和田地區(qū)水資源優(yōu)化配置探討

宋 鑫

(新疆兵團勘測設計院(集團)有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830002)

0 引言

對于干旱性地區(qū)而言，地下水動態(tài)變化屬于復雜的水文過程，同時受到自然條件和人類活動的影響，例如干燥的氣候條件、降水、蒸發(fā)、水利工程的興建、地下水的開采、農(nóng)業(yè)灌溉等都會引起地下水位的變化，所以，研究地下水位及可開采量的動態(tài)變化對于區(qū)域水資源優(yōu)化配置具有積極意義。和田地區(qū)是我國典型的內(nèi)陸干旱區(qū)，區(qū)域內(nèi)土地利用效率、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及社會經(jīng)濟發(fā)展都與水資源分配和利用情況直接相關(guān)，二十世紀六十年代以來，和田地區(qū)農(nóng)業(yè)種植面積及對水資源的需求不斷增大，有限的地表水資源促使人們加大了對地下水的開采，久而久之，地下水超采日益嚴重，進而加劇了和田地區(qū)土壤次生鹽漬化和土地的荒漠化，生態(tài)環(huán)境日漸惡化?；诖吮尘埃钊敕治隽俗匀粭l件和人類活動雙重影響下和田地區(qū)地下水資源補給量的變化規(guī)律，并對水資源優(yōu)化配置進行深入探討。

1 區(qū)域概況

和田地區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)南部、塔里木盆地以西，地勢北低南高，水資源匱乏，南部的昆侖山脈群峰林立，中部的山前坡麓植被覆蓋。和田地區(qū)山地、平原區(qū)界限分明，盆地平原區(qū)與山地地貌參半，人類活動主要集中于海拔1500 m以下的平原區(qū)。和田地區(qū)下轄一個縣級市和七個縣，全區(qū)由南向北依次呈現(xiàn)為寒溫帶-溫帶-暖溫帶-大陸荒漠氣候，氣候類型復雜，春季多為沙塵暴和浮塵天氣，夏季炎熱干燥，年最高氣溫為40.3℃，年降水量均值僅為50.5 mm，蒸發(fā)量均值可達2524.6 mm，常年積雪冰川的高山區(qū)域是和田地區(qū)和田河、克里亞河、玉龍喀什河等主要水系發(fā)源地。伴隨著和田地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展步伐的加快，對水資源的實際需求量急劇增加，水資源供需矛盾不斷激化。

2 地下水資源特點及補給量分析

作為新疆典型的干旱地區(qū)，和田地區(qū)地下水的主要補給形式有兩種：天然補給和地表水轉(zhuǎn)化補給，考慮到和田地區(qū)平原區(qū)年降水量較為稀少，徑流的形成存在較大難度，所以通過降水以天然補給地下水的的可能性較小，調(diào)查結(jié)果也顯示，和田地區(qū)平原區(qū)地下水資源主要依靠山前側(cè)滲進行補給，此外還包括部分地表水轉(zhuǎn)化補給以及地下水回歸補給。水資源不足已經(jīng)成為制約和田地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展的突出性因素。以和田地區(qū)現(xiàn)有的地下水監(jiān)測資料為依據(jù)，并充分借助相關(guān)模型進行區(qū)域地下水水量補給過程及結(jié)果的測算，測算結(jié)果統(tǒng)計情況見表1。

表1 和田地區(qū)水資源量補給來源及占比

根據(jù)表1統(tǒng)計結(jié)果，和田地區(qū)水資源量中來自天然的補給量僅占25.72%，其余包括河道入滲補給、水庫入滲補給、渠系入滲補給、田間井灌入滲補給、回歸補給等在內(nèi)的轉(zhuǎn)化補給量占比74.28%。此外，地下水埋深的變化對于灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展及生態(tài)穩(wěn)定較為重要。根據(jù)上述的估算以及地區(qū)水資源開發(fā)利用實際，和田地區(qū)當前區(qū)域水資源開發(fā)利用對區(qū)域地下水補給量所產(chǎn)生的影響比較大，必須通過地方水資源管理部門及用水單位的共同努力，不斷調(diào)整和優(yōu)化地下水資源開發(fā)利用程度。

根據(jù)和田地區(qū)2010年～2015年地下水位埋深的逐月監(jiān)測結(jié)果，全區(qū)地下水儲量呈現(xiàn)降低趨勢。

和田地區(qū)(尤其是平原區(qū))地下水受到較為明顯的徑流補給和人工開采的影響與擾動，使得部分地區(qū)地下水超采現(xiàn)象嚴重，地下水水位不斷降至警戒水位以下。從東北至西南陸地水儲量逐漸縮減，尤其是秋季蒸散量遠遠超出降水量，再加上區(qū)域灌溉農(nóng)業(yè)設施的不完善及落后的灌溉方式，加劇了細砂質(zhì)河床的蒸發(fā)滲漏，導致水資源大規(guī)模流失。和田河流域產(chǎn)流不斷減少，加上人類生產(chǎn)性活動的擾動，導致徑流沿程減少。深入分析和田地區(qū)地下水埋深變化數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，區(qū)域地下水位呈持續(xù)下降態(tài)勢，其中以皮山縣和和田縣儲水量的降低最為顯著，儲水量最大降低值達38.73 cm。就全區(qū)來看，短期內(nèi)并無新建水利樞紐工程的計劃，所以并無新的替代性水源可供使用，這種水資源匱乏的狀態(tài)還會持續(xù)[1]。

3 水資源優(yōu)化配置

3.1 需水方案的設計

為增強分析過程的科學性及結(jié)果的真實性與適用性，充分利用相關(guān)文獻及統(tǒng)計年鑒中有關(guān)新疆和田地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展的各項指標，并考察和掌握和田地區(qū)現(xiàn)有河道水資源供需以及河道外其余生態(tài)需水實際情況的基礎上，處于區(qū)域生態(tài)用水安全的視角，在地區(qū)社會協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎上，提出和田地區(qū)三種水資源優(yōu)化配置及生態(tài)需水方案：

方案Ⅰ：以農(nóng)業(yè)發(fā)展為重心、主要考慮農(nóng)業(yè)需水的低位方案，2020年生活需水、工業(yè)需水和農(nóng)業(yè)需水量分別為931×104m3、5580×104m3、31220×104m3，2025年需水量分別為813×104m3、5524×104m3、31210×104m3；2040年分別為756×104m3、5501×104m3、31558.84×104m3。農(nóng)業(yè)需水量在需水總量中占比分別為82.74%、83.12%、84.2%。

方案Ⅱ：兼顧農(nóng)業(yè)、工業(yè)及其他方面發(fā)展需水的中位方案，2020年生活需水、工業(yè)需水和農(nóng)業(yè)需水量分別為1130×104m3、8955×104m3、23935×104m3；2025年需水量分別為1104×104m3、8869×104m3、30598×104m3；2040年分別為868×104m3、6612×104m3、27415×104m3。農(nóng)業(yè)需水量在需水總量中占比分別為70.36%、75.42%、78.56%。

方案Ⅲ：以工業(yè)發(fā)展為中心的高位需水方案。2020年生活需水、工業(yè)需水和農(nóng)業(yè)需水量分別為1553×104m3、10760×104m3、17890×104m3；2025年需水量分別為1553×104m3、11543×104m3、16668×104m3；2040年分別為1218×104m3、7346×104m3、22652×104m3。農(nóng)業(yè)需水量在需水總量中占比分別為3.9%、23.53%、22.55%。

以2015年為基準年，以2020年、2025年和2040年為近期、中期和遠期規(guī)劃水平年，采用指標定額法進行規(guī)劃水平年不同行業(yè)在各方案下需水量的預測。由于現(xiàn)狀年和田地區(qū)地下水超采嚴重，選擇強化節(jié)水方案，見表2。

表2 和田地區(qū)生態(tài)需水方案 單位：104 m3

3.2 供需平衡結(jié)果及優(yōu)化配置

按照表2對和田地區(qū)生態(tài)性需水方案所進行的對比分析，并充分結(jié)合區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展對水資源實際需求的客觀情況，進行區(qū)域水資源優(yōu)化配置過程的耦合迭代[2]，在此基礎上進一步求出三種不同的需水方案下和田地區(qū)地下水資源優(yōu)化配置的結(jié)果，并據(jù)此確定出和田地區(qū)地下水水資源開采最優(yōu)的最佳規(guī)模，結(jié)果見表3。

表3 地下水資源供需平衡的具體結(jié)果 單位：104 m3

表3中，供水量合計數(shù)⑤=地下水②+地表水③+再生水④，地下水超采規(guī)模通過查閱《新疆地下水超采區(qū)劃定報告》(哈政辦發(fā)[2018]149號)而得出，則地下水水資源最優(yōu)開采量⑦=需水量①+地下水超采規(guī)模⑥-供水量合計數(shù)⑤。根據(jù)表2的計算結(jié)果，2020年、2025年和2040年三年內(nèi)方案Ⅰ實施后所實際引起的和田地區(qū)地下水超采規(guī)模為8500×104m3、4307×104m3、1521.4×104m3，地下水供需缺口為8457.5×104m3、4229.1×104m3、4120.2×104m3。再結(jié)合本文研究過程中對和田地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展對水資源的實際利用過程及程度的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)工業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)灌溉在用水時段方面存在沖突，缺乏協(xié)調(diào)，此外，工業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)灌溉所要求的水資源保證率也并不統(tǒng)一，如此一來，便增大了剩余水資源在工業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)灌溉之間順利轉(zhuǎn)化的難度，并最終導致當前和田地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉的確取得了一定的節(jié)水效果，但工業(yè)生產(chǎn)中水資源的供需缺口仍然較大的矛盾性局面[3]。與方案Ⅰ相比，方案Ⅱ增大了對地表水與再生水的開發(fā)利用和供給，減少了對區(qū)域地下水資源的開采和擾動，導致該方案下地下水超采規(guī)?？s減至7940×104m3，但是卻導致區(qū)域水資源供需缺口增大，增加至13218.8×104m3。方案Ⅲ的情況下對區(qū)域地下水的超采規(guī)模增加至10950×104m3，但同時地下水供需缺口也增大，增至21590.4×104m3，這種方案最為不利。經(jīng)綜合比選，最終決定采用地下水超采規(guī)模最小的方案Ⅱ。

4 結(jié)語

本文在參考借鑒相關(guān)文獻及新疆和田地區(qū)水利年鑒的基礎上，結(jié)合地區(qū)水資源開發(fā)利用報告，擬定出三種區(qū)域水資源優(yōu)化配置方案，其中方案Ⅰ是以農(nóng)業(yè)發(fā)展為重心、主要考慮農(nóng)業(yè)需水的低位方案，方案Ⅱ是兼顧農(nóng)業(yè)、工業(yè)及其他方面發(fā)展需水的中位方案，方案Ⅲ是以工業(yè)發(fā)展為中心的高位需水方案。從地下水超采規(guī)模、區(qū)域水資源供需缺口、地下水水資源最優(yōu)開采量等角度進行了三種方案的比選。分析結(jié)果表明，方案Ⅲ因?qū)Φ叵滤梢?guī)模較大且會增大地區(qū)水資源供需缺口，所以直接舍掉；方案Ⅰ主要側(cè)重農(nóng)業(yè)灌溉方面的水資源需求，而本文前述的調(diào)查結(jié)果表明，和田地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉水資源方面存在一定的節(jié)約，所以，最終選擇兼顧農(nóng)業(yè)、工業(yè)及其他方面發(fā)展的方案Ⅱ。