淺談瑪納斯河流域水資源的優(yōu)化配置

崔堅

【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會生活水平提高以及城市規(guī)模擴(kuò)大，我國的水資源供需矛盾日益突出，尤其是位于干旱半干旱地區(qū)的瑪納斯河流域（簡稱瑪河流域）。瑪河流域是典型的荒漠綠洲和灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)完全依賴引水灌溉。長期以來，瑪河流域大力發(fā)展灌溉農(nóng)業(yè)，水資源開發(fā)利用程度很高，同時也帶來了綠洲邊緣生態(tài)環(huán)境脆弱、鹽堿化嚴(yán)重等環(huán)境問題。為此，我收集瑪河流域各灌區(qū)的資料，結(jié)合生產(chǎn)需要，針對瑪河流域水資源短缺問題，開展了水資源優(yōu)化配置系統(tǒng)的研究，旨在能夠充分利用和管理瑪河流域水資源，使其在現(xiàn)有的水工程條件下發(fā)揮更大的綜合效益。

【關(guān)鍵詞】瑪納斯河流域 優(yōu)化配置 研究

一、 瑪河流域概況

1.自然地理概況：瑪河流域位于天山北麓準(zhǔn)噶爾盆地南緣，地處天山北坡經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)核心地帶，流域面積1.98 萬km2。該流域遠(yuǎn)離海洋、氣候干燥，屬于典型的大陸性氣候，光、熱、水資源豐富，有利于農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。瑪河流域內(nèi)有石河子市、昌吉州瑪納斯縣、塔城地區(qū)沙灣縣、克拉瑪依市的16 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)八師、農(nóng)六師新湖總場的15 個大型國營農(nóng)場。2.流域工程現(xiàn)狀：瑪河流域經(jīng)過50 余年的開發(fā)治理，已形成引、蓄、輸水設(shè)施比較完善的以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧防洪、發(fā)電等多種功能的供水體系。河水、庫水、井水和泉水一脈相通，是新疆乃至全國水資源利用率較高、灌溉管理水平較先進(jìn)的灌區(qū)之一?，敽恿饔蛩こ滔到y(tǒng)，由上游的引水樞紐、中游的平原水庫、下游的輸水渠系三部分組成。目前瑪河上已建成攔河引水樞紐2 座，大中型平原水庫6 座，設(shè)計總庫容4.7 億m。在瑪河上已建成徑流式梯級電站5座，總裝機(jī)107MW，年發(fā)電量4.5 億kW?h。一座裝機(jī)123MW 的天山電力股份有限公司特大型火力發(fā)電企業(yè)，目前裝機(jī)2×660MW 的四期空冷燃煤發(fā)電機(jī)組項(xiàng)目正在投入建設(shè)中。

二、 問題的提出及研究背景

1.從全球水資源危機(jī)來看，急需對國家和地區(qū)進(jìn)行水資源可持續(xù)利用研究。當(dāng)今世界面臨著人口、資源與環(huán)境三大問題，水是人類賴以生存和發(fā)展不可替代的寶貴資源，是保障國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展的重要基礎(chǔ)。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源短缺己成為全球性危機(jī)。中國是世界人口大國，但人均淡水資源卻很貧乏，如何合理利用水資源已成為全球性問題，也是水資源領(lǐng)域當(dāng)前和未來的重大課題。

2.從瑪河流域水資源管理問題看，急需解決流域水資源綜合配置問題。瑪納斯河在開發(fā)過程中取得了輝煌成績，但也暴露出許多水資源管理中現(xiàn)存的問題，這些問題隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展而日益突出?，敽恿饔蛴捎诿娣e大，用水單位多，存在兵地、軍地、地地的復(fù)雜用水關(guān)系，目前采用分級管理模式，即流域（河系）、市（縣）、團(tuán)場（鄉(xiāng)）三級。雖然流域內(nèi)現(xiàn)有較完整的引、蓄、調(diào)、泄水利工程，但作為水行政主管部門的瑪河流域管理處，所轄工程只有1 座引水樞紐和1 條18km長的輸水總干渠，水資源調(diào)控手段極為有限。流域機(jī)構(gòu)在水資源管理的主體法律地位，執(zhí)行起來十分困難，政令難以暢通，各自為政，形成“多龍治水、多龍管水”的局面。缺乏與時代相適應(yīng)的管理機(jī)制，致使水利工程不能充分發(fā)揮作用。

3.水資源開發(fā)利用不合理，流域生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞。瑪河流域解放前耕地面積只有1.3 萬hm2，經(jīng)過了50 多年的建設(shè)，灌溉面積已發(fā)展為2008 年的26.7萬hm2，農(nóng)業(yè)灌溉用水量占全流域總用水量的90%以上?，敽庸鄥^(qū)近年來大量采用了先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)，但節(jié)約下來的水又進(jìn)行了土地開發(fā)，這種發(fā)展趨勢必然會使資源性缺水日趨顯現(xiàn)，并帶來一系列不良后果。瑪納斯湖曾與羅布泊齊名，是獨(dú)特的沙漠之湖，豐水期最大面積超過1000km2。瑪納斯湖的消失造成數(shù)十種珍稀的沙漠物種消失，使石河子綠洲邊緣的生態(tài)環(huán)境日趨惡化，給鄰近地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生活造成了難以估量的損失。因而全面開展節(jié)水型建設(shè)，實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置，成為整個流域建設(shè)和管理的當(dāng)務(wù)之急。

因此，瑪河流域通過工程手段、行政手段、經(jīng)濟(jì)手段和科技手段等措施，對流域內(nèi)有限的水資源進(jìn)行優(yōu)化配置科學(xué)調(diào)度，使河水、水庫聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，做到河水、庫水、井水統(tǒng)一調(diào)配，最大限度解決流域內(nèi)水資源時空分布不均和供需水之間的矛盾，這對協(xié)調(diào)流域生態(tài)建設(shè)、人民生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水資源的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)流域可持續(xù)發(fā)展，具有十分深遠(yuǎn)的意義。

三、供需水平衡分析

基于社會經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境及其水資源工程的發(fā)展目標(biāo)，分析瑪河流域水資源的供需狀況，為水資源優(yōu)化配置提供理論依據(jù)。我們對瑪河流域各灌區(qū)的供水和需水進(jìn)行了全面的分析，得出瑪河流域保證率P=75%的供水量為14.969 億m3，保證率P=50%的供水量為16.014 億m3?，敽恿饔颥F(xiàn)狀年需水量為18.604 億m3，其中，生態(tài)需水0.700 億m3，生活需水0.393 億m3，工業(yè)需水1.056 億m3，農(nóng)業(yè)需水16.455 億m3，占總需水量的88%，所占比例較大。從目前瑪河流域的現(xiàn)狀看，保證率P=75%的年份缺水量為3.635 億m3，保證率P=50%的年份缺水量為2.590億m3。因此應(yīng)對流域內(nèi)的水資源進(jìn)行優(yōu)化配置和科學(xué)調(diào)度，使有限的水資源能最大限度地滿足生產(chǎn)、生活需要。

四、瑪河流域水資源優(yōu)化配置系統(tǒng)研究

1. 水資源系統(tǒng)組成：流域水資源的分配，是通過水資源配置系統(tǒng)完成的，它是水資源優(yōu)化配置研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。水資源配置系統(tǒng)一般由四個部分組成：水源系統(tǒng)、輸水系統(tǒng)、用水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)。水資源的配置過程可描述為：水資源配置系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)輸入的信息，水資源系統(tǒng)通過輸水系統(tǒng)將水分配到各個用水部門，然后由用水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)反饋信息給水資源分配系統(tǒng)。如此反復(fù)，直到得到最優(yōu)配置結(jié)果。

2.水資源優(yōu)化配置模型的選取?，敽恿饔騼?nèi)輸水渠道與水庫基本構(gòu)成了一個調(diào)配水效率較高的配水系統(tǒng)?！冬敿{斯河流域管理章程》則按行政隸屬關(guān)系，將流域農(nóng)業(yè)用戶劃分為農(nóng)八師石河子市、瑪納斯縣、新湖總場、沙灣縣等四大用水單位。

3.水資源優(yōu)化配置系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)則。為了合理開發(fā)和利用灌區(qū)水資源，綜合考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會等諸多因素，制定如下供水系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)則：a. 系統(tǒng)安全運(yùn)行規(guī)則。地表水庫要在確保工程安全條件下運(yùn)行，其蓄水位不得超過最高允許蓄水位的限制，汛期水庫的蓄水位不得高于防洪汛限水位，對各種水利工程、河道的操作都必須控制在設(shè)計或規(guī)定的安全范圍之內(nèi)。b. 用水部門相互關(guān)系規(guī)則。需水要求滿足的次序可以從需水的行業(yè)、時間、空間三方面來分析，從某種程度上看與供水高效性原則是相符的。在時間方面，農(nóng)作物生長期需要的關(guān)鍵水要優(yōu)先保障；在空間方面，用水效益高的地區(qū)要優(yōu)先滿足。c. 地表水與水庫蓄水供水原則。先通過引水渠道引水，引水盡量從庫外走水；首先滿足灌區(qū)用水后，余水蓄庫，虧水由水庫放水補(bǔ)充。當(dāng)來水大于需水時，水庫滿足需水后蓄余水；當(dāng)來水小于用水時，水庫放水以滿足需水。d. 用水和供水原則。灌溉季節(jié)，先滿足灌溉用水，再向水庫蓄水。

4.水資源優(yōu)化配置系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能。1）參數(shù)設(shè)置功能：a. 灌區(qū)參數(shù)設(shè)置。灌溉面積、渠道過水流量、閘口配水量、灌區(qū)利用系數(shù)、作物類別等。b. 模型參數(shù)設(shè)置?？蛇M(jìn)行瑪河來水、灌區(qū)實(shí)際用水、電廠計劃出力用水、城鎮(zhèn)用水、工業(yè)機(jī)動水、冬引水、附加水等的設(shè)置。c. 年初水庫水位。d. 灌溉制度編輯。編輯建立每年度、每個灌區(qū)的灌溉制度。2）查詢功能：a. 地圖查詢。在地圖上可查詢顯示灌區(qū)、水庫、渠道的位置（居中、閃爍）。b. 流域基本情況查詢。3）模型運(yùn)行功能：參數(shù)設(shè)置好后，可選擇計算年度，運(yùn)行配水平衡模型，系統(tǒng)可自動進(jìn)行計算。4）供需水分析功能：以水量分布圖的形式顯示某灌區(qū)逐年、逐月、逐旬供需水的情況。提供每個灌區(qū)的按旬分配的供需水情況。提供模型計算的各灌區(qū)供需水平衡情況。

五、 結(jié)束語

我們根據(jù)各用水部門依時空優(yōu)化準(zhǔn)則和水資源系統(tǒng)安全運(yùn)行規(guī)則，通過水資源優(yōu)化配置模型，以各分區(qū)優(yōu)先級為基礎(chǔ)，將水量在不同用戶中間分配。同時以各分區(qū)用水制度為基礎(chǔ)，將各分區(qū)的公共水源結(jié)合本地區(qū)的獨(dú)立水源，在各時段進(jìn)行最優(yōu)配置，得出瑪河流域水資源的時空配置結(jié)果，為科學(xué)調(diào)度提供了理論依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)有限水資源的效益最大化，為瑪河流域水資源的可持續(xù)利用和社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的決策支持。