塔河流域水資源利用效率及變動趨勢分析

阿里木·阿布都克然木

(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 庫爾勒 841000)

1 流域概況

塔里木河流域包括阿克蘇河、葉爾羌河、開都孔雀河、喀什噶爾河、渭干河、車爾臣河等9大水系144條河流，流域總面積達到102×104km2。結合相關研究成果，將阿拉爾斷面到英巴扎斷面間的河段劃分為上游段，將英巴扎斷面和恰拉斷面之間劃分為中游段，將恰拉斷面和臺特瑪湖之間劃分為下游段[1]。根據《塔里木河流域近期綜合治理規劃報告(2021)》，該流域三源流人口數量為474.79萬人，其中包括352.82萬人的農業人口，在總人口中占比74.31%；總灌溉面積達1.40×104km2，其中，農田灌溉和林草灌溉面積分別為0.98×104km2和0.42×104km2。新疆是我國重要的糧食、棉花生產基地，不合理的生產方式對地區水資源配置造成了不利影響，水文過程的完整性遭到一定程度的破壞，土壤鹽漬化和荒漠化呈擴散態勢[2]。

2 研究方法及數據

應用時間序列分析、DEA模型、Malmquist生產力指數法對該流域1965—2021年氣象及水文資料展開分析，并以年徑流為基礎，繪制流域水文過程變化趨勢線，計算流域源流及干流降水量、溫度變化，據此分析流域水資源利用程度及變化趨勢特征。和田河源流區的喀拉喀什河和玉龍喀什河兩個流域代表性測站分別取烏魯瓦提站和同古孜洛克站，高程分別為1880 m和1662 m；葉爾羌河源流區選擇提孜那甫河和葉爾羌河，代表性測站為玉孜門勒克站、庫魯克欄桿站，高程分別為1650 m和2000 m；阿克蘇河源流區選擇庫瑪克拉河托什干河，代表性測站為協和拉站和沙里桂蘭克站，高程分別為1481 m和2100 m。此外，在和田河、葉爾羌河和阿克蘇河等源流流域選擇皮山、和田、巴楚、塔什庫爾干、阿克蘇、阿合奇等氣象站。

3 結果與分析

3.1 源流域水資源變化趨勢

為展開塔里木河流域徑流變化趨勢規律的分析，以流域內和田河、葉爾羌河和阿克蘇河三條源流為主要補給水源展開研究。針對所收集到的三條源流1965—2021年間實測徑流系列數據，應用P-Ⅲ曲線分析年徑流變化趨勢。結果見表1。由表中變化趨勢不難看出，塔里木河流域各源流在1965—2021年間，葉爾羌河、阿克蘇河徑流表現出微弱的增大趨勢，且這種趨勢從20世紀90年代開始就已經顯現；而和田河徑流則微弱下降。

表1 塔里木河源流年徑流變化趨勢

將三大源流年徑流量相加后作為塔里木河總徑流量(因為三大源流徑流在塔里木河年總徑流中的占比在90%以上，故這種處理切實合理)，并展開流域1965—2021年間總變動趨勢的分析，結果見表2。表中數據顯示，塔里木河三源流年總徑流呈遞增趨勢。

表2 塔里木河流域年總徑流變化趨勢

3.2 干流域水資源變化趨勢

借助本文對塔里木河干流的劃分，依托1965—2021年間實測徑流資料，分別對阿拉爾斷面、英巴扎斷面、恰拉斷面徑流系列變化趨勢展開分析。結果見表3。根據表中數據，從20世紀70年代開始，塔里木河流域上中游徑流均呈減小趨勢；中游徑流減小趨勢更為明顯，尤其是2000—2009年間，中游徑流量比年平均徑流量減小約30%。從20世紀70年代以來，塔河干流下游徑流便開始遞減；20世紀90年代時，下游徑流量比年平均徑流量減小約1.3倍。此后，隨著塔里木河生態輸水戰略的穩步推進，下游徑流量開始增大。

表3 塔里木河干流年徑流變化趨勢

通過以上分析可以看出，在1965—2021年間，塔河三源流徑流量總體呈增大趨勢，尤其是阿克蘇河徑流增大趨勢十分顯著，但塔河干流徑流量總體呈減小趨勢。

3.3 徑流變化的原因分析

塔里木河三源流徑流形成于上游山區，且形成區基本無人類活動，故其源流徑流量增大的原因主要在于氣候因素，如環境溫度升高而引發冰川加速融化、降水增大使河流來水增多。流域干流不產流，故三源流是徑流主要的補給源，且三源流徑流量與干流徑流量存在較好的正相關關系[3]。

氣候因素既影響三源流徑流變化，又對塔河干流徑流存在較大影響。源流徑流形成后，流入人類生產活動較為頻繁的平原區河段，人們借助提水工程、蓄水工程、引水工程及攔河壩等水利工程設施引用地表水量，剩余水量才會對干流形成補給。這種人為活動與干流徑流量呈負相關變化，隨著人為引水量的增多，干流補給徑流量越少。可見，除氣候因素外，人為活動是塔河干流徑流量變化的另一個主因。

在1965—2021年間，塔河三源流徑流量增大，尤其是阿克蘇河徑流增速明顯；與之相反，干流徑流量則表現出降低趨勢，尤其是干流中游降幅明顯。氣候變化及人為攔蓄是造成這種現象的主要原因，進而對干旱內陸區原本脆弱的生態環境及水資源的可持續利用具有顯著影響。通過對塔河干流在1965—2021年來水資料及灌溉用水量的分析，可以得出在該流域2011年實施水資源統一管理后干流來水量及農業灌溉用水量變化的趨勢特征。通過分析看出，塔河干流2011年以后的來水量明顯增大，但農業灌溉用水量無明顯變化；說明流域管理部門所實施的由塔河管理局統一分配源流用水、干流不合法耕地全部退出用水分配范圍等管理措施后，來水量增大明顯，在農業灌溉用水保持不變的情況下，下游泄水量增多。

3.4 水資源利用效率

應用DEAP2.1軟件計算投入導向下塔河流域水資源利用效率，具體選取2011年和2020年流域內和田、喀什、克州、阿克蘇和巴州等5個地州截面數據展開流域用水效率靜態分析，并選取2011—2021年間塔河流域5個地州時間序列數據計算Malmquist指數[4]。其中，靜態計算結果見表4。

表4 流域用水效率靜態測算結果

根據表中流域水資源利用綜合效率的取值情況，塔河流域的巴州地區在2011年和2020年的綜合用水效率均為1.0，其水資源利用程度有效，技術效率和規模效率均處于前沿，水資源投入與產出均達到最優。阿克蘇地區2011年水資源綜合利用效率為1.0，處于技術前沿，但2020年綜合用水效率不足1.0，未達到水資源最優配置。其余地州在2011年和2020年水資源利用效率均較低。綜合考慮后看出，塔河流域整體用水效率處于較低水平。

從水資源利用的規模效益看，巴州、阿克蘇在2011年規模效益為1.0，而只有巴州在2020年規模效益為1.0，說明巴州地區水資源配置已達到最優狀態，其余地州隨著農業生產方式和用水模式的改變，規模收益呈遞增趨勢。

為對各決策單元效率動態變化趨勢展開更加深入的分析，應用DEAP2.1軟件進行2011—2021年間塔河流域5地州序列數據Malmquist生產力指數的計算，所得到的各地州全要素生產力指數取值情況見表5。

表5 各地州水資源利用Malmquist生產力指數

從變化趨勢來看，2011—2021年間塔河流域水資源利用的全要素生產率、技術效率、技術進步增長率均表現出較大波動，2011—2015年流域水資源全要素生產率指數從<1.0增大至1.0以上，主要原因在于技術進步增長率由負轉正，技術有效性提升。2016—2021年間流域水資源全要素生產率指數則重又降至1.0以下，因為技術進步增長率由正變負，水資源開發利用相關技術退化。

從各地州來看，僅巴州水資源全要素生產率指數在1.0以上，表明該地區水資源開發利用技術優勢凸顯；其余地州全要素生產率指數取值均在1.0以下，主要是水資源開發技術退步所致，也表明此類地區水資源投入與產出比例并不匹配，尚未達到最佳的生產規模。

4 結 論

在1965—2021年間，葉爾羌河、阿克蘇河等源流徑流表現出微弱的增大趨勢，在人類生產活動及攔河蓄水工程興建等因素的影響下，干流徑流呈減小趨勢，中下游來水明顯減少。自2000年以來，新疆先后向塔里木河實施21次生態輸水，輸水過程中主要將水資源集中在與恰拉水庫相距100 km的大西海子水庫，而后按照供水計劃向下游尾閭放水，這種常態化的輸水對塔河干流來水減少及缺水的困境有一定程度緩解。本文計算結果表明，塔河流域水資源整體利用效率并不高，典型地州水資源全要素生產率指數值在1.0以下，表明其水資源投入產出要素比并不合理，沒有達到最佳的水資源利用效率。為逆轉這種局面，必須改變農業生產方式及水資源開發利用方式，合理投入，優化利用，提升效率。