淺析塔里木河干流河段水量滲漏

何向東

(阿克蘇水文勘測(cè)局,新疆 阿克蘇 843000)

1 概述

塔里木河是國(guó)最長(zhǎng)的內(nèi)陸河,干流位于塔克拉瑪干沙漠北部,自葉爾羌河、和田河及阿克蘇河匯合口起點(diǎn)肖夾克開始至臺(tái)特瑪湖,全長(zhǎng)共 1 321 km,是中國(guó)最長(zhǎng)的內(nèi)陸河。按塔里木河干流地貌特征,將阿拉爾至英巴扎劃為上游,英巴扎至恰拉為中游,恰拉至臺(tái)特瑪湖為下游。流域水系演變頻繁,主河道自身多次南北擺動(dòng),地形為西高東低、北高南低,由西向東傾斜,河流具有游蕩性,南北擺幅達(dá) 80～130 km。屬平原型河流。塔里木河干流自身不產(chǎn)流,干流水量主要由阿克蘇河、葉爾羌河、和田河三源流補(bǔ)給。上游河段河道比較順直,汊流少,水面較寬,一般在500～1 000 m, 河漫灘發(fā)育明顯,階地發(fā)育不明顯。中游段河道彎曲,水流緩慢,水面寬度明顯減少,一般在200～500 m。

圖1 塔里木河水系示意圖

其干流不產(chǎn)流,屬純耗散性河流,其中河道徑流在河道運(yùn)行過程中通過河床滲漏補(bǔ)給地下水,是沿岸植被生態(tài)需水的重要來源。根據(jù)水文斷面分布,將塔里木河上游分為阿拉爾～新渠滿、新渠滿～英巴扎兩河段,中游為英巴扎～烏斯曼、烏斯曼～恰拉兩河段,下游為恰拉～臺(tái)特瑪湖河段。

2 數(shù)據(jù)來源及計(jì)算方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文在計(jì)算時(shí)采用了 2006-2018 年阿拉爾、新渠滿、英巴扎、烏斯曼、阿其克及恰拉等水文站的月徑流數(shù)據(jù);上游阿拉爾、新渠滿和中游英巴扎、沙吉力克、沙子河口、烏斯曼、阿其克、鐵依孜、恰拉監(jiān)測(cè)斷面地下水?dāng)?shù)據(jù);塔里木河下游大西海子、英蘇、阿拉干、依干不及麻、臺(tái)特瑪湖等 5 個(gè)地表水監(jiān)測(cè)斷面,12 個(gè)地下水監(jiān)測(cè)斷面和 3 個(gè)土壤水監(jiān)測(cè)斷面,及 77 眼地下水監(jiān)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 上中游滲漏水量計(jì)算

根據(jù)地下水動(dòng)力學(xué)的基本定律——達(dá)西定律,河水下滲水量的計(jì)算公式為:

QR=WLq R=K等效WL(hR-hG)/△L

(1)

式中:QR為河段滲漏量(m3),K等效為滲透系數(shù)(m/d),本文利用河段采樣點(diǎn)滲透系數(shù)均值,W為河寬(m),L為河長(zhǎng)(m),hR為河道水位(m),hG為地下水位(m),△L為河道水量補(bǔ)給地下水路徑長(zhǎng)度(m),地下水位hG與△L為實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)。根據(jù)以往研究成果,塔里木河干流阿拉爾～新渠滿、新渠滿～英巴扎、英巴扎～烏斯?jié)M、烏斯?jié)M～恰拉河段滲透系數(shù)均值分別為 0.053 m/d、0.139 m/d、0.191 m/d、0.265 m/d(t=20 ℃)。

根據(jù)前人研究成果研究成果,河流水面寬度W及河道水位hG可根據(jù)斷面徑流流量求出,各段河流水面寬度 W 及河道水位 hR 計(jì)算公式為:

WAL=15.582QAL0.498 5

(2)

hR-AL=0.409Ln(QAL)

(3)

式中:WAL為阿拉爾水文斷面水面寬度(m),hR-AL為阿拉爾水文斷面河道水位,QAL為阿拉爾水文斷面徑流量(億 m3)。

WXQ=24.476QXQ0.380 9

(4)

hR-XQ=0.409Ln(QXQ)

(5)

式中:WXQ為新渠滿水文斷面水面寬度(m),hR-XQ為新渠滿水文斷面河道水位,QXQ為新渠滿水文斷面徑流量(億m3)。

WYB=24.476QYB0.177 6

(6)

hR-YB=0.8 hR-XQ

(7)

式中:WYB為英巴扎水文斷面水面寬度(m),hR-YB為新渠滿水文斷面河道水位,QYB為英巴扎水文斷面徑流量(億 m3)。

2.2.2 下游水量平衡計(jì)算

河道水量平衡包含包氣帶補(bǔ)給水量、地下水補(bǔ)給量、河道水面蒸發(fā)量和尾閭湖泊的入湖水量。其中,河道沿岸包氣帶補(bǔ)給量主要用于裸地蒸發(fā)、植物蒸騰、及增加土壤含水量。塔里木河下游大西海子至臺(tái)特瑪湖生態(tài)輸水的水量平衡方程如下:

W下= W包+W地下+W蒸發(fā)+ W入湖

(8)

式中:W下為大西海子水庫下泄水量,即下游河道來水總量;W包為輸水間河道沿岸包氣帶的補(bǔ)給水量,包括輸水期內(nèi)騰發(fā)量與包氣帶凈增水量;W地下為輸水期內(nèi)河道沿岸地下水補(bǔ)給量;W蒸發(fā)為輸水期間河道水面蒸發(fā)量;W入湖為進(jìn)入臺(tái)特瑪湖水量。

3 塔里木河上中游滲漏水量變化特點(diǎn)

3.1 上中游滲漏水量變化特點(diǎn)

塔里木河干流河床平坦寬闊,地表水下滲補(bǔ)給地下水具有良好的水文地質(zhì)條件,利用各河段徑流及沿岸地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)推算出各河段逐年滲漏水量,結(jié)果如表1所示。

表1 塔里木河上中游滲漏水量總體特征

根據(jù)表1,2006-2018年之間塔里木河干流上中游平均滲漏水量為 10.64 億 m3,其中阿拉爾～新渠滿、新渠滿～英巴扎、英巴扎～烏斯曼及烏斯曼～恰拉河段滲漏水量均值分別為 2.92 億 m3、2.82 億 m3、2.68 億 m3及 2.22 億 m3,分別占總滲漏水量的 27.47%、26.48%、25.16%及 20.88%。單位河長(zhǎng)滲漏量均值為 125.87萬 m3/km,其中阿拉爾～新渠滿河段單位河長(zhǎng)滲漏水量為 154.58萬 m3/km,英巴扎～烏斯曼河段次之,為149.52萬 m3/km,新渠滿～英巴扎與烏斯曼～恰拉河段單位河長(zhǎng)滲漏水量較為接近,分別為 109.18萬 m3/km、101.42萬 m3/km,阿拉爾～ 新渠滿為塔里木河干流起點(diǎn)河段,來水量較大,河道內(nèi)水位較高,且河床寬闊, 因此滲漏能力較強(qiáng),單位河長(zhǎng)滲漏水量較大;英巴扎～烏斯曼流速較慢,河床沉積物質(zhì)地較粗,滲漏能力也較強(qiáng)。

3.2 上中游滲漏水量逐年變化特點(diǎn)

受源流區(qū)來水影響,塔里木河干流來水存在顯著的年際變化特征,滲漏過程與來水過程密切相關(guān),本報(bào)告基于滲漏水量逐月計(jì)算結(jié)果,分析厘清 2006-2018 年的滲漏水量變化特點(diǎn)(圖 2)。2006-2018 年之間,塔里木河干流滲漏水量年際變化顯著,總體介于 8.56 億 m3(2014年)～14.54億 m3(2017 年),2006-2009 年之間不斷減少,2010 年增大,2011-2013 年之間變化較小, 2014-2018 年滲漏水量呈現(xiàn)增加。從各河段滲漏水量占比來看,2006-2009 年之間,阿拉爾～新渠滿和新渠滿～英巴扎滲漏水量所占比例逐漸增大,2010-2018 年之間,塔里木河上游(阿拉爾～新渠滿和新渠滿～英巴扎)和中游(英巴扎～烏斯曼和烏斯曼～恰拉)所占比例變化較小,總體呈現(xiàn)出滲漏水量越小,上游(阿拉爾～新渠滿及新渠滿～英巴扎)滲漏水量所占比例越大,如 2009年,滲漏水量?jī)H9 億 m3,阿拉爾～新渠滿和新渠滿～英巴扎占比達(dá)到 84.44%;反之,阿拉爾～ 新渠滿和新渠滿～英巴扎所占比例越小,如 2010年,滲漏水量達(dá)到 12.69億 m3, 阿拉爾～新渠滿和新渠滿～英巴扎所占比例僅為 44.37%。這與當(dāng)年來水情況有關(guān),來水偏少的年份干流來水在上游河段大量消耗,至中游英巴扎斷面來水量極小,造成中游河段滲漏水量明顯小于上游河段。

圖2 2006-2018 年塔里木河干流滲漏水量變化(A)及各河段占比(B)特點(diǎn)

3.3 上中游滲漏水量年內(nèi)分布特征

塔里木河是一條季節(jié)性河流,年內(nèi)存在明顯的豐枯變化,為厘清滲漏水量的年內(nèi)分布特征,本報(bào)告利用2006-2018 年塔里木河干流各河段逐月滲漏水量計(jì)算數(shù)據(jù),求出每月的平均滲漏水量,見圖3。塔里木河干流上中游滲漏水量主要集中在7-9月份,共占年平均滲漏水量的 65.74%,其中8月份滲漏水量最多,占33.15%。11月至次年 4 月僅占年平均滲漏水量的15.2%。

圖3 2006-2016 年塔里木河干流滲漏水量年內(nèi)分布特征

3.4 滲漏水量與來水量關(guān)系分析

根據(jù)前文分析,塔里木河干流上中游滲漏水量存在顯著的年際和年內(nèi)變化, 而來水量是造成這種差異的主要原因。因此,本報(bào)告利用各斷面的逐月徑流數(shù)據(jù)和各河段逐月滲漏水量數(shù)據(jù),擬合兩者的關(guān)系方程,明確來水與滲漏水量關(guān)系(圖4和表2)。

表2 斷面來水與河段滲漏水量擬合方程

圖4 斷面來水與河段滲漏水量擬合方程

根據(jù)圖 4 和表2,斷面來水與河段滲漏水量均呈顯著的正相關(guān)關(guān)系,即隨著來水量的增加滲漏水量也呈增加趨勢(shì)。其中,烏斯曼～恰拉滲漏水量與斷面來水?dāng)M合關(guān)系最好(R2=0.887 7),英巴扎～烏斯曼擬合關(guān)系最差(R2=0.639 7)。但隨著來水量的持續(xù)增加,滲漏水量增長(zhǎng)幅度逐漸減小,這與河道本身水文地質(zhì)條件相關(guān),來水量的增加使得河道水位及水面寬幅不斷增加,滲漏水量進(jìn)而增多, 但隨著來水量的持續(xù)增加,受河道形態(tài)影響,河道內(nèi)水位及水面寬幅增加幅度減緩,且徑流會(huì)漫過堤防,形成漫溢跑水,從而使得滲漏水量增速放緩。

4 結(jié)語

通過計(jì)算,塔里木河干流2006-2018 年之間上中游平均滲漏水量為 10.64 億 m3, 其中阿拉爾～新渠滿、新渠滿～英巴扎、英巴扎～烏斯曼及烏斯曼～恰拉河段分別占總滲漏水量的 27.47%、26.48%、25.16%及 20.88%;上中游滲漏水量主要集中在7-9月份,共占年平均滲漏水量的65.74%,其中8 月份滲漏水量最多,占33.15%;斷面來水與河段滲漏水量均呈顯著的正相關(guān)關(guān)系,即隨著來水量的增加滲漏水量也呈增加趨勢(shì)。其中,烏斯曼～ 恰拉滲漏水量與斷面來水?dāng)M合關(guān)系最好(R2=0.887 7),英巴扎～烏斯曼擬合關(guān)系最差。