托什干河生態基流與基本生態環境需水量計算研究

尼加提·圖爾蓀

（新疆維吾爾自治區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年的監測數據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，即存在枯豐狀況轉化，具體過程將在生態基流計算中進一步分析。

1.2 托什干河徑流量年內變化

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基流與基本生態環境需水量

2.1 四種計算方法

2.1.1 改進的Tennant法

因為沙里桂蘭克水文站為托什干河出山口水文站，以上區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 年的流量和徑流數據進行生態流量的計算。通過對沙里桂蘭克水文站月流量數據分析可以看出每年的4 月份流量顯著增加，標志著汛期開始，以此為水文年的起點，將托什干河實際劃分為春季、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，分別對應流域的魚類產卵育幼期和一般用水期。經計算，1990 年是模比系數最接近1的年份，確定為典型年，含1990年4月至翌年3月。

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

2.1.2 年型劃分法

利用沙里桂蘭克水文站1958-2017 年平均徑流量數據計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%，接近最低標準20%，選取1971 年中最枯月2 月的平均流量14.50 m3/s 作為生態基流，換算為基本生態環境需水量為4.57×108m3。

2.1.3 最枯月平均流量多年平均值法

據統計2008-2017年10年來的每年最枯月流量，3月份出現了5次，其次是1、2和4月，最枯月平均流量為18.54 m3/s，，按照下式計算：

式（1）中：W—河流基本生態環境需水量（m3）；Qij—第i年第j 月的平均流量（m3/s）；T—換算系數，其值為34.536×106s；n—統計年數。計算可得河流基本生態環境需水量為5.58×108m3。

2.1.4 Qp法

采用90%保證率最枯月平均流量法統計了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年最小流量值出現在2月，該月平均流量為10.16 m3/s，即為生態基流，換算為基本生態環境需水量為3.20×108m3。

2.2 確定生態基流和基本生態環境需水量

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

3 其他斷面生態基流與基本生態環境需水量

3.1 河段區間產流

采用沙里桂蘭克斷面估算得到的基本生態環境需水量加上區間產流，扣除河段的區間損耗，估算各個斷面的基本生態環境需水量，進一步確定生態流量。由于缺少分河段產流值，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間產流及各月區間產流量，估算得到沙里桂蘭克至躍進渠首產流量9.90×107m3，躍進渠首至秋格爾渠首產流量7.60×107m3，秋格爾渠首至聯合渠首產流量1.18×108m3，聯合渠首至阿熱力大橋產流量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，相應的區間產流也會有所增加和減少，由于無實測數據可供參考，所以這里假定平水年保持多年平均值不變，豐水年相應的增加區間產流10%，枯水年和特枯水年的區間產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間產流估算表

3.2 河段河損

將改進的Tennant法中確定的典型年各月平均徑流量代入式（1）計算出月河損量，而各河段的月河損量則根據各河段長度比例進行分配。結果表明，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為5.39×108m3，其中1-3月和12月的河損值出現負值。

考慮到不同保證率下的徑流量不同，對應的河損也存在差異，上述河損量是在典型年基礎上估算得到的，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間耗水量之間的比例來估算不同保證率下的區間河損，由此也得到不同來水頻率下不同河段的月河損量。

3.3 基本生態環境需水量和生態流量

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環境需水量和生態基流，將各月基本生態環境需水量加上河段區間來水后扣除河段河損，即得到下一斷面的月基本生態環境需水量，以此類推，得到各斷面的月基本生態環境需水量，進一步換算成流量，即得到月生態流量。在計算生態需水量和生態流量過程中用到的區間來水和河損采用50%來水頻率的數據，計算結果見表2。

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

4 結論及思考

①運用改進Tennant法、年型劃分法、最枯月平均流量多年平均法、Qp法等四種方法計算了沙里桂蘭克斷面的生態基流和基本生態環境需水量，采用了60年的水文數據，基本能反映河流水文特征，計算結果基本合理。②因托什干河是一條季節性河流，豐枯水期的流量呈現明顯的季節性變化，且天然河道過寬。所以，在枯水期生態流量管理和調度時，要適當提高生態基流，或適當削減灌溉水量。