新疆昌吉市三屯河生態水量計算方法研究

王彥國

(新疆昌吉水文勘測局，新疆 昌吉 831100)

恢復河流生態功能、維持河流生態健康、打造河流生態廊道的主要因素就是做好生態需水量的保障工作。三屯河流域是主要的產匯流區，地理位置顯得非常重要，合理確定山區河流生態需水量，并對生態水量進行分析計算，提出保障河道生態用水的合理建議，對于促進經濟社會發展和保護環境及生態安全有非常重要的意義。

1 三屯河流域水系

三屯河主要起源于天山北坡中段的天格爾峰，三屯河橫跨三種不同的山帶，由南向北進行流動，最終形成三屯河的主流，最終進入到平原中。三屯河在天然的狀態下會流到很多地方，例如：北部的沙漠邊緣、或消失在沙漠中、或注入到白家海子中。隨著山區水庫和灌溉工程的不斷完善，很多河水在流入的過程中最終都會被引入到灌區中，除了必須汛期短暫匯洪以外，剩下的河道，基本上都處于干涸的狀態。

三屯河的支流主要在努爾加牧業附近匯合，在下游的時候很多的支流匯合之后就形成了三屯河的主流，這些支流包括：頭道水、二道水、廟爾溝等。通過調查發現：碾盤裝水文站在匯合口上的集水面積為：1 636 km2，河長103 km，河道縱坡17.3%。

2 三屯河生態水量分析計算

2.1 計算方法

2.1.1 Tennant法

水文學計算法中最常用的一種方法就是Tennant法，Tennant法一般在水文資料系列較長的河流中使用，在計算的時候會以河流多年平均流量的10%～30%為主，作為需要的生態基流。

Wr=1n(∑i=1nWi)×KWr=1n(∑i=1nWi)×K

(1)

式中：Wr為河道最小生態基流量；Wr=12×Min(Wij)p=90%Wr=12×Min(Wij)p=90%表示第i年的河川徑流量；Wr=12×Min(Wij)p=90%Wr=12×Min(Wij)p=90%為選取的百分數；Wr=12×Min(Wij)p=90%Wr=12×Min(Wij)p=90%為統計年數。依據《水利水電建設項目水資源論證導則(SL525-2011)》、《河湖生態環境需水計算規范》，K值選取范圍為10%～30%。對于重要水利工程計算節點河道生態基流的確定，原則上，一般根據多年平均流量的10%～20%確定。

本項目綜合考慮了各季節環境因素的影響，K值的選取也有所不同。考慮到三屯河流域及河道的相關特性，包括在建水利工程的影響因素，插補后徑流量計算及實測徑流量計算中論證選取K值為15%；考慮到三屯河流域及河道兩岸的動植物在豐水期(4-9月)需水量處于全年的高峰階段，同時此時間段也是相關應急防汛工作的關鍵時期，大量下泄水有利于下游河道及兩岸生態向好發展和保障下游防汛安全，論證選取此期間K值為20%。三屯河流域及河道兩岸的動植物在枯水期(10月-來年3月)需水量處于全年的最低階段，兩岸的植物生長基本停滯，因此論證選取此期間K值為10%。

2.1.2 90%保證率的最小月徑流量法

保證率法一般是在含水量很小的河流中使用，在使用的時候對水文觀測資料有比較高的要求，一般需要高于20 a。他是以90%保證率下的最枯月平均流量作為生態的基流。

本次實測流量資料采用碾盤莊水文站1973-2017年的相關數據，將每一年的最小月平均流量值換算成月徑流量，計算出各個月份的平均徑流量，主要以P-Ⅲ型曲線為主做頻率曲線，取此期間段年徑流量的算術平均值為主，在計算的時候要先確定好Cv、Cs的數值，需要注意的是：在計算時主要考慮理論頻率與經驗點據擬合較好為原則，同時也兼顧到統計參數的確定和推求最小月徑流量是否合理[1]。

2.1.3 7Q10法

水文計算法還有一種方法叫做7Q10法，7Q10法就是以連續最枯7日的平均流量為主作為生態基流，保證率需要控制在90%以下，一般7Q10法主要應用在一些開發利用率比較高的河流中使用，對水文觀測資料的要求也需要在20 a以上。

2.2 計算成果

Tennant法、90%保證率的最小月徑流量法和7Q10法三種方法計算碾盤莊水文站控制斷面河道最小生態水量詳見表1。

表1 碾盤莊水文站控制斷面河道最小生態水量成果表

2.3 碾盤莊水文站控制斷面以下河道生態水量的合理性分析

通過以上三種計算方法進行分析，第一種方法是采用年徑流量系列的平均值乘以生態流量百分數得到的，生態流量年內枯水期按多年平均的10%計算，豐水期按多年平均的20%計算，計算結果較實際明顯偏大，故不予推薦。第二種計算方法是直接采用1973-2017年的相關實測流量數據，通過相關計算后，得到90%保證率的最小月徑流量作為河道最小生態水量。通過分析三屯河河道內生態需水要求，該方法計算成果明顯偏大，因此不推薦。因為7Q10法在使用的時候必須以最枯7日的平均流量作為主要的生態流量，所以該法計算出來的生態流量能夠維持河道不發生斷流，在此基礎上又充分考量了水環境容量，計算結果較為合理[2]。

3 國內外研究水平及趨勢

生態基流的研究是河流生態課題中一個新的熱點領域。近年，國內外對河流生態流量方面的學術研究成果不斷探索創新。通過調查發現：目前河道內生態需水量有近200余種的計算方法，主要以水文學法、綜合法、水力學法、水文生物分析法等內容為主，每種方法在使用的時候都需要計算以下信息：水位信息、生境資料、長序列實測流量信息等，這些信息對計算有非常重要的幫助，可以提高計算的準確率。

水力學法中常用濕周法計算生態需水量，用濕周法計算生態需水量時要滿足臨界點的流量要求，這樣才能提高生境需求對流量變化的靈敏度。要想更好的保證河流流動過程中正常的生態功能的使用，必須要在流動的過程中保持好河道生態需水量的流動工作。對新疆天山北坡中小河流而言尋求濕周-流量關系曲線中的臨界點存在較大誤差，適用性不強。出現這種情況的主要原因就是河流主流的擺動不穩定，引發高水時斷面沖域發生變化，最終沒有辦法真正建立出符合實際情況的濕周和斷面的關系。

實踐證明由于河流特性的不同，適用于有實測流量資料的新疆多數河流采用的計算方法多為水文學方法，本項目針對水庫,水利工程建設對下游河道生態環境的影響等問題,以滿足河流最基本的稀釋自凈功能,維持河道穩定及生物多樣性為目的，綜合國內外現有多種生態流量計算方法,對本項目典型河道斷面的生態基流進行了計算分析。本項目主要采用“Tennant法”、Q90法、7Q10法進行分析計算，通過分析不同方法的計算結果優劣與適用性條件，最終合理確定三屯河河道各斷面生態水量[3]。

4 結語

三屯河生態水量分析研究，為了更好的利用好水資源和河道上、下游聯合調度的資源和利用，要先做好生態保護工作，把“河長制”工作內容更好的落到實處，最終達到可持續利用的目的，更好的為整個社會經濟的發展和河道生態水量奠定更多科學依據的基礎；項目提出了水行政部門應充分通過河流水系自然連通與人工連通相結合、水利攔(調)蓄工程相連通等措施，構建生態水網體系，增加三屯河河流生態基流量，保障河道生態用水的合理建議，進一步增強了管理部門對生態基流量調度的可操作性。按照維護河流健康、促進兩岸水資源合理利用和有效保護的要求，對流域水資源開發利用不合理的方面，研究提出水資源配置調整、控制利用與河道生態保護的管理指導意見，以及加強河道生態保護管理的政策制度合理建議和保障河道生態用水的合理建議。