芻議沙漠地區生態水利工程規劃設計

雷 臻

(新疆水利電力建設總公司，烏魯木齊830000)

1 工程概況

1.1 整體概況

新疆占我國國土面積的1/6，其中荒漠和沙漠面積占70%，綠洲面積占4.2%。新疆灌區具有悠久的灌溉歷史，南疆有大片耕地的山前傾斜平原，農牧業發展的自然條件優越，但水資源短缺，時空分布不均。整個新疆地區年平均徑流深48.2 mm，為全國平均值的17%;多年平均降雨量約為154.5 mm，為全國平均值的23%;年平均蒸發量約為2 000～3 000 mm，是典型的干旱氣候，蒸發量遠遠大于降水量，干旱指數一般在30以上，生態環境較為脆弱，許多骨干水利工程建設標準低，規劃設計不完善，資源利用率低，農業用水的利用率只有40%左右，嚴重影響了新疆的可持續發展。

1.2 案例工程概況

某水利工程所處區域全年晴多雨少，年均日照率高達62% ～64%，月際差別較大，年平均風速2.1 m/s，6—7月份是蒸發量最大月份，沙塵暴主要發生在4—9月。水源主要來自于四條河流和地下水，已建成5座引水樞紐工程，工程性防滲渠道3 000余km，排水渠道1 000余km，年引水量約12億m3，總體經多年建設完善較建設前取得了較好的經濟效益，社會指標有了一定增長，但工程質量不高，引水工程配套不完善，生態環境面臨著嚴重的影響。同時，人為的河流整治和渠道建設改變了河流的流動性和多樣性，使得該工程所在區域的水深、水溫和水文規律發生了變化，對生態系統造成的影響不容忽視。

2 面臨的問題

2.1 對農業生態環境的影響

新疆為保證糧食的生產和工業原料的供應，在沖積扇以下的沖積平原上認為的改造形成了大面積的人工灌溉綠洲，并把大面積的濕地和坡地改造成了旱地或水田，水土流失嚴重，生態失衡明顯。開荒破壞了植被，造成土地沙化;由于前期的水利工程規劃未從整體上考慮其生態功能，水利工程建成后，弊病開始暴露;同時，部分水利工程年久失修，滲漏灌溉網上水的滲漏使得地下水位普遍升高，灌溉水經渠道引水灌溉防滲和工程技術不完善造成水大量蒸發和滲漏，出現鹽化，對農業生態環境造成了一定的影響。

2.2 水資源過度開采

新疆屬水資源緊缺地區，由于水資源的過度開采和不合理使用，造成了大量浪費，建成的水利工程雖緩解了這一問題，但前期的過度開采和水利工程的部分區域不合理規劃使得該區域河流流域的地下水位下降驚人，高達近10 m，部分河流的主干支流甚至出現斷流和干涸。同時，水利工程建成后灌溉引水量增長較快，減少了維護自然生態的用水，造成該區域天然林、草地的枯死衰敗，綠州面積減少，干旱區自然生態的動植物多樣性逐漸變得單一。

2.3 水資源污染

水資源的污染使得可利用水減少，水利工程所包含的河流及灌溉渠在區域內的水環境自凈化能力接近0，排入的有害物質難以稀釋和降解，水的礦化度上升，其中1條河流的淡水只約占其年徑流量的35%，淡咸水反而占了大多數。該區域某3條河流礦化度近幾次的變化曲線如下:

圖1 某3條河流礦化度近幾次測定值

3 水利工程問題分析

3.1 控制性調蓄水庫缺乏

該地域干旱少雨，天然來水和灌區需水并不同步，難以滿足農牧業灌溉的需要。春季來水量有時還不能達到全年的10%，水庫調蓄能力的不足在農作物需水高峰期暴露無遺，使得灌區旱情嚴重。由于缺少灌溉調節水利工程，加上農牧業基礎較為薄弱，春秋季來水與用水矛盾突出，夏季來水占全年來水量的60%左右，而冬季的閑水又不能充分利用，對水資源的合理開發利用造成了不利影響。由于缺乏控制性骨干水利工程，且工程配套不完善，使得水面蒸發量與滲漏量較大達到了40% ～60%，水庫調蓄能力不足，超標準的短期水流量使泥沙淤積等問題十分突出，引水工程也受到了不同程度的破壞。

3.2 引水渠首工程規劃設計不完善

該區域建成的5座引水樞紐工程及幾千公里的防滲渠道和排水渠道由于配套不完善，設施設備逐漸老化，效益降低較快。引水工程的供水能力不足設計供水量的80%。某些灌區引水口為標準較低或者臨時性的設施，引水保證率無法保證;某些渠首規劃太集中，泥沙綜合處理存在問題;渠首引水比逐步提高，減少了沖沙水，造成引水渠首下游淤積抬高，河床斷面改變較大;另外，有的引水渠首位于寬闊的河床，主流擺動很頻繁，泄洪水流過于分散。

3.3 生態水利工程規劃意識不足

由于部分水利工程規劃設計時更多的是考慮經濟效益，忽略了對環境的影響，工程建成后后期配套設施仍按原規劃設計進行建造，環境效益隨時間的推移逐步下降。正是由于意識不足，才出現了在技術相對發達的今天和配套相對完善的條件下，利用率仍沒有得到很大改善。同時，相關激勵機制還不完善，存在動機機制問題。水資源的污染和過度開發也與此存在較大聯系。

4 生態水利工程規劃設計

4.1 明確規劃設計的原則

4.1.1 安全性與經濟性相結合原則

生態水利工程屬于綜合性工程，在水利綜合治理中不但要滿足人的需求，更要兼顧生態系統的可持續性發展。工程設施必須滿足設計標準，使其能夠承受自然力的荷載，如河流治理時要充分考慮河流泥沙輸移、淤積、侵蝕和沖刷等，確保河流生態修復工程的耐久性。同時要遵循風險最小和效益最大原則，在規劃設計時對帶有一定風險程度的生態水利工程進行方案比選，針對生態系統的定點監測和評估要足夠重視。

4.1.2 自我恢復原則

生態工程規劃設計是一種“指導性”的設計，需要依靠水利工程生態系統的自設計和自組織功能，由水利工程聯接區域的自然界選擇合適物種，以此形成合理結構，完成和實現規劃設計。因此，新水利工程的建設和舊水利工程的改造都必須放棄原始的控制自然界的動機，樹立嶄新的工程理念，利用生態系統的自我恢復功能實現人與自然的和諧。

4.1.3 反饋調整原則

生態水利工程系統的成長和形成是一個較為長期的過程，發展的趨勢是增加和提高結構的復雜性、生物群落的多樣性、系統的有序性和內部的穩定性，同時，整個水利生態系統對外界干擾的抵抗力也逐漸增強，這是一個長期的過程，期望水利系統的修復能夠短期奏效是不現實。為盡快完成系統的建立，規劃設計時可模仿成熟的水利工程生態系統結構，建立最終可形成的健康、可持續的生態系統。由于時間較長和水利工程生態系統的自我修復能力的存在，在形成成熟系統的過程中充滿了許多不確定性，這就需要不斷進行生物和水文監測并盡快反饋進行評估。通過對話和協商尋求共同利益，加強多學科的交流和融合，提高設計的科學性。

4.2 改善措施

4.2.1 加固水利工程

對于進水閘泥沙沉積和引水量不能滿足引水要求的彎道渠首，改建時主要是對彎道進行縮窄，加大彎道曲率，利用用水少的間歇過程和汛期集中暢泄。根據原有淤積現狀及渠道的特點對其進行改造和除險加固。位于高烈度區的水庫，除險加固要加寬加厚壩體，增強其穩定性，插入土壩部分的黏土區土料要盡可能采用高塑性含黏量的土料填筑。明渠排水在該區占有很大比重，仍以排水干、支渠為主控制地下水位，應逐步開展灌區豎井排灌。在地下水位較高、適于開采的區域建立水源地，開采地下水，以控制地下水位，減少無效蒸發。

4.2.2 引入節水灌溉技術

該區灌溉面積中絕大部分為地面灌溉，浪費比較嚴重，節水潛力很大。目前，膜上灌、低壓灌、滴灌、噴灌和壓管灌等灌溉新技術具有明顯的節水功效。《新疆綠州農業學》以種植棉花為例對各類灌溉技術的成本和效益進行了對比，見表1。

表1 不同灌溉技術的成本與效益比較

根據上表的對比，結合該區域各地實際情況，選擇合適的灌溉新技術。該區域蒸發強烈，滲漏厲害，建議采用膜下節水滴灌，減少蒸發的時候也同時降低鹽堿在耕作層表面的積累，改造該區的低產田及改善灌區下游生態環境。

5 結論

新疆是沙漠面積大，是一個干旱缺水的地區，水利工程的建設不但要結合實際不斷調整和完善，更要注重可持續發展。要盡量做到水資源利用效率的提高與灌區保護和下游生態環境保護相結合，合理開發利用地下水，控制地下水位。做好水利工程的規劃設計，促成生態環境的良性循環，促進地區經濟的可持續發展。

［1］張紅麗.新扭節水生態農業系統理論與制度創新研究［D］.武漢:華中農業大學，2004.

［2］李山，李擎坤.新疆農牧灌區建設與水利工程規劃設計［J］. 灌溉排水學報，2004，23(3):56-60.

［3］張俊芝.水利水電工程理論研究及技術應用［M］.武漢:武漢工業大學出版社，2000.

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