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。隨著社會的發展及人口的增加，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，發揮著越來越重要的作用，尤其在我國干旱半干旱地區。水資源緊缺、時空分布不均、河流泥沙淤積嚴重，已成為西北干旱區的主要特征[1]。這種特征決定了水資源調蓄工程在內陸河流域水資源利用中占有重要地位。干旱區水資源匱乏，嚴重制約了當地經濟的發展、人類生活水平的提高。研究干旱區中小流域的水資源調度模式，對飲水安全、農業節水灌溉、糧食安全、生態安全以及社會的可持續發展等具有十分重要的意義。

1 研究區概況

研究區以臺蘭河流域為主，臺蘭河流域位于新疆阿克蘇地區溫宿縣境內，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。研究區還包含臺蘭河流域周邊部分區域，見圖1。

圖1 研究區位置示意圖

2 數據資料

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年后恢復觀測至今。根據1957-1968、1973-2009年共49年流量資料統計可知，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Cv=0.13，偏態系數Cs=0.33。

根據臺蘭水文站49年徑流量資料進行頻率計算[2]，其中豐水年(P=25%)設計水量為8.19×108m3，平水年(P=50%)設計水量為7.51×108m3，枯水年(P=75%)設計水量為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。采用同倍比法計算各水平年年內分配，結果見表1。

臺蘭水文站自1959年開始觀測懸移質泥沙，1969-1981年缺測，1982年恢復觀測至今，經統計后有完整的懸移質泥沙資料共38年。根據1959-1968、1982-2009年懸移質泥沙資料計算可知，多年平均懸移質含沙量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，多年平均侵蝕模數為2 946 t/km2，年最大侵蝕模數為13 923 t/km2，年最小侵蝕模數為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計表

表2 臺蘭河臺蘭水文站年徑流年內分配表

3 水資源供需分析

臺蘭河流域規劃現狀年為2009年，2015年為近期規劃水平年，2020年為中期規劃水平年，2030年為遠期規劃水平年。依據《臺蘭河流域灌區規劃報告》進行水資源供需分析[3]。

3.1 現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，其中農業需水占 71%，生態環境需水占 27%，人畜、工業、漁業需水共占2%，見圖2。

針對農業需水及生態環境需水作需水過程分析，見圖3。農業需水主要有兩個用水高峰期：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；河道內生態環境需水量在6、7、8月份較大，因為臺蘭河上游水量較大，夾雜著大量泥沙，輸送泥沙需要大量用水；河道外生態環境需水集中在夏季，主要原因是胡楊林等植被在該季節蒸騰蒸發作用劇烈。

現狀年實際供水量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，通過革命大渠外調水8 679×104m3，占總供水量的10.5%。地表水供水年內差異很大，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%；地下水供水年內變化不大，見圖4。

圖2 現狀年各行業需水比例

圖3 現狀年農業和生態環境需水過程

圖4 現狀年各水源供水過程

盡管現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，季節性缺水嚴重，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，但仍不能滿足社會發展需求，4個月分別缺水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 現狀年需水過程及供水過程

圖6 現狀年各月余缺水量

3.2 規劃水平年水資源供需平衡分析

根據臺蘭河流域灌區規劃、工業園區規劃，全區水資源需求量在各規劃水平年不斷增加，見圖7-圖9。各行業需水中，農業、工業、生態環境需水占總需水量的99%，其中農業和生態環境需水量均超過規劃水平年需水量的30%。隨著工業產值的提高，工業需水越來越大，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，農業用水的利用率得到提高，各規劃水平年農業需水比較穩定，并略有下降；生態環境需水以維持現狀為原則，各規劃水平年保持不變；生活需水、漁業需水所占需水比例很小，各規劃水平年需水量也不斷增加。具體結果見表3。

圖7 各水平年需水總量

圖8 規劃水平年農業、工業需水

圖9 規劃水平年農業需水過程

表3 規劃水平年各行業需水及比例

在規劃水平年，農業需水約占總需水量的50%，成為臺蘭河流域主要用水戶。全年農業需水有兩個高峰期，3月份及6、7、8月份，約占農業總需水的80%。規劃水平年生態環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，約占生態環境需水的75%，其余季節需水過程比較平緩。工業需水及生活需水沒有明顯的季節性變化，全年各月需水量較為穩定。

地表水作為主要水源之一，應加以充分利用，其供水過程與來水過程一致[4]，見圖10。與現狀年來水相比，P=50%、P=75%年型的汛期來水較大，最大月份比現狀年來水多約5 000×104m3；其余月份來水相近。規劃水平年，地下水供水量主要受開采設施能力的限制，全區兩個主要水源地的年供水能力7 000×104m3，其他分散機井的開采量不足4 000×104m3。全區現狀水利工程條件下地下水的供水量不足1.2×108m3。

圖10 現狀年、P=50%及P=75%年型來水過程

規劃水平年 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，整體表現為缺水。工業園區正式運行后，全區缺水情形加劇，P=50%年型中最大年缺水量達到14 433×104m3，P=75%年型中最大缺水量達到19 615×104m3。與此同時，缺水月份也發生變化，棄水主要發生在汛期，其余季節逐漸呈現出缺水的狀態。缺水特征由季節性缺水逐漸轉變成全年缺水。說明在現有的水利工程基礎上，通過非工程手段調度和配置水資源，難以滿足生活、生產和生態環境的需水要求[5]。見圖11、圖12。

圖11 規劃水平年余缺水量對比

圖12 規劃水平年余缺水量過程

4 結 論

臺蘭河流域水資源系統是一個復雜的大系統。研究應用水資源系統分析方法，把臺蘭河流域水資源系統看作既相互聯系又相互制約的各子系統組成的多層有機整體，分析流域水資源供需。結果表明，P=50%年型中最大年缺水量達14 433×104m3，P=75%年型中最大缺水量達到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，為水資源合理調度提供依據。