基于Tennant 法的塔里木河河道基流生态需水量计算

贾小俊

(新疆塔里木河流域管理局，新疆 库尔勒 841000)

1 概 况

塔里木河干流全长1321 km，流域面积1.76万km2[1]。塔里木河干流水资源开发利用现状为：地表水开发程度较高，平均引用率超过70%；地下水开发利用程度不高，水资源利用效率低。目前，塔里木河流域经济结构仍以农业为主，大部分灌区由河道直接引水。同时，塔里木河流域水资源的经济效益差，流域内单方水GDP产出量仅为1.44元，为全疆平均水平的一半，水资源紧张，区域性缺水严重，灌溉用水矛盾突出。

2 河道水面蒸发

2.1 计算方法

河道水面蒸发是河道水量损耗的主要组成之一。塔里木河干流河道水面蒸发量采用面积定额法计算，如公式(1)所示：

We=B·L·Eφ·k

(1)

式中:We为水面蒸发量,m3;B为河段水面宽,m;L为河段长度,km;Eφ为直径20 cm水面蒸发皿观测的水面蒸发量,mm;k为水面折算系数。阿拉尔—新渠满(BAL)、新渠满—英巴扎(BXQ)和英巴扎—恰拉(BYB)的水面宽计算如式(2)～式(4)所示：

(2)

(3)

(4)

式中:BAL、BXQ和BYB分别为上述三个河段的水面宽,m;QAL、QXQ和QYB为三水文站年径流量,亿m3。其中，k在阿拉尔—新渠满河段取值0.67(阿拉尔和新渠满的平均值)，新其满—英巴扎河段取值0.62(阿拉尔、新渠满和博斯腾湖的平均值)，英巴扎—恰拉段取值0.57(新渠满和博斯腾湖的平均值)。

2.2 河道水面蒸发耗水分析

以阿拉尔站、库车站和库尔勒站的水面蒸发量代表区间蒸发，其分时段水面蒸发量见表1所示。阿拉尔—新渠满、新渠满—英巴扎和英巴扎—恰拉段的蒸发量分别为1019.04 mm、1046.80 mm和1166.10 mm。

表1 干流不同区间的分时段水面蒸发量 mm

阿拉尔、新渠满和英巴扎水文站1957—2015年多年平均径流量分别为45.82亿m3、37.62亿m3和28.26亿m3。阿拉尔—新渠满段河长为237 km,新渠满—英巴扎段河长为258 km及英巴扎—恰拉段河长为398 km。塔里木河干流河道各河段蒸发相关参数见表2。

表2 塔里木河干流河道蒸发参数表

根据干流分区间河宽、河长、水面蒸发以及折算系数等数据，计算干流分区间分时段的河道蒸发量见表3。

表3 干流不同区间的分时段河道蒸发量 亿m3

3 河道基流生态需水量

3.1 计算方法

Tennant 法以多年平均流量为基础，根据对生态环境的有利程度，分别将丰水期、枯水期和平水期的多年平均流量乘以相应级别的百分比，作为保护河流生态环境的用水流量推荐值。多年平均流量指河流天然状态下的多年平均流量，各月流量情况可以用典型年的流量过程来表征。Tennant法使用简单、操作方便[2]，对资料要求不高，仅要求天然时期10 a以上的历史流量资料。根据Tennant法，维持河流生态系统健康的各月河道内生态需水量如式(5)所示：

WRij=36×24×ni×Qi×Pij/108

(5)

式中：WRij为多年平均条件下第i月在河流栖息地状况处于j条件下(j为最大、最佳范围、极好、非常好、一般、差、极差几种条件之一)的河流生态需水值,亿m3;ni为第i月的天数,d；Qi为第i月的多年平均流量,m3/s;Pij为第i月河流栖息地状况j时的需水百分比,%。

3.2 人类活动对径流量显著干扰点甄别

此次选择塔里木河上游阿拉尔、中游英巴扎和下游恰拉三个典型水文断面，计算流域河道内的生态环境流量。1972年以前人类活动对阿拉尔站、恰拉站以上流域径流影响不大[3]，1973年开始的点据与1972年以前的点据有明显偏离，表明人类活动在1973年以后，对径流的影响发生了变化。英巴扎水文站1957—2002年，在1971年以前，点据基本在同一水平上，说明在此期间，人类活动对英巴扎站以上流域径流量影响不大，从1972年开始，点据与1971年以前的点据发生明显偏离，说明人类活动在1972年以后，对径流影响发生了变化。

3.3 Tennant法计算河道基流生态需水量

Tennant法选用的是典型年的月径流资料。

(1)典型年的选取。采用塔里木河1957—1972年平均径流量为基准。尚还未大规模兴建水库和引水闸、水资源开发利用程度较低、河流处于天然状态。阿拉尔、英巴扎和恰拉站1957—1972年水文资料见表4 。河流自然状态下，阿拉尔、英巴扎和恰拉站多年平均径流量分别为162 m3/s、111 m3/s和36 m3/s。 年流量模数如式(6)所示：

表4 1957—1972年塔里木河干流水文站年径流数据 m3·s-1

(6)

根据年流量模数的计算公式(6)，计算自然状态下各年的流量模数见表5。

表5 1957—1972年塔里木河干流水文站各年的年流量模数 m3·s-1

典型年为年流量模数最接近于1的年份，分别取阿拉尔的1959年、英巴扎的1958年和1964年和恰拉站的1969年为典型年。塔里木河干流上、中、下游水文站典型年的月均流量，见表6。

表6 塔里木河干流水文站典型年实测月平均径流量 m3·s-1

塔里木河属于季节性河流，主要依靠高山冰川和永久积雪补给径流。塔里木河河流生态系统具有明显的季节性，河道内生态需水可按照季节性划分为三个时段：4—6月、7—10月和11月—次年3月。丰水期一般出现在年内气温最高的7—10月。根据塔里木河干流水文站典型年的月均流量，分别求三个时段的平均流量，见表7。

表7 塔里木河干流水文站典型年各时段平均径流量 m3·s-1

(2)评价标准。塔里木河流域各用水时段的流量百分比采用Tennant法对河流生态需水的评价标准，见表8。

表8 Tennant法对河流生态需水的评价标准推荐的基流(平均流量) %

(3)河流生态流量的计算。各用水时段不同河流流量状况的百分数，采用Tennant法计算阿拉尔、英巴扎和恰拉水文断面的河流生态流量，见表9。

表9 塔里木河干流代表站各时段的生态流量 m3·s-1

采用Tennant法计算得塔里木河干流阿拉尔、英巴扎和恰拉站河道生态需水量分别为13.58亿m3、8.97亿m3和3.16亿m3。河道情况为尚好的生态需水量分别为11.01亿m3、7.21亿m3和2.57亿m3。具体数值见表10。

表10 塔里木河干流研究河段的各阶段生态需水量 亿m3

4 结 语

对于塔里木河来说，河道生态需水量是指去除耗水蒸发后的河道流量，本文以干流上、中、下游的阿拉尔、英巴扎和恰拉站为研究对象，采用Tennant法计算后，得出三个水平站生态需水量分别为13.58亿m3、8.97亿m3、3.16亿m3，这将对实现水资源的合理配置，维系河流水文过程完整及确保两岸天然植被生态用水提供重要的科学依据。