奇臺縣白楊河生態(tài)水量分析研究

郭龍華

（昌吉水文勘測局,新疆 昌吉 831100）

1 流域概況

1.1 白楊河基本情況

奇臺白楊河發(fā)源于博格達山脈4026 m的冰峰雪嶺處,河流全長60 km,山區(qū)段長約32 km,其中小河子支流較長,長約11 km。白楊河除高山區(qū)有大小支流20 條外,進入中山帶后,又有黑溝、托古孜達拉、黑因喀不拉尕、科克薩依（小河子）等四條溝匯入河道。白楊河在山區(qū)段河谷狹窄,河道縱坡降較大,水流湍急,進入低山丘陵區(qū)后,河道縱坡降變緩,水流在河床中擺動,河道逐漸變寬。經(jīng)過奇臺縣東灣鄉(xiāng)墑戶一村及十六村后,河水在耕地中大量消耗,到達S303 省道時已演變成幾處小溝渠,只有在汛期河水才能到達S303 省道以北,并很快消失在北部的沙漠邊緣。

白楊河屬于季節(jié)性河流,其季節(jié)性從時間上體現(xiàn)為徑流年內(nèi)分配和年際分配極不均勻；從空間上體現(xiàn)為白楊河水庫以上河段常年有水,下游因受到水庫工程的影響,白楊河水庫以下河道除洪水期水庫下泄時段有水外,其他時間均為斷流狀態(tài)。白楊河河道無水生動植物、無河流景觀設(shè)施。白楊河需要保護的生態(tài)功能只包括維持河道基本形態(tài)和自凈功能。

1.2 管理斷面和考核斷面的選取

河湖生態(tài)用水需求及保障措施一般結(jié)合重要控制斷面提出。控制斷面的選定,需考慮其水量代表性和水文觀測資料獲取的難易程度。原則上,應(yīng)優(yōu)先考慮采用水資源綜合規(guī)劃確定的節(jié)點（生態(tài)需水確定節(jié)點或者計算節(jié)點）,或者收集借用或采用已有規(guī)劃或者工程設(shè)計文件、環(huán)評報告確定的成果。

本次生態(tài)基流及敏感生態(tài)需水控制斷面選取的具體原則：（1）常年有水的水文控制斷面；（2）河流上關(guān)鍵工程；（3）支流控制性斷面；（4）重要水生生物棲息地、濕地等敏感水域控制斷面。

根據(jù)以上選取斷面原則,選取五圣宮水文站、白楊河水庫下泄斷面、白楊河渠首斷面和G335 高速跨河橋下游0.97 km處的奇臺縣與吉木薩爾縣交界處斷面為白楊河流域生態(tài)基流控制斷面,見表1。

表1 白楊河流域生態(tài)基流控制斷面一覽表

2 生態(tài)基流確定

2.1 計算方法的選擇

生態(tài)基流的計算方法較多,一般可分為四大類：水文學(xué)法、水力學(xué)法、生境模擬法和整體法。白楊河五圣宮水文站水文資料條件較好,本次工作采用水文學(xué)法和水力學(xué)法計算五圣宮水文站測驗斷面的生態(tài)基流,成果如下：

1）Qp法（不同頻率最枯月平均值法）

Qp法是以節(jié)點長系列（n≥30年）天然月平均流量、月平均水位或徑流量為基礎(chǔ),用每年不同時段的最枯月排頻,選擇不同頻率下的最枯月平均流量、月平均水位或徑流量作為基本生態(tài)環(huán)境需水量的最小值。頻率P根據(jù)河湖水資源開發(fā)利用程度、規(guī)模、來水情況等實際情況確定,根據(jù)新疆河流特點,確定P取90。

本次采用五圣宮站40年的實測徑流量資料,選取每年不同時段最小月平均流量值,做頻率曲線,理論頻率曲線采用P-Ⅲ型曲線,頻率計算的均值采用40年不同時段最小月平均流量的算術(shù)平均值,Cv、Cs值采用適線法確定。在適線時,主要依據(jù)理論頻率與經(jīng)驗點據(jù)擬合較好為原則,同時兼顧到統(tǒng)計參數(shù)的合理性。推求出90%保證率的不同時段最小月平均流量。再將90%保證率的不同時段最小月平均流量換算成90%保證率的最小月徑流量。

2）Tennant法

Tennant法是《新疆內(nèi)陸河基本生態(tài)水量（流量）確定技術(shù)指南》（2021年）最為推薦的方法之一,適用于水量較大的常年性河流。現(xiàn)狀隨著白楊河流域經(jīng)濟社會用水量的增加,白楊河水資源利用的程度越來越高,按照《新疆內(nèi)陸河基本生態(tài)水量（流量）確定技術(shù)指南》（2021年）,本次分析計算生態(tài)水量冰封期（12月～3月）按照年內(nèi)同時段多年平均徑流量的5%進行選取,平水期（4月～5月和10月～11月）按照年內(nèi)同時段多年平均徑流量的10%進行選取,年內(nèi)水量較豐沛的豐水期（6月～9月）按照同時段多年平均徑流量的20%選取。

3）7Q10法（最小流量法）

7Q10法選取90%～95%保證率下年內(nèi)連續(xù)7天最枯流量值作為基本生態(tài)環(huán)境需水量的最小值（本報告取頻率為90%）。該方法以五圣宮水文站40年徑流系列為基礎(chǔ),進行年值排頻,選取出P=90%頻率對應(yīng)的年份為1986年,該年中3月為最枯月份,從3月份選出年內(nèi)連續(xù)7天最枯流量值,為0.255 m3/s作為生態(tài)基流,合計年最小生態(tài)水量為0.0804億m3。

4）濕周法

濕周法是水力學(xué)法中最常用的方法,利用濕周作為水生生物棲息地指標,通過搜集水生生物棲息地的河道尺寸及對應(yīng)的流量數(shù)據(jù),分析濕周與流量之間的關(guān)系。

圖1 五圣宮水文站測驗斷面濕周與流量關(guān)系圖

本次計算選取濕周與流量過程線中濕周率最接近80%的拐點作為河道生態(tài)需水量,成果為0.733 m3/s,年需生態(tài)水量為0.2312 億m3。見表2。

表2 白楊河管理斷面生態(tài)基流需水過程

2.2 計算成果推薦

從表2計算結(jié)果看,不同時段不同頻率最枯月平均值法最大,濕周法次之,Tennant法排第三,7Q10法最小。四種方法得出的生態(tài)基流規(guī)律為：Qp法＞濕周法＞Tennant法＞7Q10法。

從年水量上分析,Qp法的計算結(jié)果最大,占到了斷面多年平均徑流量的34%；再次是濕周法,計算結(jié)果占斷面多年平均徑流量的33%,Tennant法成果排第三,計算結(jié)果占斷面多年平均徑流量的16%,最后是7Q10法結(jié)果占到了斷面多年平均徑流量的11.3%。

從各種方法的適用性上分析,Tennant法適用于計算我國北方季節(jié)性河流,尤其是水文系列較長的河流,是水文學(xué)方法中較常用的一種方法,也是目前國內(nèi)應(yīng)用最多的方法,該方法計算步驟簡單,可以快速確定數(shù)值。Tennant法是《新疆內(nèi)陸河基本生態(tài)水量（流量）確定技術(shù)指南》（2021年）推薦的方法之一,適用于水量較大的常年性河流,白楊河屬于北方季節(jié)性小河流,受限于白楊河的河流特性,故Tennant法的計算結(jié)果本次計算不予推薦。本次采用Qp法也是技術(shù)指南的推薦方法之一,但其計算的生態(tài)基水量占斷面多年平均年徑流量的34%,顯然不適應(yīng)白楊河承擔下游的供水任務(wù),開發(fā)利用程度較高的實際情況。7Q10法適用于擁有長系列水文資料,水量較少且開發(fā)利用程度較高的河流,其適用的河流特性與白楊河河流特性相符。白楊河斷面為天然河道,沖刷嚴重,濕周與流量關(guān)系常處于變化之中,濕周法不適合于該河段生態(tài)水量的計算。

排除不適用于河段生態(tài)水量計算的濕周法后,其余3 種水文學(xué)法中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)均基于白楊河五圣宮水文站40 年的實測徑流系列,資料數(shù)據(jù)較為可靠,故其余3 種方法計算結(jié)果可靠。考慮到白楊河實際情況,按照數(shù)據(jù)集中趨勢原則,首先排除計算結(jié)果偏高的Qp法,結(jié)果在剩余的Tennant法、7Q10法中選取,對比2種方法的優(yōu)劣,選擇適用范圍符合白楊河特性、國內(nèi)應(yīng)用較多的7Q10法的計算結(jié)果作為本次工作控制斷面的生態(tài)基流成果。

2.3 現(xiàn)狀達標評價

通過分析奇臺縣水利局2020年統(tǒng)計數(shù)據(jù),2020年白楊河流域白楊河渠首斷面來水量為4315.97 萬m3,取用水量為2231.55萬m3,下泄水量為2084.42萬m3,大于渠首斷面需要下泄的生態(tài)水量值,其生態(tài)水量可以得到保障。

白楊河渠首在90%頻率時來水量為4501萬m3,白楊河流域近10年用水量為3432萬m3,有1069萬m3水量下泄,大于該考核斷面需要的下泄生態(tài)水量需求。

3 結(jié)論

本文采用不同方法對奇臺縣白楊河生態(tài)基流進行了分析計算,通過分析白楊河河流特性與各計算方法的適用性,最終確定的奇臺白楊河生態(tài)基流量為450 萬m3,通過分析流域現(xiàn)狀供用水概況,推薦的生態(tài)水量在現(xiàn)狀年均可得到保障。綜合分析,奇臺白楊河生態(tài)水量推薦成果較為合理。未來水行政部門應(yīng)科學(xué)管理白楊河生態(tài)泄水量,將其作為區(qū)域水利調(diào)度、水量生態(tài)調(diào)度的重要依據(jù),對不滿足生態(tài)水量下泄的水利工程,采取有效措施保障生態(tài)流量泄放。將白楊河生態(tài)保護目標所需的生態(tài)需水納入到流域水資源配置總體考慮中,以確保白楊河流域內(nèi)生態(tài)用水要求得以保障。