典型干旱地區水資源優化配置方案
——以吐魯番市高昌區為例

霍禮鋒

(吐魯番市水利水電勘測設計研究院，新疆 吐魯番 838000)

吐魯番市高昌區是新疆最干旱的地區之一，水資源人均占有量為1500m3，畝均占有量為640m3，遠低于全疆水平。由于水資源時空分布不均，存在用水結構、水資源配置不合理的問題，造成水資源供需矛盾愈加突出。目前農業灌溉用水約占90%以上，但農業給國民經濟的貢獻率不足9%，地下水位年降幅為0.1～2.3m不等，高昌區二堡鄉、三堡鄉、恰特喀勒鄉和艾丁湖鄉為最嚴重地下水超采區域，如此大的地下水位年降幅給吐魯番盆地地下水環境造成了嚴重破壞。隨著工業發展對水資源需求的日益增加，高昌區水資源供需矛盾的加劇，鑒于這些問題的出現，合理保護和優化配置水資源，實現高昌區水資源可持續利用是一個迫切需要研究的問題。

1 研究區水資源概況

1.1 高昌區水資源利用現狀

高昌區位于吐魯番盆地中部，東西長約90km，南北寬約75km，總面積為13589km2。高昌區下轄五鄉、四鎮、兩場、三個街道辦，現有灌溉面積66.16萬畝。

高昌區2015年的總供水量為46640萬m3，其中地表水工程供水量為16949萬m3，占總供水量的36.34%，地下水總供水量為29690萬m3，占總供水量的63.66%。現狀年高昌區水資源可供水量為35591萬m3，地下水超采量為11049萬m3。

2015年，高昌區農業用水量42580萬m3，約占總用水量的91.30%；工業用水量1280萬m3，約占總用水量的2.74%；生活用水量1680萬m3，約占總用水量的3.60%。生態用水1100萬m3，約占總用水量的2.36%。

1.2 高昌區水資源概況

高昌區境內共有5條主要河溝，自西向東經排列，依次為大河沿、塔爾朗、煤窯溝、黑溝、恰勒坎溝。多年平均地表水資源量3.6億m3，可利用量為2.17億m3，地表水與地下水不重復量為0.68萬m3，地下水資源可供水量2.02億m3，因此高昌區水資源總量為4.28億m3，水資源可利用總量為4.19億m3(見表1、2)。

2 供需平衡分析

目前高昌區出現的水資源問題是農業用水量過大，2015年農業用水量為42580萬m3，占高昌區總用水的91.30%，農業用水比重較大，用水結構不合理，因此，在水資源優化利用上，旨在退耕還水、調整用水結構及跨流域調配水資源。

2.1 需水預測

根據擬定的國民經濟指標，對國民經濟發展進行需水量預測，到近期水平年2020年，高昌區總需水量為41270萬m3，農業用水占總需水量的87.94%，工業用水占總需水量的5.75%；到遠期水平年2030年，高昌區總需水量為37564萬m3，農業用水占總需水量的73.85%，工業用水占總需水量的17.48%。通過退耕及發展高效節水，農業用水量明顯降低，工業用水量得到保證(見表3)。

表1 高昌區流域分區地表水資源量統計表

表2 高昌區地下水可利用計算成果表單位：104m3

表3 吐魯番市高昌區國民經濟發展需水量預測匯總分析表 單位：萬m3

2.2 供水預測

高昌區地表水灌溉渠系網絡已基本形成，規劃水平年隨著農田面積的大幅度減少，現有地表水灌溉渠系完全能夠滿足農業灌溉取用地表水的要求，因此現狀渠首、灌溉渠系建設的主要任務是進行改建，提高渠系水利用系數。地表水供水能力的增強以建設山區水庫為主導方向。

截至2015年，高昌區已建成中小型水庫7座，小塘壩141座，總庫容為2287萬m3，興利庫容為1955萬m3。為滿足蓄水工程，就水平年中、遠期做如下規劃：

近期水平年(2020年)新建煤窯溝水庫(980萬m3)、大河沿水庫(3024萬m3)、黑溝水庫(650萬m3)；

遠期水平年(2030年)新建塔爾郎水庫(1700萬m3)、恰勒坎水庫(300萬m3)、大草湖水庫(750萬m3)。

到2020年地下水供水量將下降到23434萬m3，其中坎兒井引用量2726萬m3，泉水引用量2979萬m3，機井開采量為17729萬m3。2030年地下水供水量將進一步下降到15788萬m3，其中坎兒井引用量2478萬m3，泉水引用量2821萬m3，機井開采量為10489萬m3。

規劃水平年地表水供水量將主要有已建、擬建和擴建水庫調節地表水的來水不均勻，新增地表水的供水量，但考慮水庫下泄的生態基流，各水庫均按徑流量的10%估算，并且作為不可利用的地表水水量。地表水引水工程的供水量將仍農業灌溉供水為主，以高效節水對應的P=85%作為綜合供水保證率進行估算，按扣除應下泄的生態基流做為地表水總的可供水量，由水庫供水量之后的其它地表水可利用量做為引水工程可供水量，水庫供水量雖然在農業灌溉方面投入至渠首形成引水工程的供水量，但不重復計算。泉水與坎兒井雖然其水源為地下水的排泄量，但供水形式為地表水供水工程，如泉水水庫、引水渠道，為計算總供水的需要，也不應將坎兒井和泉水的供水量做引水工程的供水量。2020年和2030年根據需水要求調整壓減現狀超采量的幅度，但地下水總開采量不應超出用水總量控制指標。規劃水平年供水量預測計算成果見表4。

表4 吐魯番市高昌區規劃水平年分區供水量預測計算統計表 單位：萬m3

2.3 供需平衡分析及水資源配置

2020年地表水供水量在P=85%情況下的地表水配置水量為18030萬m3，5條河分別按其相應的P=85%情況下的來水量控制。

根據供需平衡分析，2020年在地下水機井開采量17729萬m3，農業實現預定退減耕地目標情況下，塔爾郎灌區、煤窯溝灌區、黑溝灌區供需仍不能達到平衡，地下水仍超采9595萬m3。

2020年高昌區總供水量為42033萬m3，其中地表水供水量118030萬m3，坎兒井及泉水利用量5705萬m3，機井供水量17729萬m3，中水回用量570萬m3。地下水超采9595萬m3。

2030年地表水供水量在P=85%情況下的地表水配置水量為18435萬m3，5條河分別按其相應的P=85%情況下的來水量控制。

2030年全高昌區總供水量為34677萬m3，其中地表水供水量18434萬m3，坎兒井及泉水利用量4707萬m3，機井供水量7943萬m3，中水回用量907萬m3。地下水仍然超采2674萬m3。根據供需平衡分析，高昌區2020年和2030年用水總量按用水總量指標控制，2020年和2030年高昌區用水總量均未超用水總量控制指標，但仍有超采現象。對照情況見表5。

表5 水資源規劃配置數據與用水總量控制指標對照表 單位：萬m3

3 水資源優化配置方案

隨著在“十三五”期間工業園區的基礎設施進一步完善，企業建設項目的前期準備，2020年工業對水資源的需求將會呈現出較高的增長態勢。按照在2020年的退地和高效節水的發展規劃，農業需水量具有明顯的降低，相應的農業灌溉“退地還水”首先是減少對地下水的超采量，其余的節出水量應優先保障城市的居民生活、環境綠化發展需水的增長需求，城市和農村用水考慮到供水水質和供水保證率的要求，也需要維持采用地下水作為供水主水源。因此，在2020年重點解決現狀地下水的超采問題，農業灌溉還需要引用一定的地表水作為必保的水源，在此前提下工業用水的水源以地表水為主，可新增供給工業的地表水仍將有限。

2030年的水資源配置原則基本與2020年相同，2030年隨著農業“退地還水”到位，可最大化地供給工業引用地表水。工業完全以配置地表水為主的緣由是出于考慮高昌區的地下水水資源超采現狀及規劃水平年地下水可開采量十分有限，并且需要優先供給城鎮和農村居民，以及農業高效節水灌溉采用部分地下水水源的管理方便、簡單易行及機井多為農民所有的實際情況。新增地表水的供水量主要依靠建設山區水庫，水庫向工業供水的管理比較單一，且容易籌集建設資金及當前普遍要求工業嚴禁采用地下水的水資源管理制度和政策。工業區的水資源管理要求廢污水不外排，工業可供水量不再考慮園區或企業內部的重復水利用，供給工業的中水以城市污水處理后的中水為限。

綜上所述根據對高昌區水資源分析，高昌區水資源優化配置工程總體布局初步安排如下。

3.1 水源工程布局

此次水源工程包括有水庫的修建、引水渠首及水閘的除險加固、機電井配套改造、塘壩改造、坎兒井保護工程等。根據各水源工程的現狀及引水情況，分近期和遠期兩階段進行規劃建設。

3.2 輸水工程布局

新建塔爾朗河至煤窯溝河的輸水干渠，對煤窯溝至黑溝灌區的第二人民渠輸水工程進行改擴建。

高昌區各灌區干支渠及末級渠系現狀是大部分渠道淤積磨損嚴重，渠系配套建筑物不完善渠系附屬設施不健全。對未襯砌的干支渠和已襯砌但破壞嚴重的干支渠進行防滲改造，并修建管道進行輸水。末級渠系主要就是斗渠、農渠和毛渠。高昌區灌區末級渠系現狀是大部分渠道淤積磨損嚴重，渠系配套建筑物不完善渠系附屬設施不健全。此次規劃根據末級渠系的實際情況，按照“損壞嚴重先建設”的原則優先建設損壞嚴重的渠道。

3.3 節水灌溉工程布局

高昌區屬資源性缺水地區，水資源匱乏，有限的水資源約90%用于農業灌溉用水，故實施高效節水灌溉工程意義重大，節水潛力巨大。只有高效節水工程的大面積實施才能有效降低農業灌溉定額，提高水利用系數，減少農業用水量，使高昌區年用水量逐年下降，最終使水資源得到充分合理分配，達到水資源供需平衡。

此次布局應遵循“先地表水利用，后地下水開采”的大原則，努力提高地表水利用系數，減少地下水開采量。工程布局根據灌區實際水資源利用現狀，規劃到2020年高昌區灌溉面積為60.22萬畝，將實施42.60萬畝高效節水灌溉。2030年高昌區灌溉面積為48.43萬畝，將保持42.60萬畝高效節水灌溉。

3.4 抗旱工程布局

(1)對現有年久失修、供水保證率降低的農村抗旱應急水源工程進行維修、改造、配套。

(2)在對已有農村抗旱應急水源工程進行配套維修改造的基礎上，根據農村抗旱具體目標和要求，合理規劃新建農村抗旱應急水源工程。

(3)新建農業抗旱應急水源工程主要在糧食主產區、商品糧基地、經濟作物商品基地、畜牧業生產基地等區域進行布局和建設。

3.5 農村飲水提質增效工程布局

從農村飲水工程建設方案分析，高昌區工程規劃布局主要分兩大類，一是在供水區上游適宜河道水文地質地段通過修建河道地下滲管、截取河道地下潛流為供水水源，建自壓集中供水工程。二是以地下水為供水水源，機井供水，通過高位水池建大的自壓集中供水工程。最后必須打破行政區劃界限，建大的集中供水工程，擴大水廠供水規模和效益，提高供水質量。

3.6 防洪工程的布局

在對河道進行防洪治理時，主要考慮城鎮和重要設施的防洪要求，根據高昌區流域分布及特點，確定治理標準為20年一遇以上。依據河道防治上下游的現狀及要求，工程采取“上截、中固、下泄”的布局原則，在上游中低山區采取生物保護措施，從源頭上降低泥的產生，減輕防洪壓力，保證下游河道的安全泄洪；對中游的泄洪通道進行改造和加固，防止洪水沖出河道；在下游采取排水措施速度泄洪。并根據地形地質條件、危害程度和治理難易程度綜合考慮，采取排水、修護岸工程、修防洪堤3種方式來攔擋、疏通、排導與加固，進行防洪治理。

3.7 調水工程

隨著農業灌溉用水量的大幅度減少，且農業灌溉水利用系數明顯提高，使得渠系滲漏補給量和田間滲漏補給量將隨之大幅度減少。不同部門評價得出的高昌區機井地下水可開采量在規劃水平年存在一定的差異，但無論怎樣機井開采地下水都不是主要水源，因此跨區域調水是高昌區工業進一步再壯大的突破口。自治區水資源配置的重大舉措已經初步規劃了遠景向吐-哈的調水工程，高昌區有必要進一步研究依托當地礦產資源，工業進一步再擴大生產規模，需要結合遠期產品市場需求、工業產業布局的合理性與必要性，把握時機，適時提出對吐-哈調水工程給高昌區的合理配置水量。

總之，此次總體工程布局將對水資源進行優化配置，通過棄耕節水等措施來提高水資源的利用率和利用效益，努力為農村人民群眾的農田防洪安全、改善高昌區生態環境，并增加農民收入，為社會的穩定、和諧發展起到推動作用。

4 結語

根據配置方案，盡管已經大幅度采取了“退地還水”、發展高效節水灌溉、修建水源工程等一系列措施來提高水利用效率，但是高昌區地下水仍有超采。在這種情況下，從宏觀的水資源配置角度出發，采取嚴格的水資源管理措施，實行高昌區產業發展結構轉型，跨地區調水，為實現高昌區水資源可持續利用發揮積極作用。