基于典型水文频率方法的新疆开都河生态需水量计算

克斯尔·卡合曼

(新疆巴音郭楞水文勘测局，新疆 库尔勒 841000)

人类对水资源的开发和利用伴随着社会经济的不断发展和进步其程度和强度都日益增长[1-2]。河流的水文情势及水文过程随着大规模水利工程的修建发生较为明显的改变[3]。河道内水量受流域内水利工程的开发和利用逐步减少，河道水生态环境遭受不同程度的恶化[4]。全球有近一半的河流生态系统由于不合理的水资源开发产生明显退化[5]。越来越多研究成果表明保持河道内生态流量是维持河流生态系统健康的首先条件[6]。开都河位于新疆巴音郭楞蒙古自治州境内，是区域内第一大河流，区域多年水资源量较高，是其区域内灌区主要水源[7]。开都河流域作为新疆中部通道主要水域节点，区域经济社会发展和其水资源开发利用和可持续发展紧密相关[8]。然后在当前全球气候变化及人类活动日益增强的大背景下，开都河流域水生态环境出现不同程度的退化，亟需加大对区域水资源的生态保护。为此本文结合开都河大山口水文站1960-2019年实测水文资料，采用当前在国内应用较为成熟的典型水文频率方法[9-12]对其河道生态需水量进行计算。计算成果对于新疆开都河生态保护具有重要的参考价值。

1 研究方法及数据来源

1.1 研究方法

典型水文频率方法是基于河流实测来水资料分析的基础上对其丰水及枯水年份进行等级划分，划分计算标准方程为：

(1)

其中在方程中E表示为水文站径流实测值的距平率(%)；Qi表示为水文站年径流量实测值(108m3)；Qn表示为水文站径流量实测值的多年均值(108m3)。按照新疆地区径流变化特点并结合《水文基本术语和符号标准》(GB T50095-2014)对丰水年、枯水年及平水年的径流量距平百分率进行划分，划分标准如表1所示。

表1 不同来水年份划分标准等级

1.2 数据来源

本次开都河生态需水计算主要采用开都河大山口水文站实测径流数据资料，所有径流数据材料均采用可靠性、一致性、代表性的审查，大山口水文站是开都河出山口控制水文站，考虑资料的可靠性、一致性以及代表性，本文采用径流分析的资料数据序列从1970-2019年。

2 生态需水量计算及分析

2.1 开都河径流变化特征

结合大山口水文站1970-2019年实测径流资料数据序列，对其年径流量及其距平百分率进行变化特征分析，年径流变化特征分析结果如表1所示，并对其年内分配进行统计，统计结果如表2所示。

对表2大山口水文站年径流量进行统计分析，大山口水文站1970-2019年年径流总体呈现递增变化，年径流递增幅度约为1.435×108m3。各年份距平百分率总体呈现倒V型变化，1995年是大山口水文站年距平百分率变化的转折点，从1970年～1995年各年份年径流距平率总体为递减变化，而从1995-2019年各年份年径流距平率总体为递增变化。从大山口水文站径流年内分配统计结果可看出，年内来水量较大的时段主要集中在5-9月份，月平均来水流量都可以超过100 m3/s，7月份属于来水量最大的月份，其相应的月均径流量也最大。从10月份开始到第二年的3月份，属于枯水时段，月均流量和月均径流量都有较为显著的减少。

表2 大山口水文站年径流变化特征分析结果

表3 大山口水文站径流年内分配统计结果

2.2 开都河生态需水量的确定

结合表1不同丰水年、平水年、枯水年等级划分标准及大山口水文站不同年份保证率分析的基础上，对各年份年型进行确定，结果如表4所示，并采用典型水文频率方法对开都河生态需水量进行确定，确定结果如表5所示。

从大山口水文站不同来水年型确定结果可看出，开都河丰水年、枯水年、平水年规律变化不明显，特枯水年为1974年、1977年、1986年，偏枯水年具有一定的连续性，分别为1973年、1975年、1983年～1985年、2003-2004年、2012-2014年及2018年，丰水年相对较为集中，分别为1970-1971年、1994年、1996年、1998-2001年出现连续4年丰水年，2002年开始开都河出现丰水年的年份相对较少，仅在2016年出现丰水年，开都河出现平水年的年份相比其他年型较多，占总年份数的比例达到50%。年距平率最低的为1986年，为-30.68%，是开都河有记录以来最枯年份，以1986年的2月份来水量36.5 m3/s作为其生态最小水量，计算开都河全年生态最小水量值为11.59×108m3。

2.3 开都河生态需水量满足度的分析

基于典型水文频率方法对开都河年生态需水量结果，按照保证率进行年内生态径流量的分配，并与表2种大山口水文站多年径流年内分配结果对其最小生态需水量满足度进行分析，结果如表5所示。

从表5中可看出，按照典型水文频率方法下的开都河各月最小生态流量在大山口水文站月平均流量下其生态满足都均可达到100%，这主要是因为典型水文频率方法计算的生态需水量是按照满足特枯年份最小月流量计算得到的，因此其计算的生态需水量是按照来水最不利条件下进行相应的计算，因此按照多年月均流量计算的生态满足度均可达到100%。

表4 大山口水文站不同来水年型确定结果

3 结语

大山口水文站1970-2019年年径流总体呈现递增变化，年径流递增幅度约为1.435×108m3。各年份距平百分率总体呈现倒V型变化，1995年是大山口水文站年距平百分率变化的转折点，从1970-1995年各年份年径流距平率总体为递减变化，而从1995-2019年各年份年径流距平率总体为递增变化。

开都河年距平率最低为1986年，为-30.68%，是开都河有记录以来最枯年份，以1986年的2月份来水量36.5 m3/s作为其生态最小水量，计算开都河全年生态最小水量值为11.59×108m3。

典型水文频率方法计算的生态需水量是按照满足特枯年份最小月流量计算得到的，因此其计算的生态需水量是按照来水最不利条件下进行相应的计算，因此按照多年月均流量计算的生态满足度均可达到100%。

表5 基于典型水文频率方法生态需水满足度分析结果