托什干河生态基流与基本生态环境需水量计算研究

尼加提·图尔荪

（新疆维吾尔自治区塔里木河流域阿克苏管理局，新疆 阿克苏 843000）

1 托什干河水资源丰枯变化及发展趋势分析

1.1 径流量年际变化

沙里桂兰克水文站位于托什干河出山口，该站监测的径流量代表托什干河流入中国的水资源量，由1958-2017年的监测数据可得多年平均径流量为28.27×108m3，径流量以每10 年1.29×108m3的速度增加。将每年的沙里桂兰克水文站径流量与历年径流量均值之差逐年累积而绘制成距平曲线，可划分出1958-1963 年为枯水阶段、1964-1969 年为丰水阶段、1970-1993年为显著枯水阶段、1994-2012年为显著丰水阶段、2013-2017年为波动阶段。在不同阶段又存在一些小的波动，即存在枯丰状况转化，具体过程将在生态基流计算中进一步分析。

1.2 托什干河径流量年内变化

托什干河沙里桂兰克水文站流量在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，可达到226 m3/s。1-3月多年平均流量较低，均在20 m3/s以下。

托什干河沙里桂兰克水文站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趋势，其中4、5、6、9、10月较其它月份增加明显，增加幅度介于每年0.47～0.78 m3/s。3月增幅最小，每年仅为0.14 m3/s。

2 沙里桂兰克断面生态基流与基本生态环境需水量

2.1 四种计算方法

2.1.1 改进的Tennant法

因为沙里桂兰克水文站为托什干河出山口水文站，以上区域除阿合奇县在其支流上引水外，受人类活动干扰较少，基本符合Tennant 法的使用条件，因此选择有记录资料以来的1958-2017 年共60 年的流量和径流数据进行生态流量的计算。通过对沙里桂兰克水文站月流量数据分析可以看出每年的4 月份流量显著增加，标志着汛期开始，以此为水文年的起点，将托什干河实际划分为春季、夏季、秋季和冬季，其中春季和夏季为丰水期，秋季和冬季为枯水期，分别对应流域的鱼类产卵育幼期和一般用水期。经计算，1990 年是模比系数最接近1的年份，确定为典型年，含1990年4月至翌年3月。

根据托什干河实际用水情况可将生态需水划分为丰水期生态需水和枯水期生态需水，与Tennant 法推荐的基流标准中的蓄水期划分完全吻合，由此可以计算出全年不同月份不同栖息地要求的生态基流标准值。另外，在沙里桂兰克至阿热力大桥段河损量偏大，所以，要将枯水期的生态基流提高到20%的标准，丰水期的生态基流保持在30%的标准。

2.1.2 年型划分法

利用沙里桂兰克水文站1958-2017 年平均径流量数据计算出每年的距平百分率，将60年每年划分为丰水年、平水年和枯水年，可知1971 年的距平百分率为-19.86%，接近最低标准20%，选取1971 年中最枯月2 月的平均流量14.50 m3/s 作为生态基流，换算为基本生态环境需水量为4.57×108m3。

2.1.3 最枯月平均流量多年平均值法

据统计2008-2017年10年来的每年最枯月流量，3月份出现了5次，其次是1、2和4月，最枯月平均流量为18.54 m3/s，，按照下式计算：

式（1）中：W—河流基本生态环境需水量（m3）；Qij—第i年第j 月的平均流量（m3/s）；T—换算系数，其值为34.536×106s；n—统计年数。计算可得河流基本生态环境需水量为5.58×108m3。

2.1.4 Qp法

采用90%保证率最枯月平均流量法统计了1958-2017 年托什干河沙里桂兰克断面径流频率，其中1961 年的频率为89.16%，最接近90%，1961年最小流量值出现在2月，该月平均流量为10.16 m3/s，即为生态基流，换算为基本生态环境需水量为3.20×108m3。

2.2 确定生态基流和基本生态环境需水量

将以上四种方法所得的生态基流、基本生态环境需水量与多年河损进行比较。结果表明，沙里桂兰克水文站按照改进的Tennant法估算的基本生态环境需水量下泄水量在无任何引水的情况下，勉强接近且小于多年平均河损，若加上托什干河多年平均区间产流量4.64×108m3，可超过最大河损量；而采用其余三种方法的结果下泄水量，若加上区间来水，年型划分方法和最枯月平均流量多年平均值法计算的结果均能满足河道损耗，而区间来水存在不确定性。另一方面，考虑到改进的Tennant 法的计算结果可以细化到每个月生态基流，便于流量的年内调控。

3 其他断面生态基流与基本生态环境需水量

3.1 河段区间产流

采用沙里桂兰克断面估算得到的基本生态环境需水量加上区间产流，扣除河段的区间损耗，估算各个断面的基本生态环境需水量，进一步确定生态流量。由于缺少分河段产流值，只能以河道长度按比例分配沙里桂兰克至阿热力大桥间各河段的区间产流及各月区间产流量，估算得到沙里桂兰克至跃进渠首产流量9.90×107m3，跃进渠首至秋格尔渠首产流量7.60×107m3，秋格尔渠首至联合渠首产流量1.18×108m3，联合渠首至阿热力大桥产流量1.71×108m3。

考虑到丰水年降雨增加，枯水年和特枯水年降雨减少，相应的区间产流也会有所增加和减少，由于无实测数据可供参考，所以这里假定平水年保持多年平均值不变，丰水年相应的增加区间产流10%，枯水年和特枯水年的区间产流量分别缩减至多年平均值的80%和70%，如表1 所示，可得到不用来水频率下不同河段的月区间来水量。

表1 不同保证率沙里桂兰克至阿热力大桥各河段区间产流估算表

3.2 河段河损

将改进的Tennant法中确定的典型年各月平均径流量代入式（1）计算出月河损量，而各河段的月河损量则根据各河段长度比例进行分配。结果表明，沙里桂兰克水文站按照典型年（1990年）来水，至阿热力大桥的年河损合计为5.39×108m3，其中1-3月和12月的河损值出现负值。

考虑到不同保证率下的径流量不同，对应的河损也存在差异，上述河损量是在典型年基础上估算得到的，可作为来水频率50%情况下的河道损耗。按照不同来水频率下的区间耗水量之间的比例来估算不同保证率下的区间河损，由此也得到不同来水频率下不同河段的月河损量。

3.3 基本生态环境需水量和生态流量

由表1 分析得到的沙里桂兰克断面不同用水期各月基本生态环境需水量和生态基流，将各月基本生态环境需水量加上河段区间来水后扣除河段河损，即得到下一断面的月基本生态环境需水量，以此类推，得到各断面的月基本生态环境需水量，进一步换算成流量，即得到月生态流量。在计算生态需水量和生态流量过程中用到的区间来水和河损采用50%来水频率的数据，计算结果见表2。

表2 各断面基本生态环境需水量和生态流量表 单位：需水量/108 m3，生态流量（/m3/s）

4 结论及思考

①运用改进Tennant法、年型划分法、最枯月平均流量多年平均法、Qp法等四种方法计算了沙里桂兰克断面的生态基流和基本生态环境需水量，采用了60年的水文数据，基本能反映河流水文特征，计算结果基本合理。②因托什干河是一条季节性河流，丰枯水期的流量呈现明显的季节性变化，且天然河道过宽。所以，在枯水期生态流量管理和调度时，要适当提高生态基流，或适当削减灌溉水量。