近60年新疆水資源變化及可持續利用思考

李 江，龍愛華

(1.新疆水利水電規劃設計管理局，新疆 烏魯木齊 830000；2.新疆寒旱區水資源與生態水利工程研究中心，新疆 烏魯木齊 830000；3.中國水利水電科學研究院，北京 100038)

新疆地處我國西北部，是我國面積最大的行政區域，面積約為166萬km2，占我國國土面積的1/6。新疆地處亞歐大陸腹地，遠離海洋，屬于典型的溫帶大陸性氣候，盡管河流水系分布廣泛，但區域內的水資源量卻不足全國的4%，可利用水資源量極度匱乏，同時還存在嚴重的水資源時空分布不均問題[1- 2]，特殊的自然地理特征和氣候特點塑造了新疆獨特的水資源分布格局。在全球氣候變化大背景下，近30年來新疆的氣候呈現出明顯的變暖增濕趨勢[3- 4]，相應的水資源情勢也發生了較大的改變。隨著工業化和城鎮化建設進程的不斷推進，新疆水資源分配和水生態環境問題變得更為復雜，成為長期制約當地經濟社會發展的主要因素之一[5- 6]。本文對氣候變化條件下新疆水資源變化特點、時空分布格局、未來變化趨勢及其影響因素進行了分析探討，以期為新疆水安全保障、水資源管理、“人-水”和諧發展、生態文明建設與高質量發展決策提供參考[7- 8]。

1 氣候變化下新疆水資源狀況

1.1 自然地理

(1)地形地貌。新疆北靠阿爾泰山山脈，南接昆侖山山脈，天山山脈橫亙中央，南部塔里木盆地位于天山和昆侖山山脈之間(簡稱南疆)，北部準噶爾盆地位于天山和阿爾泰山山脈之間(簡稱北疆)，形成“三山夾兩盆”的地形地貌；位于吐哈盆地的吐魯番、哈密一帶簡稱為東疆。

(2)氣候條件。新疆屬于典型的干旱內陸區，北部平原區屬干旱中溫帶，南部平原區屬干旱暖溫帶，北疆年均氣溫為4～8℃，南疆為9～12℃。全疆普遍降水稀少且時空分布極不均勻，全疆年降水量158 mm，且降水量主要分布在山區，約占全區降水量的84%。新疆的年蒸發量極為劇烈，為1500～3400 mm，多年平均干旱指數在7以上[9]。

1.2 水資源量

據新疆水資源公報數據成果，1956—2016年間，新疆年均降水量2574億m3；多年平均水資源量833億m3，其中，地表水資源量790億m3，地下水資源量495億m3，地表水與地下水不重復量43億m3。按地域分類，人類活動區水資源總量800億m3，無人區水資源總量33億m3；受年際豐枯變化影響，豐水年和枯水年自產水資源量分別883億、721億m3。

1.3 水質狀況

據2014年資料，全年期新疆水質評價總河長為14415 km，其中Ⅰ～Ⅲ類、Ⅳ～Ⅴ類、劣Ⅴ類水質河長分別占91.1%、6.6%、2.3%。豐水期水質評價總河長為14415 km，其中Ⅰ～Ⅲ類、Ⅳ～Ⅴ類、劣Ⅴ類水質河長分別占96.7%、3.3%、0.0%。枯水期水質評價總河長為1 3491 km，其中Ⅰ～Ⅲ類、Ⅳ～Ⅴ類、劣Ⅴ類水質河長分別占89.4%、8.2%、2.4%。

平原區開采層地下水資源質量類別以Ⅲ級占比最高，Ⅳ級和Ⅴ級次之，Ⅰ級和Ⅱ級很少；pH值變化在6.5～9.1間，其中pH值7.0～7.5和7.5～8.0的面積分別占總面積的30.7%和63.7%；礦化度變化在0.11～8.30g/L間，其中，礦化度小于1g/L和1～2g/L的面積分別占總面積58.8%和22.8%；總硬度變化在10～2627mg/L間，其中，總硬度150～300mg/L、300～450mg/L和大于550mg/L的面積分別占總面積的16.7%、42.1%和22.9%。

1.4 水資源特點

(1)水資源量有限，單位面積產水量較少，生態環境極為脆弱。全疆多年平均降水深僅為155mm；單位面積產水量僅為5萬m3/km2，不足全國平均的1/5。新疆河流水系完整，但由于干旱少雨，生態環境極為脆弱，加之近些年人工綠洲用水量不斷嚴重擠占天然綠洲需水，沙漠面積不斷擴張，天然綠洲的生態系統面臨著嚴峻危機。

(2)水資源時空分布極不均衡，亟需通過各類工程予以調控均衡。全疆水資源量空間差異較大，呈北多南少、西多東少、山區多平原少的特點，且水資源分布與經濟社會發展布局極不匹配，北疆、南疆分別占全疆面積的28%、72%，但年徑流量卻各占全疆的50%。新疆河川徑流量季節變化大，6—8月集中了全年徑流總量的70%左右，使得全疆同時面臨著洪災和旱災的雙重威脅，亟需通過完善水資源調配工程、綜合提升水資源管理水平等方式來完善水土、能源等資源的利用。

(3)水資源開發利用過度，用水結構失衡，水資源浪費現象嚴重。水資源是新疆最關鍵的基礎性戰略經濟資源，目前全疆大部分內陸河河流水資源開發利用程度較高，特別是南疆地區，2017年水資源開發利用率高達80%以上，農業用水占當地用水總量的96%[10]。新疆用水效率低于全國甚至西北地區平均水平，用水結構嚴重失衡，實際用水量超出水資源承載能力,供需矛盾突出，改善及優化調整水資源配置格局刻不容緩。

2 氣候變化下新疆水資源及綠洲變化分析

進入20世紀后期，新疆氣候表現出明顯的變暖增濕特點，根據1956—2016年資料分析，全區氣溫增長速率約0.3℃/10a，降水增長速率約10mm/10a，增速明顯高于全國其他省份[11- 12]。氣候變化對全疆水資源的影響明顯，呈現出氣溫升高，冰川消融加速，降水、蒸發和河川徑流量持續增加的趨勢[13- 14]。近20年新疆北部和南部冰川均呈現出一定程度的萎縮態勢，如位于天山中段天格爾峰北麓的天山一號冰川，自20世紀50年代以來呈持續萎縮的發展趨勢。氣溫升高直接導致冰川消融速度加快，削弱了冰川積雪的“固體水庫”調節作用。未來部分冰川消失后，以冰川消融為補給源的地表水量將逐漸減少，河流的可利用水資源量也將會持續減少。全疆降水少蒸發能力強，氣溫升高會引起蒸發量進一步增加，從而提升當地的蒸降比，氣溫持續升高將導致水資源總量逐漸衰減、年內季節性分布不均等問題更加凸顯[15- 17]，從而進一步影響區域經濟社會發展及生態環境可持續性，威脅經濟產業和居民生活取用水的安全。

2.1 年徑流量各年段變化

據1956—2012年全疆實測年徑流量，對全疆、北疆、南疆、東疆不同時段年徑流量的變化趨勢進行分析，如圖1所示，結果表明總體上全疆1961年前處于枯水期，年均徑流760.7億m3；1961年后徑流量增加趨勢明顯，其中1962—1973年及1998—2012年兩個時段處于豐水期，年均徑流量為分別874.4億、875.6億m3，1973—1997年處于平水期，年均徑流為847.6億m3。

北疆區域，1976年前處于枯水期，年徑流量354.9億m3，1976年后徑流量增加明顯，且進入21世紀后比前一時期的年徑流量更高，2001—2012和1976—2000年兩個時段年徑流量分別為414.2億、407.7億m3。東疆區域，2001年以前處于枯水期，1956—1971年間年均徑流量16.17億m3，1972—1981年間年均徑流量17.52億m3，1982—2000年間年均徑流量17.81億m3，2001年以后徑流量有所增加，2001—2012年間年均徑流量22.1億m3。南疆區域，1979年前處于枯水期，年均徑流量為379.2億m3，1979年后徑流量增加較為明顯，進入豐水期，同全區年徑流量變化趨勢一致，即進入21世紀后比前一時期的年徑流量更高，1979—2000年和2001—2012年間年徑流量分別為442.9億、439.3億m3。

圖1 新疆不同時段年徑流量比較分析

2.2 水資源量各年段變化

據1956—2016年期間全疆及各分區水資源總量、地表水資源量、地下水資源量，以2001年為時間節點(1956—2000年稱為前期，2001—2016年稱為近期)分析比較不同時段水資源量變化，結果如圖2所示。分析表明，全疆水資源總量、地表水資源量，近期均值比前期均值分別偏多73.5億(增幅8.83%)、73.5億m3(增幅9.32%)，地下水資源量偏少20.3億m3(減幅4.03%)，近期水資源總量處于豐水年段。

圖2 新疆水資源量變化趨勢對比

從區域分布上，北疆地區近期比前期系列的水資源總量、地表水資源量分別偏多6.5億(增幅1.53%)、3億m3(增幅0.77%)，地下水資源量偏少9億m3(減幅4.32%)；東疆地區近期比前期的水資源總量、地表水資源量和地下水資源量均值分別偏少3.3億(減幅13.15%)、3.19億(減幅15.27%)、2.64億m3(減幅15.14%)；南疆地區近期比前期的水資源總量、地表水資源量分別偏多70.5億(增幅17.55%)、73.7億m3(增幅19.40%)，地下水資源量偏少8.5億m3(減幅3.06%)。

近20年的水文偏豐與同期新疆快速發展尤其是脫貧攻堅、鄉村振興等國家戰略部署，在時間上高度一致，近期新增水資源量也為農業灌溉保證率提高和農業灌溉面積增加發揮了重要的支撐作用，使得進入本世紀以來全疆供水量和用水量長期保持高位運行，供需矛盾突出以及對未來能否持續這種水資源形勢，成為決策者和水資源管理部門的困惑。水資源量年際變化大且空間分布不均，一旦進入降水和徑流減少的枯水時段甚至年份，農業灌溉用水、經濟社會發展及生態環境保護用水均難以得到有效保障。因此，注重水資源利用模式的調整，對工業與城鎮發展布局進行合理規劃，完善城鄉供水保障體系和防洪減災安全保障體系建設，抓緊建立水資源安全預警和應急機制，同時利用當前水資源偏豐的有利時機，加快重點地區生態環境修復，盡快恢復地下水超采區地下水儲量，并逐步建立新疆水資源安全儲備制度,十分必要[18- 19]。

2.3 綠洲演變

新疆東西長約2000km，南北寬約1600km，按照區域位置劃分，北疆、東疆及南疆面積分別占全疆國土面積的23.9%、12.7%和63.4%；按照人類活動范圍劃分，人類活動區和無人區面積各占67.2%和32.8%；根據2015年的遙感解譯結果，山地、荒漠和綠洲面積分別占全疆土地面積的29.3%、61.0%和9.7%。各分類比例如圖3所示。

全疆人類活動主要區域在綠洲，綠洲分為人工綠洲和天然綠洲，自20世紀末以來，新疆綠洲面積及結構發生了巨大變化，如圖4所示。近25年來，受水量偏豐及生態環境治理的影響，全疆綠洲面積總體呈增長趨勢，其中人工綠洲面積擴張態勢明顯，天然綠洲面積呈小幅減少的趨勢。研究表明，相比1990年，2015年全疆綠洲總面積增加了2萬km2，增幅為14.7%，即由1990年的13.85萬km2增加至2015年的15.89萬km2；其中人工綠洲面積在近25年間增加了38%，特別是在南疆地區，增幅高達46%；同時天然綠洲面積減少了5.2%，即由1990年的7.53萬km2減少到2015年的7.14萬km2。人工綠洲與天然綠洲面積比重也由1990年的45∶55轉變為2015年的55∶45。

3 氣候變化下新疆水資源持續利用思考

(1)氣候變化對新疆水資源不確定性的影響需要高度重視和積極應對。氣候變化對新疆水資源的影響日益凸顯，氣溫升高加速了大部分冰川的消融，冰川和積雪“固體水庫”的調節作用減弱，加大了水資源時空變化的不均衡性，同時也增加了水資源開發利用、節約保護和配置管理的難度。近期的降水增多、來水偏豐，雖然為提高農業灌溉保證率和增加農業灌溉面積提供了一定的水資源條件，但不能忽視新疆供水量和用水量難以得到持續保障的矛盾乃至危機。變暖增濕、降水和產水增多的形式能否持續，甚至即使豐水仍將總體持續的情況下如何應對個別年份的平水甚至枯水波動，應引起高度重視，并從長遠的角度做好相應的防控和準備。

(2)將水資源作為最大剛性約束優化用水結構，保障新疆水安全與生態安全。新疆國土面積廣袤，但人-地(綠洲)-水之間關系十分緊密，有水是綠洲，無水則為荒漠。豐富的土地資源為大規模發展灌溉提供了條件，但由于地均水資源量少，灌溉發展過度必然導致自然生態環境的惡化。目前新疆農業用水占比極高，生態安全形勢嚴峻，為保障新疆水安全和生態安全，必須把水資源作為最大剛性約束，堅持以水定地，優化調整第一產業用水結構[20- 21]。

圖3 新疆土地面積不同劃分類型比例(面積單位：萬km2)

圖4 新疆綠洲面積變化

(3)全面節水、合理分水、管住用水是科學利用全疆水資源的第一要務。用水效益低下、用水結構不合理是新疆水資源利用最為突出的問題。節水需要在提高用水效率和效益兩方面并重，未來一個時期更應將重點放在用水效益提高上，要從追求擴大灌溉面積增加產量，轉到控制灌溉面積提高產品質量和增加產值上；同時轉變經濟發展方式，切實把農業用水總量調控下來；在維持新疆生態系統穩定的前提下，2035年全疆經濟社會用水量宜控制在550億m3以內，其中農業460億m3以內、工業40億m3、生活30億m3、公共用水20億m3；加強河湖生態用水和經濟社會用水的監管，地表水、地下水統一管理，以“總量+定額+清單”的模式提高各地區、各行業的水資源管理水平。

(4)保護修復生態、完善水工程網絡是解決新疆水問題的重要任務。維持現有綠洲面積的穩定，嚴格控制人工綠洲特別是灌溉面積的無序擴張，適當降低人工綠洲與天然綠洲的比例；優化配置生態用水，推進重點河湖生態保護和綜合治理，穩定并改善以重要河湖、濕地等為基礎的生態廊道；立足于減少蒸散發損失、提高生產生活用水利用效率、推進廢污水處理再利用等，大力推進節水工程建設；加快推進山區控制性工程建設，進一步提高對水資源的調蓄能力；響應國家及自治區號召，充分利用北疆地區的水資源條件，建設重大引調水工程和河湖連通工程，推進水資源的空間均衡，構建“三區三廊、四縱四橫、北水南調、西水東濟”的新疆水資源配置總體格局。