奇臺縣白楊河生態水量分析研究

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

奇臺白楊河發源于博格達山脈4026 m的冰峰雪嶺處,河流全長60 km,山區段長約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。白楊河在山區段河谷狹窄,河道縱坡降較大,水流湍急,進入低山丘陵區后,河道縱坡降變緩,水流在河床中擺動,河道逐漸變寬。經過奇臺縣東灣鄉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。

白楊河屬于季節性河流,其季節性從時間上體現為徑流年內分配和年際分配極不均勻；從空間上體現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。白楊河河道無水生動植物、無河流景觀設施。白楊河需要保護的生態功能只包括維持河道基本形態和自凈功能。

1.2 管理斷面和考核斷面的選取

河湖生態用水需求及保障措施一般結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,應優先考慮采用水資源綜合規劃確定的節點（生態需水確定節點或者計算節點）,或者收集借用或采用已有規劃或者工程設計文件、環評報告確定的成果。

本次生態基流及敏感生態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基流控制斷面,見表1。

表1 白楊河流域生態基流控制斷面一覽表

2 生態基流確定

2.1 計算方法的選擇

生態基流的計算方法較多,一般可分為四大類：水文學法、水力學法、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法和水力學法計算五圣宮水文站測驗斷面的生態基流,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,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環境需水量的最小值。頻率P根據河湖水資源開發利用程度、規模、來水情況等實際情況確定,根據新疆河流特點,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平均值,Cv、Cs值采用適線法確定。在適線時,主要依據理論頻率與經驗點據擬合較好為原則,同時兼顧到統計參數的合理性。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《新疆內陸河基本生態水量（流量）確定技術指南》（2021年）最為推薦的方法之一,適用于水量較大的常年性河流。現狀隨著白楊河流域經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《新疆內陸河基本生態水量（流量）確定技術指南》（2021年）,本次分析計算生態水量冰封期（12月～3月）按照年內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）按照年內同時段多年平均徑流量的10%進行選取,年內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%保證率下年內連續7天最枯流量值作為基本生態環境需水量的最小值（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,進行年值排頻,選取出P=90%頻率對應的年份為1986年,該年中3月為最枯月份,從3月份選出年內連續7天最枯流量值,為0.255 m3/s作為生態基流,合計年最小生態水量為0.0804億m3。

4）濕周法

濕周法是水力學法中最常用的方法,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的流量數據,分析濕周與流量之間的關系。

圖1 五圣宮水文站測驗斷面濕周與流量關系圖

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需水量,成果為0.733 m3/s,年需生態水量為0.2312 億m3。見表2。

表2 白楊河管理斷面生態基流需水過程

2.2 計算成果推薦

從表2計算結果看,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基流規律為：Qp法＞濕周法＞Tennant法＞7Q10法。

從年水量上分析,Qp法的計算結果最大,占到了斷面多年平均徑流量的34%；再次是濕周法,計算結果占斷面多年平均徑流量的33%,Tennant法成果排第三,計算結果占斷面多年平均徑流量的16%,最后是7Q10法結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性河流,尤其是水文系列較長的河流,是水文學方法中較常用的一種方法,也是目前國內應用最多的方法,該方法計算步驟簡單,可以快速確定數值。Tennant法是《新疆內陸河基本生態水量（流量）確定技術指南》（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性小河流,受限于白楊河的河流特性,故Tennant法的計算結果本次計算不予推薦。本次采用Qp法也是技術指南的推薦方法之一,但其計算的生態基水量占斷面多年平均年徑流量的34%,顯然不適應白楊河承擔下游的供水任務,開發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,濕周與流量關系常處于變化之中,濕周法不適合于該河段生態水量的計算。

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

2.3 現狀達標評價

通過分析奇臺縣水利局2020年統計數據,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水量值,其生態水量可以得到保障。

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水量需求。

3 結論

本文采用不同方法對奇臺縣白楊河生態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基流量為450 萬m3,通過分析流域現狀供用水概況,推薦的生態水量在現狀年均可得到保障。綜合分析,奇臺白楊河生態水量推薦成果較為合理。未來水行政部門應科學管理白楊河生態泄水量,將其作為區域水利調度、水量生態調度的重要依據,對不滿足生態水量下泄的水利工程,采取有效措施保障生態流量泄放。將白楊河生態保護目標所需的生態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生態用水要求得以保障。