塔里木河干流河道水量損失規律分析

劉新華

(新疆維吾爾自治區水土保持生態環境監測總站，新疆 烏魯木齊 830000)

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

探究塔河干流河損特征，查明年際間或年內不同時段各個河段水量損失的影響因素及其變化規律，是加強內部管理，落實分河段管理責任，進行水量預測，確保按目標落實水量下泄任務的一項基礎性工作，可為塔河干流實行最嚴格的水資源管理制度提供技術支撐。

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，東至尾閭臺特瑪湖[4]，流域面積1.76萬km2，海拔高程760～1020m。干流區屬大陸性暖溫帶極端干旱氣候，降雨稀少，蒸發強烈[5]。塔河干流是典型的內陸河流，自身不產流，目前與干流有地表水水力聯系的有和田河、葉爾羌河、阿克蘇河和開都-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。設置有阿拉爾、新其滿、英巴扎、烏斯滿、阿其克、恰拉等基層管理站對沿線水利工程進行維護和管理。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，將塔河干流劃分為六個河段，見表1。塔河干流自身不產流，降水忽略不計，引水閘口引出的水量全部用于農業灌溉和補充生態用水，不存在回流。同時，塔河干流絕大部分區域為寬淺式河床，兩岸地下水埋設較深，地下水回補河道水量基本可忽略不計[7]。

根據各河段來水量、引水量、下泄量等實測數據，采用水量平衡分析法推算河損量[7]，進而探索干流六個河段河損量與來水量的內在規律。需要說明的是，大西海子水庫以下為水量的純耗散區，在塔河近期綜合治理規劃中確定年均下泄水量目標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據由新疆水文局提供或干流基層管理站實際監測資料，引水數據為干流基層管理站實際監測資料。因2005以前干流引退水口數據不完整，本次分析采用2005年以后的數據。

2.2 回歸分析法

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

年際間河損規律采用河段上斷面實測年來水量(x上)和該河段的實際年河損(Y損)繪制相關圖，建立回歸方程式(1)，并采用統計學方法對方程進行檢驗。

Y損=f(x上)

(1)

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

(2)

3 結果與分析

3.1 塔河干流各河段河損的描述性統計分析

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

表2 塔河干流各河段多年平均河損情況統計 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-大西海子段含水庫庫損，不包含在內分析)，占阿拉爾來水量的55%，每公里河段河損為0.03億m3。

6個河段中英巴扎-烏斯滿河段單位河長河損量最大，為0.042億m3，與英巴扎大橋以下北岸胡楊林公園段無堤防，漫溢跑水量大有關；阿其克-恰拉河段單位河長河損量最小，為0.013億m3，與該河段部分年份存在斷流，河段來水量小有關。

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，河損相應較大，中游河段沿河均有輸水堤，水量相對集中，河損相應較小；②上游段河道水面較寬，夏季水量蒸發損耗較大。

3.2 多年平均河損年內分配規律分析

塔河干流阿拉爾-恰拉河損量隨阿拉爾來水量月變化過程如圖2所示。

圖2 阿拉爾-恰拉段來水量與河損量年內逐月變化

從圖2可以看出，塔河干流是典型的季節性河流，汛期7、8、9月來水量大，其他月份來水較小。河損量與阿拉爾來水量變化過程一致，汛期河損量較大，峰值出現在8月，河損最大也出現在8月，這與來水量越大，蒸發、滲漏和漫溢等損失量越大的基本規律一致。干流11月河損最小，其原因可能是汛期過后，河道沿線地下水位抬升，蒸發滲漏損失變小；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。

3.3 塔河干流各河段年河損規律分析

3.3.1 英巴扎-烏斯滿河段年河損規律分析

由于各河段分析方法相同，以英巴扎-烏斯滿河段作為典型河段，分析其年河損量與河段來水量的對應關系，建立二者回歸方程，如圖3a—3b所示。

圖3 塔河干流英巴扎-烏斯滿河段河損量與來水量關系圖

英巴扎-烏斯滿河損量與來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水量增大而增大，且增大趨勢逐漸增加。建立回歸方程如下：

Y損=0.0121x2-0.2176x+2.4351

(3)

回歸方程統計檢驗結果表明：R2=0.9661，表現為高度相關；F檢驗表明：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律分析

采用同樣方法，對塔河干流6個河段年河損量與來水量分別建立回歸方程，并對方程顯著性進行統計學檢驗，見表3。

表3 塔河干流各河段年河損與河段來水量回歸方程

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

3.4.1 英巴扎-烏斯滿段月河損規律分析

考慮河流水頭下泄過程的滯后性，就某一河段而言，河段月份的河損量可能與當月河道來水量和上個月河道來水量有關。通過統計分析，建立英巴扎-烏斯滿當月河損量(Y損)與英巴扎當月來水量(x1)、上月來水量(x2)的回歸方程如下：

(4)

回歸方程統計檢驗結果表明：判定系數R2=0.94，相關程度高；回歸方程F檢驗顯著性概率值p<0.001，方程極顯著；x1、x2的回歸系數t檢驗顯著性概率值p<0.1，表明河段的河損量與英巴扎當月來水量及上月來水量均存在相關關系。

表4 塔河干流各河段月河損量與當月來水量和上月來水量的回歸方程

通過已建立的回歸方程，計算2005—2013年英巴扎-烏斯滿河段河損逐月擬合值，并將擬合值與實際值進行繪圖對比，如圖4所示。

圖4 塔河干流英巴扎-烏斯滿河段逐月河損過程模擬

對比英巴扎-烏斯滿河損擬合值與實際值可以看出，擬合值很好的模擬了實際值的變化過程，回歸方程可信度較高。部分月份出現負值，基本上出現在汛后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律分析

采用上述同樣方法，對塔河干流6個河段月河損與來水量建立回歸關系方程，并對方程顯著性進行統計學檢驗，見表4。

從表4可知，塔河干流阿拉爾至大西海子段6個河段月份的河損量與該河段當月的來水量和上月的來水量建立的二元回歸方程F檢驗均呈極顯著(p<0.001)，回歸方程可信；回歸系數經t檢驗表明當月來水量和上月來水量與該河段月河損量均呈相關關系(p<0.1)。從回歸方程系數來看，當月來水量在對河段河損量的影響權重普遍顯著高于上月來水量的影響，且均為正相關(系數為正值)，表明當月來水量越大，本月河段的河損量越大；上月來水量對河損量的權重偏低，且均為負相關(系數為負值)，表明上月來水量越大，本月河損量越小。可能是由于上月來水越大，該河段漫溢、下滲和土壤吸收的水量就會越多，擠占本月河道水量損失的空間越大，因此對河損量表現為負的影響。

4 結語

通過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月來水量和上月來水量的二元非線性回歸方程。為塔河干流當前開展的分河段月初下達水量調度指令、月末確定下泄指標、滾動修正年度下泄任務提供了較為可靠的技術依據，同時也為整個流域提供了一種可借鑒的河損規律分析方法。

河道損失影響因素眾多，包括每個河段地下水位、河段的漫溢范圍等，本文僅僅分析探索了來水量變化一個因素，雖然得出了一些規律性的結論，對塔河干流水量分配、調度有一定的指導意義。但要實現精細化水量調度的目標仍需要進一步深入探索研究。