艾丁湖流域地下水超采綜合治理效果與建議

褚 敏 徐志俠 王海軍

(1.中國水利水電科學研究院，北京 100038；2.北京中水科工程總公司，北京 100048；3.灤平縣水務局，河北 承德 068250)

艾丁湖是我國最低的湖泊，湖面高程為-154m，是世界第三低地和世界最大駱駝刺生長地[1]。艾丁湖流域是新疆地下水超采比較嚴重的區域之一。近年來，區域內地下水資源的開發利用已經超過了其承載能力，導致了地下水位連年持續下降，引發了部分坎兒井、泉水枯竭，以及局部地區生活、農業用水緊缺等問題[2-7]。

本研究主要針對艾丁湖流域地下水資源及超采狀況，通過梳理壓采工作取得的進展和成效，分析歸納地下水壓采尚存的問題，從而為后續艾丁湖流域地下水超采綜合治理提供思路，提出了實施退地減水、水源置換、節水灌溉及完善地下水位監測系統和取用水量監控系統等綜合治理建議。

1 研究區概況

1.1 研究區位置

艾丁湖流域位于新疆維吾爾自治區東部，主要分布在吐魯番市和烏魯木齊市。研究區范圍為吐魯番市境內的艾丁湖流域，面積為4.56萬km2。

1.2 自然地理概況

艾丁湖流域為典型的干旱荒漠性氣候，四季溫差較大，夏季炎熱，冬季干冷。吐魯番氣象站極端最高氣溫達49.6℃，極端最低氣溫-25.3℃；多年平均各月氣溫年內分配極不均勻，多年月平均氣溫差達42℃。

艾丁湖流域降水十分稀少，多年平均降水量為82.6mm。其中，吐魯番氣象站多年平均降水量只有15.7mm，年際變化較大，最大年降水量與最小年降水量相差倍比較大，達16倍以上。

干旱性的氣候使得吐魯番盆地的蒸發十分強烈，平原區水面蒸發能力可達1800mm(20cm蒸發皿)，年際變化不大，最大年蒸發量是最小年蒸發量的1.5倍；平均月蒸發量年內分配極不均勻，多年平均最大月蒸發量是最小月蒸發量的25倍；多年平均連續最大4個月蒸發量占多年平均年蒸發量的64%；蒸發量隨高程增加而遞減的趨勢較為顯著；區域內的降水量大部分耗于蒸發。

艾丁湖流域光熱資源十分豐富，多年平均日照時數3049.5h。大于等于10℃的積溫多年平均為5425℃。地區內多大風，甚者造成風災，著名的“三十里風區”正位于盆地之內。據吐魯番氣象站記載，多年年最大風速平均值為23.0m/s，多年最大瞬時風速為40m/s，風向自北向西。

1.3 水資源量

艾丁湖流域多年平均水資源總量11.10億m3。其中，地下水資源量5.44億m3，地表水資源量9.27億m3，地表水與地下水之間重復計算量為3.61億m3；入境水量為3.51億m3，本地水量為7.59億m3。

1.4 水資源開發利用現狀

艾丁湖流域2018年供水總量為12.62億m3(含221團)。其中，地表水供水量為5.80億m3，占供水總量的45.96%；地下水供水量為6.80億m3，占供水總量的53.88%；再生水供水量為0.02億m3，占供水總量的0.16%。

艾丁湖流域2018年用水總量為12.62億m3(含221團)。其中，農業用水量最多，為11.06億m3，占用水總量的87.64%；工業用水量為0.51億m3，占用水總量的4.04%；生活用水量為0.40億m3，占用水總量的3.17%；生態環境用水為0.65億m3，占用水總量的5.15%。流域現狀供水及用水情況分析見圖1。

圖1 艾丁湖流域現狀供水及用水情況分析

1.5 超采區現狀

艾丁湖流域(吐魯番市)監測區總面積為3442.8 km2，其中超采區面積為3093.0km2，占監測區總面積的89.84%，一般超采區面積為2558.1km2，嚴重超采區面積為534.9km2，其余均不屬于超采區，總體上可確定艾丁湖流域(吐魯番市)為大型地下水超采區。

2 前期壓采取得的成效

截至目前，艾丁湖流域累積退減灌溉面積13.99萬畝，新增高效節水灌溉面積57.31萬畝，渠道防滲改造1218.5km，關閉機電井391眼。通過上述措施，艾丁湖流域用水總量和供水總量持續逐年下降，變化趨勢見圖2、圖3，其變化趨勢與近幾年退地減水、新增高效節水面積等措施的實施相匹配。

2012年以來，艾丁湖流域實施退地減水、水源置換、節水灌溉工程等各種措施進行地下水壓采，取得了一定的效果。流域用水總量和農業用水量持續下降，工業用水量受經濟發展影響，波動變化，變幅較小。生活用水量和生態用水量持續緩慢上升。艾丁湖流域用水總量由2012年的13.79億m3減少到2018年的12.62億m3，合計減少水量1.17億m3。其中，農業用水量減少1.33億m3，工業用水量減少0.06億m3，生活用水量增加0.09億m3，生態用水量增加0.13億m3。艾丁湖流域不同行業2012—2018年用水量變化趨勢見圖2。

圖2 艾丁湖流域不同行業2012—2018年用水量變化趨勢

流域供水總量由2012年的13.79億m3減少到2018年的12.62億m3。其中地表水供水量由2012年的4.35億m3增加到2018年的5.80億m3；而地下水供水量由2014年的9.44億m3減少到2018年的6.80億m3。艾丁湖流域不同水源2012—2018年供水量變化趨勢見圖3。

圖3 艾丁湖流域不同水源2012—2018年供水量變化趨勢

3 地下水壓采后仍存在的問題

3.1 地下水超采問題依舊突出

艾丁湖流域近幾年采取了一系列節水壓采措施，取得了一定的成效，艾丁湖流域地下水超采率由2012年的174%下降為現狀的125%。但是，艾丁湖流域仍屬于大型地下水超采區，超采區主要分布在鄯善縣和高昌區。

艾丁湖流域地下水超采，導致了地下水位連年急劇下降[8]，引發了部分坎兒井、泉水枯竭，以及局部地區生活及農業用水緊缺等諸多民生和生態環境方面的問題。如局部地區地下水埋深60m以上，火焰山以南地區坎兒井出水枯竭，已全部報廢。

3.2 用水結構不合理

艾丁湖流域近幾年實施了高效節水灌溉、渠道防滲等節水工程，農業灌溉規模有所減少，農業用水量由2012年的12.39億m3減少到2018年的11.06億m3，共計減少農業用水量1.33億m3，占現狀農業用水量的12.0%，但其農業用水占比依舊偏大，用水結構需進一步合理配置。現狀艾丁湖流域農業用水量占用水總量的87.64%，但農業對國民經濟的貢獻率僅為15%；工業用水量僅占用水總量的4.00%，卻對國民經濟的貢獻率高達80%以上。

3.3 監控感知設施體系不完善

艾丁湖流域水資源和生態監測手段缺乏，水資源監測數據采集和信息傳輸手段落后，尚未實現地表水和地下水計量設施的全覆蓋。生態監測方面缺少固定的生態監測站，缺少相應的遙感監測數據的深度分析應用，處理手段落后，目前尚不能對水生生物的多樣性、種群組成以及陸生生態系統的群落組成進行動態的、全面的、大范圍的監測分析，不能對業務應用形成有效的數據支撐。

在流域水利信息化發展過程中，沒有統一的技術標準，目前已有信息系統中，數據從采集、入庫和應用形成各自獨立的渠道，系統之間相互獨立，信息資源得不到充分的共享，信息孤島現象比較嚴重。各種采集基礎信息的設施、存儲設備共享機制未完全建立，不同公司不同時期實施的水位、水情、視頻監控等設施設備數據存儲格式紛雜，影響了水行政主管部門內部資源有效共享，也制約了上下級水行政主管部門間的資源共享，使得水利信息資源無法發揮最大效益。

4 地下水壓采措施建議

目前，治理地下水超采最為有效的手段一是直接減少用水量；二是減少地下水開采量；三是形成有效的管理手段，對地下水位、取用水量等進行實時監測。

4.1 減少用水

艾丁湖流域現狀農業用水量占用水總量的87.64%，占比較大。因此，減少艾丁湖用水總量最主要措施的是實施農業節水，農業節水的主要措施有退地、節水灌溉工程等[9-12]。

4.1.1 退地減水

嚴格執行“以水定地”的原則，在保障現狀責任田不減少的條件下，繼續實施逐年退地計劃，減少農業灌溉用水量，適當增加工業用水和生活用水，合理配置水資源來解決地下水超采、用水結構不合理等問題。制定的退地方案，應確保各區域退減面積不突破耕地紅線，不能將基本農田退減，并保障耕地保有量。

4.1.2 節水灌溉工程

為減少農業灌溉用水量，因地制宜，在適合的區域推廣滴灌、噴灌等高效節水灌溉工程，實現灌排并舉，發展現代農業節水灌溉技術。同時，推進渠道襯砌、IC卡控制管道灌溉等規模化高效節水灌溉工程建設，加強田間配套工程建設與管理，提高灌溉水的有效利用率，進一步提高農田灌溉節水水平，嚴格用水定額管理。減少農業灌溉用水量的同時，可適當增加工業用水和生活用水，合理配置水資源，解決用水結構不合理等問題。

4.2 水源置換工程

在用水總量不變的情況下，可通過實施水源置換工程減少地下水開采量。水源置換工程以地表水源置換地下水源，用水總量不變，地表水源供水量增加，則地下水源供水量相應減少，從而減少了地下水開采量。通過地下水、地表水的統一管理、統一調配、統一計價收費等方式，推動農業灌溉方式改變。轉變供水方式，使農業灌溉用水由井水為主向河水與井水相結合轉變。由單一的水資源管理模式轉為地表水、地下水聯合調度管理的新模式，為推動科學開發、合理配置、高效利用水資源起到積極推動作用。優化改造輸配水主管網，同時對示范區內管網按一戶一管的標準進行改造和信息化升級，實施農業供水管網工程，涵養地下水。實施配套工程建設，渠道改造和新增計量設施等。

4.3 完善流域地下水位監測系統和取用水量監控系統

有效管理的重要手段是形成完善的艾丁湖監控感知設施體系，監控感知設施體系可通過建設流域地下水資源綜合管理系統，即完善艾丁湖流域地下水位、取用水量監控系統等實現。

在建設自然水循環和社會水循環及其伴生的水生態、水環境監測體系的基礎上，強化艾丁湖流域地下水資源嚴格管理，加強艾丁湖生態環境保護，立足于艾丁湖流域地下水資源自身特點，結合其經濟社會發展形勢，完善地下水位監測系統和取用水量監控系統，建設流域地下水資源綜合管理系統，實現艾丁湖流域地下水資源管理的“數字化、精細化、科學化”。

具體監測內容有：結合現有監測站網，對艾丁湖入湖口、河流出山口等關鍵斷面流量實施在線監測；建立對“取水-用水-排水”等社會水循環主要環節的監測體系；對擁有取水許可證的取用水戶的取用水量進行在線監測；對機井、坎兒井和泉水的出流量在線監測；對農業用水效率指標在線統計監測。通過完善地下水位、取用水量監控系統，完善艾丁湖流域監控感知設施體系。

5 結 語

艾丁湖流域長期依靠開采地下水維持生產和生活，近幾年采取了一系列節水壓采措施，在一定程度上緩解了水資源的短缺和地下水超采局面，但隨著經濟快速增長和人口增加，要實現地下水壓采目標，任務仍然十分艱巨。本文從艾丁湖流域實際情況出發，提出了實施退地減水、節水灌溉工程、水源置換工程及完善流域地下水位監測系統和區用水量監控系統等一系列措施，旨在為艾丁湖流域地下水超采綜合治理提供思路和建議，使艾丁湖流域地下水超采得到緩解，生態環境得到明顯改善。