臺蘭河流域水資源供需分析

吐爾洪·肉斯旦

(塔里木河流域干流管理局，新疆 庫車 843200)

0 引 言

水是人類生命之源。隨著社會(huì)的發(fā)展及人口的增加，人類對水資源的需求愈來愈大。地下水資源作為水資源的重要組成部分，發(fā)揮著越來越重要的作用，尤其在我國干旱半干旱地區(qū)。水資源緊缺、時(shí)空分布不均、河流泥沙淤積嚴(yán)重，已成為西北干旱區(qū)的主要特征[1]。這種特征決定了水資源調(diào)蓄工程在內(nèi)陸河流域水資源利用中占有重要地位。干旱區(qū)水資源匱乏，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展、人類生活水平的提高。研究干旱區(qū)中小流域的水資源調(diào)度模式，對飲水安全、農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉、糧食安全、生態(tài)安全以及社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展等具有十分重要的意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)以臺蘭河流域?yàn)橹鳎_蘭河流域位于新疆阿克蘇地區(qū)溫宿縣境內(nèi)，地理位置在E80°21′44″-E81°10′44″，N40°41′44″-N42°15′13″之間，距溫宿縣城22 km，距阿克蘇市25 km。臺蘭河發(fā)源于天山西南托木爾峰南麓，大臺蘭河、小臺蘭河在山口前8 km處匯合后稱臺蘭河；出山口后，支流塔克拉克河由西向東匯入臺蘭河，最終匯入山前洪積扇地帶。臺蘭河全長90 km，流向自北向南，水系為樹枝狀水系，流域形狀為羽狀系。研究區(qū)還包含臺蘭河流域周邊部分區(qū)域，見圖1。

圖1 研究區(qū)位置示意圖

2 數(shù)據(jù)資料

臺蘭水文站自1956年11月開始觀測流量，1969-1972年部分月份缺測，1973年后恢復(fù)觀測至今。根據(jù)1957-1968、1973-2009年共49年流量資料統(tǒng)計(jì)可知，多年平均流量為23.96 m3/s，多年平均徑流量為7.56×108m3，多年平均徑流深為571.09 mm，多年平均徑流模數(shù)為18.10 L/(s·km2)；最豐年份水量為9.042×108m3(1995年)，最枯年份徑流量為5.773×108m3(1965年)，豐枯比為1.57；變差系數(shù)Cv=0.13，偏態(tài)系數(shù)Cs=0.33。

根據(jù)臺蘭水文站49年徑流量資料進(jìn)行頻率計(jì)算[2]，其中豐水年(P=25%)設(shè)計(jì)水量為8.19×108m3，平水年(P=50%)設(shè)計(jì)水量為7.51×108m3，枯水年(P=75%)設(shè)計(jì)水量為6.87×108m3。按水量相近原則選取典型年，其中1959、1962、1986年分別作為豐水年、平水年、枯水年的典型年。采用同倍比法計(jì)算各水平年年內(nèi)分配，結(jié)果見表1。

臺蘭水文站自1959年開始觀測懸移質(zhì)泥沙，1969-1981年缺測，1982年恢復(fù)觀測至今，經(jīng)統(tǒng)計(jì)后有完整的懸移質(zhì)泥沙資料共38年。根據(jù)1959-1968、1982-2009年懸移質(zhì)泥沙資料計(jì)算可知，多年平均懸移質(zhì)含沙量5.20 kg/m3，多年平均輸沙率為123.7 kg/s，多年平均輸沙量390×104t，多年平均侵蝕模數(shù)為2 946 t/km2，年最大侵蝕模數(shù)為13 923 t/km2，年最小侵蝕模數(shù)為778 t/km2，是全疆侵蝕最大的河流之一。見表2。

表1 臺蘭河臺蘭站多年平均輸沙統(tǒng)計(jì)表

表2 臺蘭河臺蘭水文站年徑流年內(nèi)分配表

3 水資源供需分析

臺蘭河流域規(guī)劃現(xiàn)狀年為2009年，2015年為近期規(guī)劃水平年，2020年為中期規(guī)劃水平年，2030年為遠(yuǎn)期規(guī)劃水平年。依據(jù)《臺蘭河流域灌區(qū)規(guī)劃報(bào)告》進(jìn)行水資源供需分析[3]。

3.1 現(xiàn)狀年水資源供需平衡分析

臺蘭河流域 2009 年總需水量為83 139×104m3，其中農(nóng)業(yè)需水占 71%，生態(tài)環(huán)境需水占 27%，人畜、工業(yè)、漁業(yè)需水共占2%，見圖2。

針對農(nóng)業(yè)需水及生態(tài)環(huán)境需水作需水過程分析，見圖3。農(nóng)業(yè)需水主要有兩個(gè)用水高峰期：3月份和6、7、8月份。其中 3月份為春灌期，6、7、8月份為農(nóng)作物主要的生長期，需要大量的水來維持生長和蒸騰作用；河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量在6、7、8月份較大，因?yàn)榕_蘭河上游水量較大，夾雜著大量泥沙，輸送泥沙需要大量用水；河道外生態(tài)環(huán)境需水集中在夏季，主要原因是胡楊林等植被在該季節(jié)蒸騰蒸發(fā)作用劇烈。

現(xiàn)狀年實(shí)際供水量82 540×104m3，其中地表水72 738×104m3，占總供水量的88%；地下水9 208×104m3，占12%。在地表水供水中，通過革命大渠外調(diào)水8 679×104m3，占總供水量的10.5%。地表水供水年內(nèi)差異很大，汛期 6、7、8月份供水39 450×104m3，全部引臺蘭河水，占總供水量的54%；地下水供水年內(nèi)變化不大，見圖4。

圖2 現(xiàn)狀年各行業(yè)需水比例

圖3 現(xiàn)狀年農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境需水過程

圖4 現(xiàn)狀年各水源供水過程

盡管現(xiàn)狀年總供水量略小于總需水量，但地表水供水中有13 764×104m3是棄水，沒有被有效利用，導(dǎo)致全流域缺水14 362 ×104m3，見圖5。供水過程不能有效滿足需水過程，季節(jié)性缺水嚴(yán)重，部分月份棄水卻較多。3月份春灌缺水約3 135×104m3；6、7、8、9月份盡管汛期來水豐富，但仍不能滿足社會(huì)發(fā)展需求，4個(gè)月分別缺水4 205×104、3 901×104、1 928×104、1 194×104m3；而2、4、5、10、11、12月份平均每月棄水為2 150×104m3，見圖6。

圖5 現(xiàn)狀年需水過程及供水過程

圖6 現(xiàn)狀年各月余缺水量

3.2 規(guī)劃水平年水資源供需平衡分析

根據(jù)臺蘭河流域灌區(qū)規(guī)劃、工業(yè)園區(qū)規(guī)劃，全區(qū)水資源需求量在各規(guī)劃水平年不斷增加，見圖7-圖9。各行業(yè)需水中，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生態(tài)環(huán)境需水占總需水量的99%，其中農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境需水量均超過規(guī)劃水平年需水量的30%。隨著工業(yè)產(chǎn)值的提高，工業(yè)需水越來越大，所占需水份額也不斷增加；由于灌溉方式的改變以及渠系防滲程度的增強(qiáng)，農(nóng)業(yè)用水的利用率得到提高，各規(guī)劃水平年農(nóng)業(yè)需水比較穩(wěn)定，并略有下降；生態(tài)環(huán)境需水以維持現(xiàn)狀為原則，各規(guī)劃水平年保持不變；生活需水、漁業(yè)需水所占需水比例很小，各規(guī)劃水平年需水量也不斷增加。具體結(jié)果見表3。

圖7 各水平年需水總量

圖8 規(guī)劃水平年農(nóng)業(yè)、工業(yè)需水

圖9 規(guī)劃水平年農(nóng)業(yè)需水過程

表3 規(guī)劃水平年各行業(yè)需水及比例

在規(guī)劃水平年，農(nóng)業(yè)需水約占總需水量的50%，成為臺蘭河流域主要用水戶。全年農(nóng)業(yè)需水有兩個(gè)高峰期，3月份及6、7、8月份，約占農(nóng)業(yè)總需水的80%。規(guī)劃水平年生態(tài)環(huán)境需水占總需水量的33%以上，為第二大用水戶，需水集中在夏季，約占生態(tài)環(huán)境需水的75%，其余季節(jié)需水過程比較平緩。工業(yè)需水及生活需水沒有明顯的季節(jié)性變化，全年各月需水量較為穩(wěn)定。

地表水作為主要水源之一，應(yīng)加以充分利用，其供水過程與來水過程一致[4]，見圖10。與現(xiàn)狀年來水相比，P=50%、P=75%年型的汛期來水較大，最大月份比現(xiàn)狀年來水多約5 000×104m3；其余月份來水相近。規(guī)劃水平年，地下水供水量主要受開采設(shè)施能力的限制，全區(qū)兩個(gè)主要水源地的年供水能力7 000×104m3，其他分散機(jī)井的開采量不足4 000×104m3。全區(qū)現(xiàn)狀水利工程條件下地下水的供水量不足1.2×108m3。

圖10 現(xiàn)狀年、P=50%及P=75%年型來水過程

規(guī)劃水平年 2015、2020、2030年中，P=50%及P=75%年型的余水量不斷減小，缺水量不斷增加，整體表現(xiàn)為缺水。工業(yè)園區(qū)正式運(yùn)行后，全區(qū)缺水情形加劇，P=50%年型中最大年缺水量達(dá)到14 433×104m3，P=75%年型中最大缺水量達(dá)到19 615×104m3。與此同時(shí)，缺水月份也發(fā)生變化，棄水主要發(fā)生在汛期，其余季節(jié)逐漸呈現(xiàn)出缺水的狀態(tài)。缺水特征由季節(jié)性缺水逐漸轉(zhuǎn)變成全年缺水。說明在現(xiàn)有的水利工程基礎(chǔ)上，通過非工程手段調(diào)度和配置水資源，難以滿足生活、生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的需水要求[5]。見圖11、圖12。

圖11 規(guī)劃水平年余缺水量對比

圖12 規(guī)劃水平年余缺水量過程

4 結(jié) 論

臺蘭河流域水資源系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)。研究應(yīng)用水資源系統(tǒng)分析方法，把臺蘭河流域水資源系統(tǒng)看作既相互聯(lián)系又相互制約的各子系統(tǒng)組成的多層有機(jī)整體，分析流域水資源供需。結(jié)果表明，P=50%年型中最大年缺水量達(dá)14 433×104m3，P=75%年型中最大缺水量達(dá)到19 615×104m3。通過分析臺蘭河流域水資源利用過程中存在的問題，為水資源合理調(diào)度提供依據(jù)。