淺談瑪納斯河流域水資源的優化配置

崔堅

【摘要】隨著經濟發展、社會生活水平提高以及城市規模擴大，我國的水資源供需矛盾日益突出，尤其是位于干旱半干旱地區的瑪納斯河流域（簡稱瑪河流域）。瑪河流域是典型的荒漠綠洲和灌溉農業區，農業生產完全依賴引水灌溉。長期以來，瑪河流域大力發展灌溉農業，水資源開發利用程度很高，同時也帶來了綠洲邊緣生態環境脆弱、鹽堿化嚴重等環境問題。為此，我收集瑪河流域各灌區的資料，結合生產需要，針對瑪河流域水資源短缺問題，開展了水資源優化配置系統的研究，旨在能夠充分利用和管理瑪河流域水資源，使其在現有的水工程條件下發揮更大的綜合效益。

【關鍵詞】瑪納斯河流域 優化配置 研究

一、 瑪河流域概況

1.自然地理概況：瑪河流域位于天山北麓準噶爾盆地南緣，地處天山北坡經濟開發區核心地帶，流域面積1.98 萬km2。該流域遠離海洋、氣候干燥，屬于典型的大陸性氣候，光、熱、水資源豐富，有利于農牧業生產的發展?，敽恿饔騼扔惺幼邮?、昌吉州瑪納斯縣、塔城地區沙灣縣、克拉瑪依市的16 個鄉鎮和農八師、農六師新湖總場的15 個大型國營農場。2.流域工程現狀：瑪河流域經過50 余年的開發治理，已形成引、蓄、輸水設施比較完善的以農業灌溉為主，兼顧防洪、發電等多種功能的供水體系。河水、庫水、井水和泉水一脈相通，是新疆乃至全國水資源利用率較高、灌溉管理水平較先進的灌區之一。瑪河流域水利工程系統，由上游的引水樞紐、中游的平原水庫、下游的輸水渠系三部分組成。目前瑪河上已建成攔河引水樞紐2 座，大中型平原水庫6 座，設計總庫容4.7 億m。在瑪河上已建成徑流式梯級電站5座，總裝機107MW，年發電量4.5 億kW?h。一座裝機123MW 的天山電力股份有限公司特大型火力發電企業，目前裝機2×660MW 的四期空冷燃煤發電機組項目正在投入建設中。

二、 問題的提出及研究背景

1.從全球水資源危機來看，急需對國家和地區進行水資源可持續利用研究。當今世界面臨著人口、資源與環境三大問題，水是人類賴以生存和發展不可替代的寶貴資源，是保障國民經濟持續健康發展的重要基礎。隨著社會經濟的發展，水資源短缺己成為全球性危機。中國是世界人口大國，但人均淡水資源卻很貧乏，如何合理利用水資源已成為全球性問題，也是水資源領域當前和未來的重大課題。

2.從瑪河流域水資源管理問題看，急需解決流域水資源綜合配置問題?，敿{斯河在開發過程中取得了輝煌成績，但也暴露出許多水資源管理中現存的問題，這些問題隨著國民經濟的快速發展而日益突出。瑪河流域由于面積大，用水單位多，存在兵地、軍地、地地的復雜用水關系，目前采用分級管理模式，即流域（河系）、市（縣）、團場（鄉）三級。雖然流域內現有較完整的引、蓄、調、泄水利工程，但作為水行政主管部門的瑪河流域管理處，所轄工程只有1 座引水樞紐和1 條18km長的輸水總干渠，水資源調控手段極為有限。流域機構在水資源管理的主體法律地位，執行起來十分困難，政令難以暢通，各自為政，形成“多龍治水、多龍管水”的局面。缺乏與時代相適應的管理機制，致使水利工程不能充分發揮作用。

3.水資源開發利用不合理，流域生態環境遭到嚴重破壞?，敽恿饔蚪夥徘案孛娣e只有1.3 萬hm2，經過了50 多年的建設，灌溉面積已發展為2008 年的26.7萬hm2，農業灌溉用水量占全流域總用水量的90%以上?，敽庸鄥^近年來大量采用了先進的節水灌溉技術，但節約下來的水又進行了土地開發，這種發展趨勢必然會使資源性缺水日趨顯現，并帶來一系列不良后果。瑪納斯湖曾與羅布泊齊名，是獨特的沙漠之湖，豐水期最大面積超過1000km2?，敿{斯湖的消失造成數十種珍稀的沙漠物種消失，使石河子綠洲邊緣的生態環境日趨惡化，給鄰近地區的工農業生產及人民生活造成了難以估量的損失。因而全面開展節水型建設，實現水資源的優化配置，成為整個流域建設和管理的當務之急。

因此，瑪河流域通過工程手段、行政手段、經濟手段和科技手段等措施，對流域內有限的水資源進行優化配置科學調度，使河水、水庫聯網運行，做到河水、庫水、井水統一調配，最大限度解決流域內水資源時空分布不均和供需水之間的矛盾，這對協調流域生態建設、人民生活、工農業生產和水資源的關系，實現流域可持續發展，具有十分深遠的意義。

三、供需水平衡分析

基于社會經濟、生態環境及其水資源工程的發展目標，分析瑪河流域水資源的供需狀況，為水資源優化配置提供理論依據。我們對瑪河流域各灌區的供水和需水進行了全面的分析，得出瑪河流域保證率P=75%的供水量為14.969 億m3，保證率P=50%的供水量為16.014 億m3。瑪河流域現狀年需水量為18.604 億m3，其中，生態需水0.700 億m3，生活需水0.393 億m3，工業需水1.056 億m3，農業需水16.455 億m3，占總需水量的88%，所占比例較大。從目前瑪河流域的現狀看，保證率P=75%的年份缺水量為3.635 億m3，保證率P=50%的年份缺水量為2.590億m3。因此應對流域內的水資源進行優化配置和科學調度，使有限的水資源能最大限度地滿足生產、生活需要。

四、瑪河流域水資源優化配置系統研究

1. 水資源系統組成：流域水資源的分配，是通過水資源配置系統完成的，它是水資源優化配置研究的關鍵環節。水資源配置系統一般由四個部分組成：水源系統、輸水系統、用水系統、排水系統。水資源的配置過程可描述為：水資源配置系統根據系統輸入的信息，水資源系統通過輸水系統將水分配到各個用水部門，然后由用水系統和排水系統反饋信息給水資源分配系統。如此反復，直到得到最優配置結果。

2.水資源優化配置模型的選取。瑪河流域內輸水渠道與水庫基本構成了一個調配水效率較高的配水系統?！冬敿{斯河流域管理章程》則按行政隸屬關系，將流域農業用戶劃分為農八師石河子市、瑪納斯縣、新湖總場、沙灣縣等四大用水單位。

3.水資源優化配置系統運行規則。為了合理開發和利用灌區水資源，綜合考慮經濟、環境、社會等諸多因素，制定如下供水系統運行規則：a. 系統安全運行規則。地表水庫要在確保工程安全條件下運行，其蓄水位不得超過最高允許蓄水位的限制，汛期水庫的蓄水位不得高于防洪汛限水位，對各種水利工程、河道的操作都必須控制在設計或規定的安全范圍之內。b. 用水部門相互關系規則。需水要求滿足的次序可以從需水的行業、時間、空間三方面來分析，從某種程度上看與供水高效性原則是相符的。在時間方面，農作物生長期需要的關鍵水要優先保障；在空間方面，用水效益高的地區要優先滿足。c. 地表水與水庫蓄水供水原則。先通過引水渠道引水，引水盡量從庫外走水；首先滿足灌區用水后，余水蓄庫，虧水由水庫放水補充。當來水大于需水時，水庫滿足需水后蓄余水；當來水小于用水時，水庫放水以滿足需水。d. 用水和供水原則。灌溉季節，先滿足灌溉用水，再向水庫蓄水。

4.水資源優化配置系統實現的功能。1）參數設置功能：a. 灌區參數設置。灌溉面積、渠道過水流量、閘口配水量、灌區利用系數、作物類別等。b. 模型參數設置?？蛇M行瑪河來水、灌區實際用水、電廠計劃出力用水、城鎮用水、工業機動水、冬引水、附加水等的設置。c. 年初水庫水位。d. 灌溉制度編輯。編輯建立每年度、每個灌區的灌溉制度。2）查詢功能：a. 地圖查詢。在地圖上可查詢顯示灌區、水庫、渠道的位置（居中、閃爍）。b. 流域基本情況查詢。3）模型運行功能：參數設置好后，可選擇計算年度，運行配水平衡模型，系統可自動進行計算。4）供需水分析功能：以水量分布圖的形式顯示某灌區逐年、逐月、逐旬供需水的情況。提供每個灌區的按旬分配的供需水情況。提供模型計算的各灌區供需水平衡情況。

五、 結束語

我們根據各用水部門依時空優化準則和水資源系統安全運行規則，通過水資源優化配置模型，以各分區優先級為基礎，將水量在不同用戶中間分配。同時以各分區用水制度為基礎，將各分區的公共水源結合本地區的獨立水源，在各時段進行最優配置，得出瑪河流域水資源的時空配置結果，為科學調度提供了理論依據，從而實現有限水資源的效益最大化，為瑪河流域水資源的可持續利用和社會經濟的可持續發展提供了強有力的決策支持。