新疆昌吉市三屯河生态水量计算方法研究

王彦国

(新疆昌吉水文勘测局，新疆 昌吉 831100)

恢复河流生态功能、维持河流生态健康、打造河流生态廊道的主要因素就是做好生态需水量的保障工作。三屯河流域是主要的产汇流区，地理位置显得非常重要，合理确定山区河流生态需水量，并对生态水量进行分析计算，提出保障河道生态用水的合理建议，对于促进经济社会发展和保护环境及生态安全有非常重要的意义。

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尔峰，三屯河横跨三种不同的山带，由南向北进行流动，最终形成三屯河的主流，最终进入到平原中。三屯河在天然的状态下会流到很多地方，例如：北部的沙漠边缘、或消失在沙漠中、或注入到白家海子中。随着山区水库和灌溉工程的不断完善，很多河水在流入的过程中最终都会被引入到灌区中，除了必须汛期短暂汇洪以外，剩下的河道，基本上都处于干涸的状态。

三屯河的支流主要在努尔加牧业附近汇合，在下游的时候很多的支流汇合之后就形成了三屯河的主流，这些支流包括：头道水、二道水、庙尔沟等。通过调查发现：碾盘装水文站在汇合口上的集水面积为：1 636 km2，河长103 km，河道纵坡17.3%。

2 三屯河生态水量分析计算

2.1 计算方法

2.1.1 Tennant法

水文学计算法中最常用的一种方法就是Tennant法，Tennant法一般在水文资料系列较长的河流中使用，在计算的时候会以河流多年平均流量的10%～30%为主，作为需要的生态基流。

Wr=1n(∑i=1nWi)×KWr=1n(∑i=1nWi)×K

(1)

式中：Wr为河道最小生态基流量；Wr=12×Min(Wij)p=90%Wr=12×Min(Wij)p=90%表示第i年的河川径流量；Wr=12×Min(Wij)p=90%Wr=12×Min(Wij)p=90%为选取的百分数；Wr=12×Min(Wij)p=90%Wr=12×Min(Wij)p=90%为统计年数。依据《水利水电建设项目水资源论证导则(SL525-2011)》、《河湖生态环境需水计算规范》，K值选取范围为10%～30%。对于重要水利工程计算节点河道生态基流的确定，原则上，一般根据多年平均流量的10%～20%确定。

本项目综合考虑了各季节环境因素的影响，K值的选取也有所不同。考虑到三屯河流域及河道的相关特性，包括在建水利工程的影响因素，插补后径流量计算及实测径流量计算中论证选取K值为15%；考虑到三屯河流域及河道两岸的动植物在丰水期(4-9月)需水量处于全年的高峰阶段，同时此时间段也是相关应急防汛工作的关键时期，大量下泄水有利于下游河道及两岸生态向好发展和保障下游防汛安全，论证选取此期间K值为20%。三屯河流域及河道两岸的动植物在枯水期(10月-来年3月)需水量处于全年的最低阶段，两岸的植物生长基本停滞，因此论证选取此期间K值为10%。

2.1.2 90%保证率的最小月径流量法

保证率法一般是在含水量很小的河流中使用，在使用的时候对水文观测资料有比较高的要求，一般需要高于20 a。他是以90%保证率下的最枯月平均流量作为生态的基流。

本次实测流量资料采用碾盘庄水文站1973-2017年的相关数据，将每一年的最小月平均流量值换算成月径流量，计算出各个月份的平均径流量，主要以P-Ⅲ型曲线为主做频率曲线，取此期间段年径流量的算术平均值为主，在计算的时候要先确定好Cv、Cs的数值，需要注意的是：在计算时主要考虑理论频率与经验点据拟合较好为原则，同时也兼顾到统计参数的确定和推求最小月径流量是否合理[1]。

2.1.3 7Q10法

水文计算法还有一种方法叫做7Q10法，7Q10法就是以连续最枯7日的平均流量为主作为生态基流，保证率需要控制在90%以下，一般7Q10法主要应用在一些开发利用率比较高的河流中使用，对水文观测资料的要求也需要在20 a以上。

2.2 计算成果

Tennant法、90%保证率的最小月径流量法和7Q10法三种方法计算碾盘庄水文站控制断面河道最小生态水量详见表1。

表1 碾盘庄水文站控制断面河道最小生态水量成果表

2.3 碾盘庄水文站控制断面以下河道生态水量的合理性分析

通过以上三种计算方法进行分析，第一种方法是采用年径流量系列的平均值乘以生态流量百分数得到的，生态流量年内枯水期按多年平均的10%计算，丰水期按多年平均的20%计算，计算结果较实际明显偏大，故不予推荐。第二种计算方法是直接采用1973-2017年的相关实测流量数据，通过相关计算后，得到90%保证率的最小月径流量作为河道最小生态水量。通过分析三屯河河道内生态需水要求，该方法计算成果明显偏大，因此不推荐。因为7Q10法在使用的时候必须以最枯7日的平均流量作为主要的生态流量，所以该法计算出来的生态流量能够维持河道不发生断流，在此基础上又充分考量了水环境容量，计算结果较为合理[2]。

3 国内外研究水平及趋势

生态基流的研究是河流生态课题中一个新的热点领域。近年，国内外对河流生态流量方面的学术研究成果不断探索创新。通过调查发现：目前河道内生态需水量有近200余种的计算方法，主要以水文学法、综合法、水力学法、水文生物分析法等内容为主，每种方法在使用的时候都需要计算以下信息：水位信息、生境资料、长序列实测流量信息等，这些信息对计算有非常重要的帮助，可以提高计算的准确率。

水力学法中常用湿周法计算生态需水量，用湿周法计算生态需水量时要满足临界点的流量要求，这样才能提高生境需求对流量变化的灵敏度。要想更好的保证河流流动过程中正常的生态功能的使用，必须要在流动的过程中保持好河道生态需水量的流动工作。对新疆天山北坡中小河流而言寻求湿周-流量关系曲线中的临界点存在较大误差，适用性不强。出现这种情况的主要原因就是河流主流的摆动不稳定，引发高水时断面冲域发生变化，最终没有办法真正建立出符合实际情况的湿周和断面的关系。

实践证明由于河流特性的不同，适用于有实测流量资料的新疆多数河流采用的计算方法多为水文学方法，本项目针对水库,水利工程建设对下游河道生态环境的影响等问题,以满足河流最基本的稀释自净功能,维持河道稳定及生物多样性为目的，综合国内外现有多种生态流量计算方法,对本项目典型河道断面的生态基流进行了计算分析。本项目主要采用“Tennant法”、Q90法、7Q10法进行分析计算，通过分析不同方法的计算结果优劣与适用性条件，最终合理确定三屯河河道各断面生态水量[3]。

4 结语

三屯河生态水量分析研究，为了更好的利用好水资源和河道上、下游联合调度的资源和利用，要先做好生态保护工作，把“河长制”工作内容更好的落到实处，最终达到可持续利用的目的，更好的为整个社会经济的发展和河道生态水量奠定更多科学依据的基础；项目提出了水行政部门应充分通过河流水系自然连通与人工连通相结合、水利拦(调)蓄工程相连通等措施，构建生态水网体系，增加三屯河河流生态基流量，保障河道生态用水的合理建议，进一步增强了管理部门对生态基流量调度的可操作性。按照维护河流健康、促进两岸水资源合理利用和有效保护的要求，对流域水资源开发利用不合理的方面，研究提出水资源配置调整、控制利用与河道生态保护的管理指导意见，以及加强河道生态保护管理的政策制度合理建议和保障河道生态用水的合理建议。