基于水量平衡原理的水循環要素動態分析

蘇 君，馬志軍

基于水量平衡原理的水循環要素動態分析

蘇 君，馬志軍

（新疆伊犁州水利電力勘測設計研究院，新疆伊犁835000）

通過對2000，2010年水循環變化數據的計算和2020，2030，2040年數據預測，得到流域水資源消耗量、排水溝排水量、地下水消耗量及補給量均在減少，地下水位顯著下降，區域未來水循環受人類的影響程度減弱，水資源循環通量的減小程度減緩，水循環進程的加快程度放慢。合理配置塔里木河流域地表水資源、適度開發利用地下水可以緩解灌溉高峰區的供水矛盾，有效控制地下水位，減緩流域自循環能力減弱趨勢，保證流域水資源及整個新疆的的可持續發展。關鍵詞：水循環要素；人類活動；塔里木河流域

1 概況

塔里木河流域水資源總量429億m3，其中地表水資源量398.3億m3，地下水資源量30.7億m3。塔里木河流域屬典型的溫帶干旱大陸性氣候，光熱資源十分豐富，流域內干燥多風，日氣溫差較大，降水稀少，蒸發強烈。

早期塔里木河流域九大水系均匯入塔里木河干流，但由于自然和人類的原因，目前只有阿克蘇河、葉爾羌河、和田河、開都—孔雀河有水匯入塔河干流，形成“四源一干”的流域格局。

2 數據來源及方法

2.1 數據來源

采用塔里木河流域當地的氣象、土地利用格局、農業灌溉制度、流域水文地質條件等相關資料分別進行分析、計算并整理。2000，2010年數據為灌區實際的引水量、氣象、土地利用、種植結構等資料進行水循環過程計算。通過大量查閱塔里木河流域水循環預測數據，得到每一項水循環要素的變化趨勢，在2000年和2010年的數據基礎上，根據相應的增長或減小比例推算出2020，2030，2040年的水循環要素基礎數據。

2.2 研究方法

塔里木河流域下墊面因素（地形、土壤類型、植被覆蓋）和氣象因素的變化比較明顯，為了反映這些因素的影響及人類活動和氣象條件對水循環過程的干擾，根據引水干渠覆蓋的灌溉區域劃分為阿克蘇流域灌區、葉爾羌河流域灌區、和田河流域灌區、開都—孔雀河流域灌區、塔里木河干流灌區5個子單元，由于塔里木河流域種植結構較為單一，作物種類因素可以忽略不計，將塔里木河流域劃分為5個計算單元。每個計算單元都對應了相應的縣市、引水干渠灌溉區域和排水干溝排水區域。主要包括：區域水資源消耗量計算，排水溝排水量計算，地下水補給量計算，地下水消耗量計算。

3 結果分析

3.1 流域引水量及總蒸發消耗量計算

3.1.1 生活工業耗水量計算

塔河網規劃的方案，50%來水頻率下2010年塔里木河流域引水量將從2000年基準年的176.40億m3減少到2010年的145.42億m3，根據塔河網《塔里木河流域生態經濟水資源合理配置》規劃的方案，假定各干渠的相對引水比例和引水過程保持與基準年2000年相同，從而對未來塔里木河流域引水總量進行計算，計算得2020，2030，2040年引水總量分別為119.24億，97.78億，80.18億m3。

3.1.2 流域總蒸發量的計算

塔里木河流域流域2000年灌區面積125.53萬hm2，其中農田95.13萬hm2，林草30.40萬hm2，2010年灌區面積擴大159.67萬hm2，塔里木河干流灌區實行退耕，對人均耕地較少的和田河流域可適當的發占耕地面積，所以2020，2030，2040年農田蒸發消耗量較現狀年均會減小。

現狀年內生態用水指標為：林地4500m3/hm2，草地2250m3/hm2，在計算2020，2030，2040年天然生態耗水量時，假定生態用水指標不變，只根據天然生態面積的變化確定其耗水量。塔里木河流域農田及天然生態消耗量如表1。

表1 塔里木河流域農田及天然生態消耗量單位：億m3

塔里木河流域城鎮居民生活用水平均定額87.65L/人·d，農村農牧民生活用水品均定額35L/人·d，農村人口均以占總人口的69.5%計，塔里木河流域2000，2010年人口數量為826萬，1024萬。新疆人口自然增長率1.26%，推算得塔里木河流域2020，2030，2040年人口為2625.53萬，3091.75萬，3594.09萬。

依據現狀水平年生畜用水定額為10L/頭·d，2000，2010年牲畜需水量分別為0.68億，0.95億m3。未來年份牲畜用水定額假定不變，牲畜需水量只由牲畜年末存欄數決定，根據流域未來年份牲畜增長平均值預測牲畜需水量，得到2020，2030，2040年牲畜需水量分別為1.33億，1.86億，2.60億m3。

調查塔河網資料顯示得到流域得到2000，2010年工業需水量分別為0.9326億，1.61億m3。按工業產值年增長率0.937%，推算得2020，2030，2040年流域工業需水量為2.90億，3.22億，5.47億m3。得到各年生活、工業及牲畜耗水量，結果如表2。

表2 各年份生活、工業及牲畜耗水量單位：億m3

由于牲畜耗水系數1.0，所以污水排放量內牲畜排污水量無需考慮。污水排放量計算結果如表3。

表3 各年份污水排放量單位：億m3

3.2 區域入滲總量的計算

現狀年干、支、斗三級渠道總長度4.85萬km，以防滲1.82萬km，防滲長度占渠道總長度的37.4%，其中干渠的防滲率41.6%，支渠防滲率42.9%，斗渠的防滲率33.2%，開都—孔雀河流域的渠系防滲率比較高，渠道的防滲長度占總長度的75.4%，而阿克蘇河流域和葉爾羌河流域僅有28.%和23.4%，渠道滲漏嚴重，水資源利用率低，根據規劃，未來塔里木河流域規劃目標位將防滲率提高到40%，把渠系利用系數提高到0.45～0.5。區域入滲總量變化如表4。

表4 區域入滲總量變化單位：億m3

3.3 地下水開采變化計算

地下水開采量71.0億m3，2000年塔里木河流域地下水開采量僅達4.80億m3，僅占可開采量的6.6%，2010年開采量有所上升，地下水開采量為16.8億m3，在未來地下水可開采量還有上升的潛力。未來塔里木河流域生活用水和對水質要求較高的工業繼續使用優質承壓水，其余地下水使用要使用淺層地下水、地表水。在現狀年的基礎上，2020，2030，2040年的地下水開采量分別為18.25億，19.37億，19.78億m3。

3.4 流域平原區水循環各要素

塔里木河流域地處內陸，形成一個封閉的內陸水循環和水平衡的相對獨立的水文區域，再加上氣候干旱，水資源匱乏，生態環境相當脆弱，綜上因素，自然區域水資源的自循環能力極其薄弱，隨著人工水資源配置措施的實施，流域未來水循環會發生很大變化，未來區域水循環的強度將明顯減弱，地表水、土壤水、地下水的的交換量減弱，地下水位降低速率減緩，潛水蒸發量減少，表5為不同年份水循環要素變化趨勢。

表5 不同年份水循環要素變化單位：億m3

2000，2010年的循環通量為319.81億，298.47億m3，2020繼續降低為265.59億m3，2030年進一步降低為236.40億m3，分別占2000的83%和74%，循環通量的變化量減小，2040年循環通量較2030年減小了6%，循環通量變化趨勢緩慢。

從2020~2040年的模擬結果可以看出，隨著引水量的減少，渠系和田間水利用系數的提高，地下水補給量顯著減少，區域水循環強度將明顯減弱。流域水資源的消耗主要是農業灌溉用水和生態輸水，農業用水約占總用水量的90%，以農業為主的產業結構增大了消耗性用水量。所以2000年的水資源消耗量、排水溝排水量、地下水消耗量及補給量均為表5中的最大值，但隨著產業結構的調整、灌水模式的改進、對水資源的有效配置，塔里木河流域未來地下水的排泄量和補給量會發生很大變化，形成一個較為平衡的地下水狀態。

4 結語

（1）隨著塔里木河流域灌區水利設施的健全及節水改造工程的實施，流域的引水量顯著減少，水循環的強度明顯減弱，地表水、土壤水、地下水的交換量減弱，地下水補給和消耗都發生顯著變化。

（2）流域整體的水資源消耗量、排水溝排水量、地下水消耗量及補給量均在減少，區域未來水循環受人類的影響程度減弱，水資源循環通量的減小程度減緩，水循環進程的加快程度放慢。

（3）通過基于水量平衡原理對塔里木河流域水循環要素動態變化的研究可知：塔里木河流域水循環降水、下滲、地表徑流、地下徑流環節的影響較為顯著，塔里木河流域的水循環系統也已經適應了自然—人工復合水循環模式。

［1］王浩，王建華，秦大庸.流域水資源合理配置的研究進展與發展方向［J］.水科學進展，2004，15（1）：123-128.

［2］裴源生，趙勇，陸垂裕.水資源配置的水循環響應定量研究［J］.資源科學，2006（7）：84-89.

［3］馬金珠.塔里木盆地南緣地下水脆弱性評價［J］.中國沙漠，2001，21（2）：170-174.

［4］鄧銘江.試論塔里木河流域綜合治理中的水權管理［J］.中國水利，2003（1）：50-52.

［5］新疆維吾爾自治區人民政府.塔里木河流域近期綜合治理規劃報告［R］.2002.

Study on variations of hydrologic cycle factors based on water balance principle

SU Jun,MA Zhi-jun
（Yili Water Power&Electric Power Survey and Design Institute，Yili835000，China）

By the water cycle data of 2000，2010 and forecast data of 2020，2030，2040，we can get the basin water resources consumption，the drainage of ditch drainage，the groundwater consumption and supply are reduced，the underground water level is decreased significantly，the future water circulation influence human is weakened，the degree of water resources cycle flux is reduced，the water cycle speed up the process of speeding.Strengthen the water resource allocation and moderate exploitation and utilization of groundwater and in the Tarim Basin，it can not only reduce the water loss but also to ease the the district irrigation water supp ly problems，the effective control of ground water level，assurance the river basin water resources and sustainable development of whole Xinjiang.

Hydrologic cycle factors；Human activity；Tarim River Basin

P339

B

1672-9900（2016）04-0008-03

2016-03-31

蘇君（1988-），男（漢族），四川廣安人，助理工程師，主要從事水利工程方面的工作，（Tel）18509999690。