托克遜縣阿拉溝大型灌區地表水資源可利用量研究

龔旭鋒

(吐魯番水文勘測局,新疆 吐魯番 838000)

為了解決阿拉溝灌區水資源可持續利用與社會經濟發展和生態環境保護相協調的問題,就需對灌區地表水資源可利用量進行分析。

1 概 況

阿拉溝大型灌區位于托克遜縣境內,包括托克遜鎮、夏鄉、郭勒布依鄉、阿拉惠鎮、伊拉湖鄉、博斯坦鄉等部分鄉鎮,面積為253.33km2,主要依靠阿拉溝河、白楊河水進行灌溉。白楊河發源于東天山支脈博格達山南坡,全長150km,在托克遜縣與阿拉溝河匯合入托克遜河[1-2]。阿拉溝河發源于巴州和靜縣境內的天格爾山東南麓,出山口處設有阿拉溝水文站,此后穿越托克遜縣城,最終匯入距托克遜縣城東南約50km的艾丁湖。

2 水資源評價分區

為了便于水資源計算,按照流域的完整性、一致性和水資源的統一規劃管理,將阿拉溝灌區分別按照流域和行政進行分區。流域分區中,把阿拉溝大型灌區作為五級水資源分區,劃分為11個六級水資源區,見表1。行政分區中,按照鄉鎮區劃將阿拉溝大型灌區分為6個部分,各個行政區劃面積詳見表2。

表2 阿拉溝大型灌區行政分區降水總量統計表

本次評價范圍為阿拉溝大型灌區,分別按水資源分區面積7774.6km2和鄉鎮面積6936km2區域水資源數量和質量進行評價。基準年為2018年,其降水、徑流資料系列為1956—2018年,蒸發量為1980—2018年。

3 水資源影響因素分析

3.1 降水

阿拉溝大型灌區地處天山南坡吐魯番盆地中部,屬暖溫帶干旱荒漠氣候特征。由于吐魯番盆地南部、東部地勢較低,因此西北氣流水汽輸送是阿拉溝大型灌區水汽的主要來源。受水汽條件和地理位置影響,項目區四季降水量分配極不均勻,多集中在6～9月,其他月降水量極少,多年平均降水量為45.5mm。

根據繪制的降水量等值線圖,按照流域水資源分區可以計算出阿拉溝大型灌區面積為7774.6km2,多年平均降水總量15.852×108m3,平均年降水深為203.9mm;其中:阿拉溝河降水總量為8.611×108m3,占阿拉溝大型灌區降水總量的54.3%;白楊河降水總量為7.2405×108m3,占阿拉溝大型灌區降水總量的45.7%。阿拉溝大型灌區流域分區降水總量統計見表1。

阿拉溝大型灌區按行政分區的鄉鎮有托克遜鎮、夏鄉、郭勒布依鄉、伊拉湖鄉、阿拉惠、博斯坦鄉,總面積6936km2,降水深68.2mm,降水總量3.6102×108m3。阿拉溝大型灌區行政分區降水總量統計見表2。

3.2 地表徑流

3.2.1 計算方法

阿拉溝大型灌區內主要河流有阿拉溝河、白楊河、柯爾堿河、艾維爾溝河、阿拉溝河、祖魯木圖溝河、烏斯通溝河,河流上有阿拉溝、煤窯溝水文站和小草湖水文專用站。根據《地表水資源調查和統計分析技術細則》的要求,按實測或修正后的徑流系列推求多年平均年徑流量,再加上未控制區域年徑流等值線圖量算的產水量,分別計算出各流域區和行政區的地表水資源量[3]。

計算行政分區水資源量時,部分行政分區存在有外來水出入的情況,因此,行政分區地表水資源量計算時應從行政區地表總徑流量中扣除進入本行政區外來水量。計算公式為:

W=∑RKZi+∑WFki-∑RKRi

(1)

式中:W為行政區地表水資源量,108m3;RKZi為控制站天然河川徑流量,108m3;WFKi為非控制區產水量,108m3(量算的山區徑流量減去河川徑流量);RKRi為入區水量,108m3。

3.2.2 流域分區地表水資源量計算

本次計算以五級流域區作為計算單元。因流域界線完整、無分割,不存在外來入區水量的情況,故采用下式計算:

地表總水資源量=控制區徑流量+非控制區量算值

(2)

阿拉溝大型灌區流域分區地表水資源計算成果見表3。

表3 阿拉溝大型灌區水資源流域分區地表水資源量計算表

經計算匯總,白楊河大型灌區計算面積為8367.2km2,地表總水資源量為4.628×108m3,其中,阿拉溝河區地表總水資源量為2.0347×108m3,占阿拉溝大型灌區地表水資源量的44.0%,白楊河河區地表總水資源量為2.5933×108m3,占阿拉溝大型灌區地表水資源量的56.0%。

3.2.3 行政分區地表水資源量計算

本次采用阿拉溝大型灌區1956—2018年多年平均徑流深等值線圖對各行政分區地表水資源量進行量算。計算結果見表4。

表4 阿拉溝大型灌區流域行政分區地表水資源量計算表

從表4中可看出,按行政區地表水資源量分析計算,阿拉溝大型灌區行政區面積為12562km2,部分行政區均在徑流深等值線5mm以下,屬不產流區,行政區地表水資源量為0.4267×108m3,占整個灌區水資源量的9.22%;非行政區地表水資源量為4.2013×108m3,占整個灌區水資源量的90.8%。

3.3 水面蒸發

受氣溫、濕度和風的影響,阿拉溝大型灌區水面蒸發量年內分配不均,年蒸發量1530mm。在地域上,平原區蒸發量大于山區,最大蒸發量一般出現在6月或7月,最大月占年蒸發量的16%左右。山區連續最大四個月水面蒸發量占年水面蒸發量的40.5%～72.8%,平原區在58.3%～72.3%,主要集中在5～8月。由于氣溫年內高差大,故水面蒸發量冬季小,夏季大。由于影響水面蒸發量的氣象要素年際變化不大,因此決定了水面蒸發量年際變化也相對較小。與降水、徑流相比,蒸發量年際變化較為穩定,最大年水面蒸發量與最小水面蒸發量的極值比在1.2～2.5之間。阿拉溝

平原區的干旱指數大于10.0,明顯大于山區;所以阿拉溝大型灌區屬于極度干旱區,水資源對于灌區發展具有重要的生命支撐作用。

3.4 水質

在阿拉溝大型灌區依照河流分布情況,選取8個采樣點。經水質檢測分析,阿拉溝大型灌區流域地表水體ph值在7.9～8.0之間,水體略偏堿性,水化學類型屬于重碳酸類和硫酸類型水;水體礦化度及總硬度較高,屬于中等礦化度及較高礦化度,適度硬水及硬水。阿拉溝水庫水質為Ⅱ類,魚兒溝水質為Ⅲ類,烏斯通溝水質為Ⅴ類,主要超標因子為化學需氧量。紅山水庫為Ⅲ類,柯爾堿為Ⅰ類,白楊河為Ⅲ類,白楊河和阿拉溝匯合口為Ⅲ類,阿拉溝灌區為Ⅲ類。

4 地表水資源可利用量

4.1 計算方法

阿拉溝河、白楊河皆屬內陸河區,阿拉溝大型灌區地表水資源可利用量的估算,采用河川徑流量扣除不可以被利用地表水資源量、不可能被利用地表水資源量的方法進行估算。計算公式為:

Wsu=Ws-Wn-Wdf

(3)

式中:Wsu為地表水資源可利用量,108m3;Ws為天然河川徑流量,108m3;Wn為不可以被利用地表水量,108m3;Wdf為不可能被利用地表水量,108m3。

4.2 計算結果

4.2.1 不可能被利用水量

不可能被利用的水資源主要為阿拉溝大型灌區兩河(阿拉溝河、白楊河)山前平原山洪溝由于暴雨或棄水形成的徑流及一些獨立的小河溝由于徑流量較小無法利用水量,這部分水量基本屬于流域非控制區部分,根據1956—2018年徑流深等值線圖量算,其不可能被利用水量為0.0212×108m3,其中阿拉溝河區0.0212×108m3,白楊河區0.00×108m3。

4.2.2 不可以被利用水量

吐魯番盆地不可以被利用的水資源量主要為河道內生態環境需水量、湖泊濕地需水量及供下游鄰區開發利用的水資源量。

4.2.2.1 河道最小生態環境需水量

河道內生態基流需水量主要為維護天然生態保護目標所需水量。通常以多年平均徑流量的百分數作為河道最小生態環境需水量。計算公式為:

W河流最小生態環境需水量=K×W多年地表水資源量

(4)

式中:K為百分比系數,取10%。阿拉溝大型灌區多年地表水資源量為4.628×108m3,

由此計算出吐魯番盆地最小生態環境需水量為0.4628×108m3。

4.2.2.2 湖泊需水量估算

區內湖泊主要為艾丁湖,考慮到艾丁湖為吐魯番盆地14條主要河流的尾閭,需要下泄水量保護生態用水。按阿拉溝大型灌區內河川徑流量扣除最小生態環境需水量后水量的5.0%作為艾丁湖濕地生態需水量,艾丁湖濕地生態需水量為0.2083×108m3。

綜上所述:阿拉溝大型灌區地表總水資源量為 4.6280×108m3,其中:不可能被利用量為0.0212×108m3,不可以被利用量為0.6942×108m3,可利用量為3.9338×108m3。詳見表5。

表5 阿拉溝大型灌區水資源可利用水量計算表

5 結 語

阿拉溝大型灌區是托克遜縣重要的農業生產基地。灌區主要依靠引灌地表水資源,涉及河流較多,生態環境脆弱,摸清地表水資源對于其優化水資源配置、加強水資源管理、調整農業結構具有重要作用。通過降雨、徑流、蒸發、水質的影響因素分析計算,可知阿拉溝大型灌區可利用水量僅為3.9338×108m3,水質基本滿足農業灌溉需求,為促進和保障吐魯番地區人口、資源、環境和經濟的協調發展提供了重要技術依據。