塔里木河干流河道水量损失规律分析

刘新华

(新疆维吾尔自治区水土保持生态环境监测总站，新疆 乌鲁木齐 830000)

河道水量损失(以下简称河损)主要是指河道内水量的蒸发、渗漏和漫溢损失量，主要补给生态环境用水。河损量是河流水量的重要组成部分，又是难以实测的水量。该水量在宏观上虽具有一定的规律性，但影响因素很多，变化极为复杂。塔里木河(以下简称塔河)流域自2002年开始开展限额用水和水量调度工作，以往流域水量调度中，每年都会给塔河源流和干流各河段下达限额用水指标和下泄水量目标[1]。年终核算时，往往限额用水指标能够完成[2]，而实际下泄水量与目标存在较大差距[3]。其主要原因是与下泄水量密切相关的河损规律不清，使得确定的下泄水量目标不完全切合客观实际。

探究塔河干流河损特征，查明年际间或年内不同时段各个河段水量损失的影响因素及其变化规律，是加强内部管理，落实分河段管理责任，进行水量预测，确保按目标落实水量下泄任务的一项基础性工作，可为塔河干流实行最严格的水资源管理制度提供技术支撑。

1 塔河干流基本情况

塔河干流位于塔里木盆地北缘，全长1321km，西起阿克苏河、叶尔羌河、和田河三河汇合口肖夹克，东至尾闾台特玛湖[4]，流域面积1.76万km2，海拔高程760～1020m。干流区属大陆性暖温带极端干旱气候，降雨稀少，蒸发强烈[5]。塔河干流是典型的内陆河流，自身不产流，目前与干流有地表水水力联系的有和田河、叶尔羌河、阿克苏河和开都-孔雀河[6]。塔河干流上游阿拉尔断面年均径流量46.4亿m3。干流沿岸建有输水堤649.5km，分水枢纽4座，闸(堰)等引水工程74个。设置有阿拉尔、新其满、英巴扎、乌斯满、阿其克、恰拉等基层管理站对沿线水利工程进行维护和管理。其中：英巴扎以上为塔河干流上游，英巴扎-恰拉为中游，恰拉以下为下游。水系分布如图1所示。

图1 塔河干流水系分布示意图

2 资料的采用及分析方法

按照干流沿线管理站的分布情况和各站管理划分职责，将塔河干流划分为六个河段，见表1。塔河干流自身不产流，降水忽略不计，引水闸口引出的水量全部用于农业灌溉和补充生态用水，不存在回流。同时，塔河干流绝大部分区域为宽浅式河床，两岸地下水埋设较深，地下水回补河道水量基本可忽略不计[7]。

根据各河段来水量、引水量、下泄量等实测数据，采用水量平衡分析法推算河损量[7]，进而探索干流六个河段河损量与来水量的内在规律。需要说明的是，大西海子水库以下为水量的纯耗散区，在塔河近期综合治理规划中确定年均下泄水量目标3.5亿m3，本文不做分析。

表1 塔河干流河段划分基本情况

2.1 资料采用

塔河干流各断面水文数据由新疆水文局提供或干流基层管理站实际监测资料，引水数据为干流基层管理站实际监测资料。因2005以前干流引退水口数据不完整，本次分析采用2005年以后的数据。

2.2 回归分析法

影响河损大小最主要的因素是河道的来水量，本文重点分析各河段年度来水量和月份来水量与河损量之间的关系。

年际间河损规律采用河段上断面实测年来水量(x上)和该河段的实际年河损(Y损)绘制相关图，建立回归方程式(1)，并采用统计学方法对方程进行检验。

Y损=f(x上)

(1)

对塔河干流而言，水头通过河段上断面后，一般需要5～10d才能到达下断面。同时，月份间河损需要考虑该河段槽蓄量的变化，但槽蓄量又难以实测获得。因此，采用月河损量(Y损)与当月河段来水量(x1)和上月河段来水量(x2)建立二元非线性回归方程式(2)[8- 9]，并对方程进行检验。

(2)

3 结果与分析

3.1 塔河干流各河段河损的描述性统计分析

塔河干流各河段2005—2013年多年平均上断面来水量，河损、河损率和单位河长损失量及下泄水量情况见表2。

表2 塔河干流各河段多年平均河损情况统计 单位：亿m3

注：部分分界断面为分水枢纽，扣除枢纽分水量，上河段下泄水量和下河段来水量间存在差异。

总体而言，塔河干流上游阿拉尔断面多年平均来水量46.4亿m3，阿拉尔-恰拉河段年均河损量为25.81亿m3(恰拉-大西海子段含水库库损，不包含在内分析)，占阿拉尔来水量的55%，每公里河段河损为0.03亿m3。

6个河段中英巴扎-乌斯满河段单位河长河损量最大，为0.042亿m3，与英巴扎大桥以下北岸胡杨林公园段无堤防，漫溢跑水量大有关；阿其克-恰拉河段单位河长河损量最小，为0.013亿m3，与该河段部分年份存在断流，河段来水量小有关。

总体而言，塔河干流上游河段河损大于中下游，这除了与上游河段比中游长外，可能原因有：①上游段输水堤少，汛期洪水漫溢量大，河损相应较大，中游河段沿河均有输水堤，水量相对集中，河损相应较小；②上游段河道水面较宽，夏季水量蒸发损耗较大。

3.2 多年平均河损年内分配规律分析

塔河干流阿拉尔-恰拉河损量随阿拉尔来水量月变化过程如图2所示。

图2 阿拉尔-恰拉段来水量与河损量年内逐月变化

从图2可以看出，塔河干流是典型的季节性河流，汛期7、8、9月来水量大，其他月份来水较小。河损量与阿拉尔来水量变化过程一致，汛期河损量较大，峰值出现在8月，河损最大也出现在8月，这与来水量越大，蒸发、渗漏和漫溢等损失量越大的基本规律一致。干流11月河损最小，其原因可能是汛期过后，河道沿线地下水位抬升，蒸发渗漏损失变小；另外，汛后主河道漫溢出的水量也有部分回归，汇入主河槽有关。

3.3 塔河干流各河段年河损规律分析

3.3.1 英巴扎-乌斯满河段年河损规律分析

由于各河段分析方法相同，以英巴扎-乌斯满河段作为典型河段，分析其年河损量与河段来水量的对应关系，建立二者回归方程，如图3a—3b所示。

图3 塔河干流英巴扎-乌斯满河段河损量与来水量关系图

英巴扎-乌斯满河损量与来水量拟合曲线可以看出，拟合曲线斜率为正，且斜率逐渐增大。表明河段的河损随英巴扎来水量增大而增大，且增大趋势逐渐增加。建立回归方程如下：

Y损=0.0121x2-0.2176x+2.4351

(3)

回归方程统计检验结果表明：R2=0.9661，表现为高度相关；F检验表明：p=0.000<0.01，回归方程极显著。

3.3.2 塔河干流各河段年河损规律分析

采用同样方法，对塔河干流6个河段年河损量与来水量分别建立回归方程，并对方程显著性进行统计学检验，见表3。

表3 塔河干流各河段年河损与河段来水量回归方程

从表3可以看知，塔河干流各河段河损量与来水量均呈一定的线性或曲线相关，总体而言河损量随河段来水量增加而增大，但增加的速率有差异，各河段的相关程度不同。上游的2个河段河损与来水量的相关性较差，回归方程检验均不显著(p>0.05)；中下游的4个河段相关性较好，回归方程检验呈显著或极显著相关(p<0.05或p<0.01)。上游河段占据地理优势，水量充沛，河道基本不出现断流，两岸地下水埋深较浅、河床土壤水分基本饱和，这可能是导致其河损与来水量的相关性不显著的主要原因，存在其他因素对河损量产生影响。中下游河段因受河流季节性变化特征的影响，基本上每年冬春季均出现断流，沿岸地下水埋深相对较深，河段河损表现出与来水量显著相关，充分说明中下游河段的来水量是河损量大小最主要的影响因素。

3.4 塔河干流各河段月河损规律分析

3.4.1 英巴扎-乌斯满段月河损规律分析

考虑河流水头下泄过程的滞后性，就某一河段而言，河段月份的河损量可能与当月河道来水量和上个月河道来水量有关。通过统计分析，建立英巴扎-乌斯满当月河损量(Y损)与英巴扎当月来水量(x1)、上月来水量(x2)的回归方程如下：

(4)

回归方程统计检验结果表明：判定系数R2=0.94，相关程度高；回归方程F检验显著性概率值p<0.001，方程极显著；x1、x2的回归系数t检验显著性概率值p<0.1，表明河段的河损量与英巴扎当月来水量及上月来水量均存在相关关系。

表4 塔河干流各河段月河损量与当月来水量和上月来水量的回归方程

通过已建立的回归方程，计算2005—2013年英巴扎-乌斯满河段河损逐月拟合值，并将拟合值与实际值进行绘图对比，如图4所示。

图4 塔河干流英巴扎-乌斯满河段逐月河损过程模拟

对比英巴扎-乌斯满河损拟合值与实际值可以看出，拟合值很好的模拟了实际值的变化过程，回归方程可信度较高。部分月份出现负值，基本上出现在汛后9—11月，主要是河道汛期漫溢回归主河槽所致。

3.4.2 塔河干流各河段月河损规律分析

采用上述同样方法，对塔河干流6个河段月河损与来水量建立回归关系方程，并对方程显著性进行统计学检验，见表4。

从表4可知，塔河干流阿拉尔至大西海子段6个河段月份的河损量与该河段当月的来水量和上月的来水量建立的二元回归方程F检验均呈极显著(p<0.001)，回归方程可信；回归系数经t检验表明当月来水量和上月来水量与该河段月河损量均呈相关关系(p<0.1)。从回归方程系数来看，当月来水量在对河段河损量的影响权重普遍显著高于上月来水量的影响，且均为正相关(系数为正值)，表明当月来水量越大，本月河段的河损量越大；上月来水量对河损量的权重偏低，且均为负相关(系数为负值)，表明上月来水量越大，本月河损量越小。可能是由于上月来水越大，该河段漫溢、下渗和土壤吸收的水量就会越多，挤占本月河道水量损失的空间越大，因此对河损量表现为负的影响。

4 结语

通过分析塔河干流各河段河损量特征，建立各河段月河损量与当月来水量和上月来水量的二元非线性回归方程。为塔河干流当前开展的分河段月初下达水量调度指令、月末确定下泄指标、滚动修正年度下泄任务提供了较为可靠的技术依据，同时也为整个流域提供了一种可借鉴的河损规律分析方法。

河道损失影响因素众多，包括每个河段地下水位、河段的漫溢范围等，本文仅仅分析探索了来水量变化一个因素，虽然得出了一些规律性的结论，对塔河干流水量分配、调度有一定的指导意义。但要实现精细化水量调度的目标仍需要进一步深入探索研究。