù)有明顯偏離，表明人類活動(dòng)在1973年以后，對徑流的影響發(fā)生了變化。英巴扎水文站1957—2002年，在1971年以前，點(diǎn)據(jù)基本在同一水平上，說明在此期間，人類活動(dòng)對英巴扎站以上流域徑流量影響不大，從1972年開始，點(diǎn)據(jù)與1971年以前的點(diǎn)據(jù)發(fā)生明顯偏離，說明人類活動(dòng)在1972年以后，對徑流影響發(fā)生了變化。

3.3 Tennant法計(jì)算河道基流生態(tài)需水量

Tennant法選用的是典型年的月徑流資料。

(1)典型年的選取。采用塔里木河1957—1972年平均徑流量為基準(zhǔn)。尚還未大規(guī)模興建水庫和引水閘、水資源開發(fā)利用程度較低、河流處于天然狀態(tài)。阿拉爾、英巴扎和恰拉站1957—1972年水文資料見表4 。河流自然狀態(tài)下，阿拉爾、英巴扎和恰拉站多年平均徑流量分別為162 m3/s、111 m3/s和36 m3/s。 年流量模數(shù)如式(6)所示：

表4 1957—1972年塔里木河干流水文站年徑流數(shù)據(jù) m3·s-1

(6)

根據(jù)年流量模數(shù)的計(jì)算公式(6)，計(jì)算自然狀態(tài)下各年的流量模數(shù)見表5。

表5 1957—1972年塔里木河干流水文站各年的年流量模數(shù) m3·s-1

典型年為年流量模數(shù)最接近于1的年份，分別取阿拉爾的1959年、英巴扎的1958年和1964年和恰拉站的1969年為典型年。塔里木河干流上、中、下游水文站典型年的月均流量，見表6。

表6 塔里木河干流水文站典型年實(shí)測月平均徑流量 m3·s-1

塔里木河屬于季節(jié)性河流，主要依靠高山冰川和永久積雪補(bǔ)給徑流。塔里木河河流生態(tài)系統(tǒng)具有明顯的季節(jié)性，河道內(nèi)生態(tài)需水可按照季節(jié)性劃分為三個(gè)時(shí)段：4—6月、7—10月和11月—次年3月。豐水期一般出現(xiàn)在年內(nèi)氣溫最高的7—10月。根據(jù)塔里木河干流水文站典型年的月均流量，分別求三個(gè)時(shí)段的平均流量，見表7。

表7 塔里木河干流水文站典型年各時(shí)段平均徑流量 m3·s-1

(2)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。塔里木河流域各用水時(shí)段的流量百分比采用Tennant法對河流生態(tài)需水的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見表8。

表8 Tennant法對河流生態(tài)需水的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)推薦的基流(平均流量) %

(3)河流生態(tài)流量的計(jì)算。各用水時(shí)段不同河流流量狀況的百分?jǐn)?shù)，采用Tennant法計(jì)算阿拉爾、英巴扎和恰拉水文斷面的河流生態(tài)流量，見表9。

表9 塔里木河干流代表站各時(shí)段的生態(tài)流量 m3·s-1

采用Tennant法計(jì)算得塔里木河干流阿拉爾、英巴扎和恰拉站河道生態(tài)需水量分別為13.58億m3、8.97億m3和3.16億m3。河道情況為尚好的生態(tài)需水量分別為11.01億m3、7.21億m3和2.57億m3。具體數(shù)值見表10。

表10 塔里木河干流研究河段的各階段生態(tài)需水量 億m3

4 結(jié) 語

對于塔里木河來說，河道生態(tài)需水量是指去除耗水蒸發(fā)后的河道流量，本文以干流上、中、下游的阿拉爾、英巴扎和恰拉站為研究對象，采用Tennant法計(jì)算后，得出三個(gè)水平站生態(tài)需水量分別為13.58億m3、8.97億m3、3.16億m3，這將對實(shí)現(xiàn)水資源的合理配置，維系河流水文過程完整及確保兩岸天然植被生態(tài)用水提供重要的科學(xué)依據(jù)。