瑪納斯河地表水資源量與可利用量分析評價

程同福

(新疆石河子水文勘測局，新疆 石河子　832000)

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瑪納斯河地表水資源量與可利用量分析評價

程同福

(新疆石河子水文勘測局，新疆 石河子832000)

評價瑪納斯河地表水資源，對了解該地區(qū)水資源狀況，保護該地區(qū)賴以生存的生態(tài)環(huán)境十分必要。基于瑪納斯河5個水文站點1956～2013年共計58 a的實測資料，采用實測資料統(tǒng)計計算和徑流等值線量算相結合的方法，分析評價瑪納斯河地表水資源量。通過對地表水資源量豐、平、枯的年際變化進行統(tǒng)計分析，運用“倒算法”計算瑪納斯河地表水資源可利用量。其分析評價成果可為該流域水資源利用、規(guī)劃和管理以及社會經(jīng)濟發(fā)展提供技術支撐和決策參考。

地表水文；水資源；可利用量；分析評價；瑪納斯河

瑪納斯河位于東經(jīng)85°01′～86°32′，北緯43°27′～45°21′之間準噶爾盆地南緣和天山北坡中段之間，發(fā)源于天山依連哈比爾山脈，是天山北坡中段年徑流量最大的河流。干流長324 km,河流出山口肯斯瓦特水文站多年平均徑流量12.56億m3。該流域集水面積19 800 km，流域灌溉面積273 000 hm2，是天山北坡經(jīng)濟帶最活躍地區(qū)。河流自南向北大部分徑流流經(jīng)農業(yè)灌溉區(qū)，個別豐水年份水量通過老河道注入瑪納斯湖[1-2]。

1　地表水資源量分區(qū)與計算

采用1956～2013年各單站58 a系列實測資料，以2個水資源四級分區(qū)為計算單元,計算瑪納斯河流域地表水資源量。

根椐瑪納斯河流域各河流5個水文站實測流量資料，經(jīng)插補延長和統(tǒng)計計算，參照全疆徑流深等值線圖走向趨勢，繪制該河流域1956～2013年多年平均徑流深等值線圖。

為最大限度利用實測資料，提高計算成果精度，評價區(qū)地表水資源量計算采取“實測優(yōu)先原則”，即測站以上集水區(qū)(以下簡稱“控制區(qū)”)徑流量均采用實測值(紅山頭站資料進行了還原處理)。出山口以下小山洪溝等產(chǎn)水區(qū) (以下簡稱“非控制區(qū)”)則根據(jù)等值線圖量算產(chǎn)水量。控制站實測水量與等值線圖量算水量誤差小于或等于±2%，實測平衡量算誤差見表1。

表1　實測水量控制站點水量平衡誤差統(tǒng)計

2　分區(qū)多年平均地表水資源量

2.1地表水資源量系列推求

采用代表站法生成流域地表水資源量系列，即以流域內水量控制站紅山嘴站為代表站，1956～1993年徑流缺測年份采用與肯斯瓦特站相關插補求得，1994～2013年年徑流采用瑪納斯河流域管理處水文資料，以瑪納斯氣象站降水系列為參證,推求平原區(qū)逐年地表水資源量系列,成果見表2。

2.2地表水資源總量

由表2得知，根據(jù)計算，瑪納斯河流域地表水資源總量為13.44億m3，其中山區(qū)地表水資源量13.41億m3，占流域地表水資源量的99.78%；平原區(qū)地表水資源量0.030億m3，占流域地表水資源量的0.22%。

表2　瑪納斯河流域分區(qū)逐年地表水資源量系列成果　　億m3

3　水資源豐枯變化分析

3.1各時段水資源狀況

將評價區(qū)水資源系列(1956～2013年)以每10 a分為一個時段，統(tǒng)計各時段水資源量與多年平均值的比值K，見表3。從表中看出，在全流域水資源系列中，1960年以前為平水期，70～80年代為枯水期，90年代至今為豐水期；各時段間又包含了一些小的周期。因此，瑪納斯河流域1956～2013年徑流系列中包含了豐、平、枯時段，其變化過程較為完整。

表3　瑪納斯河流域水資源分段統(tǒng)計

3.2水資源的豐枯概率

河流隨氣候的周期變化而有豐、平、枯的變化。由于徑流來源的差異，不同的河流年徑流量受氣候的影響是不同的。

本節(jié)采用的豐、平、枯的差別標準如下。

用以上標準對瑪納斯河流域徑流量資料進行了統(tǒng)計。結果表明，在58 a系列中豐水年有19 a，出現(xiàn)概率為32.8%，平水年有12 a，出現(xiàn)概率為20.7%，枯水年有27 a，出現(xiàn)概率為46.5%。最長連續(xù)豐水年為7 a，出現(xiàn)1次，最長連續(xù)枯水年為5 a，出現(xiàn)1次。

在求得的瑪納斯河流域1956～2013年徑流量系列中，最大為1999年，徑流量為19.43億m3，最小為1984年，徑流量為10.05億m3；最大年徑流是最小年徑流的1.93倍，瑪納斯河年徑流變差系數(shù)Cv值為0.16,說明瑪納斯河多年徑流變幅不大[3-4]。

4　成果合理性分析

基礎資料是進行瑪納斯河流域地表水資源評價的基礎。在該河流域先后設立了5處國家基本水文測站，至今仍保留有3處水文站，較好地掌握了流域地表水資源量的變化趨勢。肯斯瓦特水文站實測徑流量占流域地表徑流量的93.5%，而紅山嘴水文站實測徑流量更是占流域同期地表徑流量的99.8%[5]。這些資料是在嚴格的行業(yè)規(guī)范管理、運行條件下取得的，成果可靠性強。因此，評價所依據(jù)的徑流樣本具有較好的可靠性、一致性和代表性。依據(jù)該樣本統(tǒng)計分析流域多年平均地表水資源量，精度是可以保證的。

采用1∶25電子地圖作為流域等值線圖繪制工作底圖，克服了以往小比例地圖分區(qū)邊界界定不準確的問題，有利于提高圖上作業(yè)精度。運用地理信息系統(tǒng)軟件技術將等高線、河流等相關自然地理要素與降水深、徑流深等值線圖套繪在一起，有利于在兼顧地形態(tài)勢、河流走向降水深分布的情況下對徑流深等值線圖進行繪制和調整。

采用“實測加量算原則”進行地表水資源量統(tǒng)計，最大限度地重視了實測資料的真實性。該流域無測站控制區(qū)地表產(chǎn)流量僅占流域地表徑流量的0.2%，其水量可基本忽略不計。

該評價的徑流系列為1956～2013年，較1995年新疆生產(chǎn)建設兵團勘測設計院完成的《瑪納斯河地表水資源評價》(95版成果)中所用的水文資料系列1956～1989年長，且自20世紀90年代中期流域徑流是處于豐水年時段，使得地表徑流系列均值增大。在評價中，瑪納斯河流地表水資源量為13.44億m3，較95版成果12.65億m3增加了6.09%，主要控制站分段統(tǒng)計見表4。

表4　瑪納斯河流域主要控制站徑流量分段統(tǒng)計

5　地表水資源可利用量計算[6]

瑪納斯河水資源可利用量采用“倒算法”計算，區(qū)域地表水可利用量(WSU)計算原理公式如下。

式中，WSU表示地表水資源可利用量；WS表示地表水資源量；WN表示不可以被利用地表水量；WDF表示不可能被利用地表水量。單位均為億m3。

瑪納斯河屬于內陸河流，地表水資源量為13.44億m3，不可能被利用地表水量(WDF)為發(fā)源于出山口以下暴雨洪溝產(chǎn)水量。不可以被利用地表水量(WN)主要是指干流出山口斷面以下要保證一定生態(tài)基流的水量。依據(jù)《全國水資源可利用量計算技術細則》要求，內陸干旱區(qū)河道生態(tài)基流采用比例系數(shù)10%～20%，根據(jù)流域水資源開發(fā)利用的實際情況，采用比例系數(shù)為10%，由此得到WN=13.44×10%=1.344億m3。

根據(jù)等值線圖量算，瑪納斯河流域紅山頭水文站以下多年平均暴雨洪水產(chǎn)水量為303萬m3。

通過前述計算分析，瑪納斯河流域地表水資源量13.44億 m3中，不可能被利用水量為0.030 3億m3，不可以被利用水量為1.344億m3，因此地表水可利用量為12.066億m3。

6　結　論

(1) 該地表水資源量評價分析采用5座水文站的58 a實測系列資料，運用“實測加量算”的方法，資料一致性、代表性、可靠性較好，地表水資源量13.44億m3是最新成果,成果數(shù)據(jù)的精度可靠。

(2) 瑪納斯河地表水資源量豐、平、枯年際變化交替出現(xiàn)，變化過程完整，20世紀60年代以前為平水期，70～80年代為枯水期，90年代以后為豐水期，1956～2013年瑪納斯河地表水資源量呈略有增長的趨勢。

(3) 地表水資源可利用量采用“倒算法”，較為客觀分析了生態(tài)基流、不可能被利用地表水量、不可以被利用地表水量，最后計算出地表水資源可利用量為12.066億m3，數(shù)據(jù)成果精度可靠可信。

(4) 通過分析表明：瑪納斯河地表水資源量和可利用量分析評價成果的精度可靠，隨著水文觀測資料系列的增加，以及區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展，地表水資源量會有一定變化，但是變化幅度不大，需要5～10 a進行一次地表水資源評價，這對了解本地區(qū)水資源狀況，實行最嚴格水資源管理制度，保護賴以生存生態(tài)的環(huán)境十分必要。

[1]萬俊.水資源開發(fā)利用[M].武漢：武漢大學出版社，2008.

[2]趙松喬.中國干旱區(qū)自然地理[M].北京：科學出版社，1985.

[3]徐素寧,楊景春,李有利.近50a來瑪納斯河流量變化及對氣候變化的響應[J].地理與地理信息科學，2004，20(6)：65-68.

[4]汪世國，熊英.瑪納斯河流域水資源可持續(xù)利用戰(zhàn)略研究[J].水利規(guī)劃與設計，2011(1)：7-9.

[5]魏波. 瑪納斯河流域徑流及氣候變化趨勢分析[J].北京農業(yè)，2014(15)：37-41.

[6]楊廣，何新林，李俊峰.基于物元模型的干旱區(qū)水資源承載力評價研究[J].人民長江，2009，40(21)：52-54.

(編輯：朱曉紅)

2016-06-07

程同福，男，新疆石河子水文勘測局，高級工程師.

1006-0081(2016)08-0011-03

P512.3

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