新疆烏蘇市不同水資源分區(qū)地表水資源量評價研究

靳 磊

(新疆塔城水文勘測局，新疆 塔城 834700)

區(qū)域水資源時空分布的不均度，使得水資源開發(fā)利用保障難度較大[1]。因此需要對供水和需水進(jìn)行調(diào)節(jié)從而滿足人們對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，屬于水資源相對匱乏的區(qū)域。隨著西部大開發(fā)以及社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行業(yè)對烏蘇市水資源的需求也不斷增加，使得區(qū)域社會經(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]。因此亟需要對烏蘇市地表水資源現(xiàn)狀進(jìn)行評價分析，從而協(xié)調(diào)區(qū)域水資源可持續(xù)利用、社會經(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出發(fā)，結(jié)合區(qū)域7個主要控制水文站建站以來近60年徑流數(shù)據(jù)對區(qū)域地表水資源利用現(xiàn)狀進(jìn)行評價，結(jié)合水資源現(xiàn)狀評價結(jié)果對烏蘇市水資源開發(fā)利用和保護(hù)提出相對應(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穩(wěn)定和年際變化較小的特點，對農(nóng)業(yè)灌溉是有利的[9]。區(qū)域主要河流冰川融水補給統(tǒng)計見表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0.71億 m3[9]。

表1 烏蘇市主要河流冰川融水補給量統(tǒng)計表

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，作為本次評價的主要站點，都是實測系列較長、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價中，對資料不全及個別年份資料缺測等個別現(xiàn)象，在進(jìn)行流域地表水資源評價時，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概況見表2。

表2 各河流主要控制站資料概況統(tǒng)計表

2.2 資料插補延長

本次評價采用資料系列為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價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)計算統(tǒng)計表

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)計參數(shù)對總體的誤差小。通過對不同時段樣本統(tǒng)計參數(shù)矩法估算值相對本站長系列統(tǒng)計參數(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)有不同時段樣本估計樣本統(tǒng)計參數(shù)可能造成的參數(shù)估計誤差幅度。1954-2018年參證站吉勒德站具有65 a的觀測資料，現(xiàn)取吉勒德站歷年實測資料取不同時段徑流系列進(jìn)行分析計算，以便能確定代表總體參數(shù)的樣本系列長度的代表性，計算成果見表4。

從表4可以看出，系列愈短統(tǒng)計參數(shù)誤差愈大，系列長度40 a以上時，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)計參數(shù)就趨于穩(wěn)定。

表4 吉勒德站不同時段徑流系列統(tǒng)計參數(shù)誤差計算表

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，時段徑流量比較見表5。

表5 吉勒德站年徑流量不同時段豐枯比較表

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%，而最小三個月徑流量只占年徑流量的5.31%～6.76%，最大1個月徑流量出現(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 地表水資源評價

4.1 評價分區(qū)

烏蘇市水資源分區(qū)，一級區(qū)2個為：天山北麓中段、艾比湖水系；二級區(qū)按流域分為6個：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)；三級區(qū)按灌區(qū)分為9個：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)計表

4.2 評價結(jié)果

通過地表水資源量常規(guī)計算方法[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有控制站的實測值，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%，而最小三個月徑流量只占年徑流量的5.31%～6.76%，最大1個月徑流量出現(xiàn)在7月或8月，占年徑流量的25.48%～29.05%。

(2)經(jīng)評價，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。