塔里木河流域抗旱減災(zāi)水資源應(yīng)急調(diào)配關(guān)鍵技術(shù)及策略

周海鷹，魏光輝，桂東偉

(1.新疆維吾爾自治區(qū)塔里木河流域管理局，841000，庫爾勒；2.中科院新疆生態(tài)與地理研究所，830011，烏魯木齊)

塔里木河流域地處中亞腹地，氣候干旱，降水稀少，干旱災(zāi)害是流域主要的自然災(zāi)害之一。塔里木河流域城鎮(zhèn)居民生活用水、工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉、生態(tài)環(huán)境用水主要依靠高原山區(qū)冰川融雪和暴雨洪水形成的河道徑流，屬于典型的“灌溉農(nóng)業(yè)、灌溉綠洲、灌溉生態(tài)”。

開展塔里木河流域抗旱減災(zāi)水資源應(yīng)急調(diào)配技術(shù)和策略研究，對于提高塔里木河流域抗旱應(yīng)急管理水平，增強(qiáng)抗旱減災(zāi)預(yù)案的針對性和可操作性，提升災(zāi)害監(jiān)測預(yù)報水平和預(yù)警能力，完善應(yīng)急反應(yīng)處置，發(fā)揮科技在抗旱減災(zāi)中的重要支撐、引領(lǐng)作用，實現(xiàn)預(yù)防和減輕自然災(zāi)害損失的目標(biāo)具有重要作用。

一、抗旱減災(zāi)水資源應(yīng)急調(diào)配關(guān)鍵技術(shù)

1.總體思路

塔里木河流域抗旱減災(zāi)目標(biāo)是保障生活用水，協(xié)調(diào)生產(chǎn)、生態(tài)用水，預(yù)防和減輕干旱災(zāi)害及其造成的損失，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展。實現(xiàn)抗旱減災(zāi)目標(biāo)需要建立可靠、有效的流域抗旱減災(zāi)應(yīng)急管理體系，主要包括工程技術(shù)措施和非工程技術(shù)措施。

2.工程措施

（1）地下水開發(fā)利用工程

塔里木河流域生態(tài)環(huán)境脆弱，地下水是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要水源，是干旱區(qū)天然植被的主要供水水源，也是維持綠洲生態(tài)穩(wěn)定的重要因素。地下水的開發(fā)利用應(yīng)該堅持統(tǒng)籌兼顧、總量控制、保護(hù)優(yōu)先、合理開發(fā)的原則，與灌區(qū)鹽堿地改良、農(nóng)業(yè)節(jié)水建設(shè)有機(jī)地結(jié)合起來，充分發(fā)揮地下水開發(fā)利用的綜合效益。在干旱年份，地下水可作為便捷、可靠的抗旱減災(zāi)應(yīng)急穩(wěn)定水源。即便在地下水超采區(qū)，也可發(fā)揮應(yīng)有的抗旱減災(zāi)效益。同時，也應(yīng)注意在非干旱年份對地下水資源進(jìn)行合理回補(bǔ)，達(dá)到“以豐補(bǔ)歉”的效果。

（2）水庫工程

①平原水庫。目前流域已建水庫大部分為平原水庫，平原水庫調(diào)蓄能力低，水深較淺，蒸發(fā)滲漏嚴(yán)重，水利用率僅有40%～60%。平原水庫蓄水受上一年度天然徑流狀況和農(nóng)業(yè)灌溉用水量的影響較大，上一年度天然來水低于多年平均或農(nóng)業(yè)灌溉用水量大將造成平原水庫難以蓄足水量，不能保障當(dāng)年抗旱所需。這種不確定性表明，平原水庫并不能作為固定、可靠的抗旱減災(zāi)水源。著眼長遠(yuǎn)，從全流域水量統(tǒng)一調(diào)配角度，科學(xué)合理地開展平原水庫調(diào)度工作，在一上年度末蓄足水量，做好抗旱減災(zāi)準(zhǔn)備。

②山區(qū)水庫。塔里木河流域已建成的山區(qū)水庫數(shù)量較少，僅有8座，且規(guī)模都不大。由于山區(qū)水庫充分利用了高原山區(qū)的地形地貌條件，水面面積小，水深較深，蒸發(fā)滲漏損失小，庫容蓄水量大，易于調(diào)控，其預(yù)留庫容（包括灌溉庫容、防洪庫容、發(fā)電庫容、死庫容）可作為重大干旱期的應(yīng)急供水水源。因此，山區(qū)水庫可作為干旱年份的可靠補(bǔ)水水源。結(jié)合塔里木河流域重點水利工程布局，從流域抗旱減災(zāi)的實際需要出發(fā)，“十三五”和“十四五”期間，塔里木河流域需要加快建設(shè)一批山區(qū)水庫，利用山區(qū)水庫的預(yù)留庫容，作為緊急情況下固定、可靠的抗旱減災(zāi)應(yīng)急水源。

（3）農(nóng)業(yè)高效節(jié)水工程

農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術(shù)不但節(jié)水效率高，而且具有節(jié)能、節(jié)地、節(jié)肥、節(jié)勞等特點，對提高流域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)水平，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收有很大的作用。目前，塔里木河流域已推廣應(yīng)用了滴灌、噴灌等高效節(jié)水技術(shù)，部分區(qū)域取得顯著效果，從抗旱減災(zāi)的角度考慮，應(yīng)大力發(fā)展農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術(shù)，為抗旱減災(zāi)提供技術(shù)保障。

（4）水量統(tǒng)一調(diào)度

塔里木河流域水量統(tǒng)一調(diào)度遵循統(tǒng)一調(diào)度、分級負(fù)責(zé)、電力調(diào)度服從水量調(diào)度、總量控制與重要節(jié)點水量（流量）控制、隨來水量變化豐增枯減相結(jié)合的原則。水量調(diào)度，應(yīng)當(dāng)首先滿足城鄉(xiāng)居民生活用水的需要，合理安排農(nóng)業(yè)、工業(yè)用水，保證生態(tài)用水。當(dāng)流域內(nèi)出現(xiàn)重度干旱級別以上的干旱，塔里木河三源流的天然徑流急劇減少，嚴(yán)重影響流域灌溉和生態(tài)用水，造成流域內(nèi)水危機(jī)的狀況時，需要實施流域水資源應(yīng)急調(diào)度方案，以解決和緩解出現(xiàn)的嚴(yán)重旱情。塔里木河流域應(yīng)急抗旱水量調(diào)度方案，由塔里木河流域管理局會同流域各地（州）和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)4個師編制，并征求流域內(nèi)重要水庫、水電站等用水單位意見，經(jīng)上級水行政主管部門審查，報新疆維吾爾自治區(qū)防汛抗旱總指揮部批準(zhǔn)實施。

（5）空中云水資源有效利用

在塔里木河流域空中水資源開發(fā)利用上，要進(jìn)一步完善科學(xué)化、規(guī)模化的人工增雨技術(shù)手段，抓住一切有利降水的天氣過程，綜合考慮空中水資源的開發(fā)與地表水資源的調(diào)配、利用，逐步形成空中水與地表水、地下水相結(jié)合的水安全體系。

（6）跨流域調(diào)水工程

塔里木河流域各大、中河流的產(chǎn)流區(qū)主要分布在天山山脈、喀喇昆侖山脈、昆侖山脈，水汽來源不盡相同，豐枯年并不完全同步。各河流豐枯的不同步性，為抗旱減災(zāi)提供了水源條件，即實施跨河流調(diào)水，將豐水年的河流水量利用工程手段調(diào)到處于枯水年的河流，或?qū)⒑恿魃嫌蔚乃空{(diào)到下游缺水地區(qū)，緩解旱情，最大限度地減少災(zāi)害損失。

3.抗旱減災(zāi)非工程措施

（1）抗旱減災(zāi)指揮領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)

為統(tǒng)籌協(xié)調(diào)塔里木河流域抗旱減災(zāi)各項工作，自治區(qū)成立防汛抗旱總指揮部，自治區(qū)人民政府副主席擔(dān)任總指揮長，負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)、組織、指揮塔里木河流域抗旱減災(zāi)工作。塔里木河流域抗旱減災(zāi)工作實行各級人民政府行政首長負(fù)責(zé)制，統(tǒng)一指揮、部門協(xié)調(diào)、分級負(fù)責(zé)。自治區(qū)發(fā)改、財政、公安、水利及新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)等部門和塔里木河流域五州 （地）、4個兵團(tuán)師作為總指揮部成員單位。

自治區(qū)防汛抗旱總指揮部設(shè)立辦公室，辦公室設(shè)在自治區(qū)水利廳，負(fù)責(zé)塔里木河流域抗旱的指導(dǎo)、監(jiān)督管理工作。在自治區(qū)防汛抗旱辦公室的領(lǐng)導(dǎo)下，成立塔里木河流域防汛抗旱協(xié)調(diào)辦公室，辦公室設(shè)在塔里木河流域管理局，負(fù)責(zé)指導(dǎo)、協(xié)調(diào)、監(jiān)督塔里木河流域抗旱工作。

（2）抗旱減災(zāi)預(yù)警響應(yīng)與協(xié)調(diào)聯(lián)動機(jī)制

①抗旱減災(zāi)行政組織機(jī)制

《中華人民共和國抗旱條例》明確規(guī)定：縣級以上地方人民政府防汛抗旱指揮機(jī)構(gòu)，在上級防汛抗旱指揮機(jī)構(gòu)和本級人民政府的領(lǐng)導(dǎo)下，負(fù)責(zé)組織、指揮本行政區(qū)域內(nèi)的抗旱工作。因此，塔里木河流域五州（地）人民政府和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)4個師要成立防汛抗旱指揮部，領(lǐng)導(dǎo)、組織、指揮轄區(qū)內(nèi)的抗旱減災(zāi)工作。

②抗旱減災(zāi)預(yù)警響應(yīng)機(jī)制

結(jié)合流域內(nèi)旱情等級情況，綜合考慮流域干旱缺水狀況，預(yù)警等級分為四級。應(yīng)急響應(yīng)等級與預(yù)警等級相對應(yīng)，也分為四級。

③抗旱減災(zāi)協(xié)調(diào)聯(lián)動機(jī)制

為統(tǒng)籌協(xié)調(diào)塔里木河流域抗旱減災(zāi)工作，應(yīng)建立塔里木河流域抗旱減災(zāi)協(xié)調(diào)聯(lián)動機(jī)制，由指揮機(jī)構(gòu)、指導(dǎo)協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)、服務(wù)保障機(jī)構(gòu)、應(yīng)急響應(yīng)機(jī)構(gòu)、信息服務(wù)等五大部分組成。

（3）抗旱減災(zāi)法規(guī)保障措施

依據(jù) 《中華人民共和國抗旱條例》等法規(guī)，制定《塔里木河流域抗旱減災(zāi)條例》《塔里木河流域抗旱減災(zāi)考核與問責(zé)辦法》《塔里木河流域應(yīng)對干旱事件水量調(diào)度管理辦法》，編制《塔里木河流域抗旱減災(zāi)規(guī)劃》，為抗旱減災(zāi)提供政策保障和技術(shù)支持。

二、抗旱減災(zāi)應(yīng)急調(diào)配原則

1.輕度干旱時水資源應(yīng)急調(diào)配

輕度干旱水資源應(yīng)急調(diào)配原則為：一是以內(nèi)涵挖潛為主，包括實施高效節(jié)水、充分利用現(xiàn)有水庫蓄水、合理開采利用地下水等；二是采取必要的水量調(diào)度措施和水資源行政協(xié)調(diào)措施。

2.中度干旱時水資源應(yīng)急調(diào)配

中度干旱水資源應(yīng)急調(diào)配原則為：一是加強(qiáng)水量統(tǒng)一調(diào)度；二是在挖掘現(xiàn)有水資源潛力的情況下加強(qiáng)節(jié)約用水，包括實施高效節(jié)水、充分利用現(xiàn)有水庫蓄水、合理開采利用地下水等；三是采取水資源行政協(xié)調(diào)措施。

3.重度干旱時水資源應(yīng)急調(diào)配

重度干旱水資源應(yīng)急調(diào)配原則為：一是協(xié)調(diào)配置生活、生產(chǎn)、生態(tài)用水，加強(qiáng)水量統(tǒng)一調(diào)度；二是在挖掘現(xiàn)有水資源潛力的情況下加強(qiáng)節(jié)約用水，包括實施高效節(jié)水、充分利用現(xiàn)有水庫蓄水、合理開采利用地下水等；三是增強(qiáng)非工程措施，采取水資源行政協(xié)調(diào)措施。

以O(shè)生產(chǎn)裝置合成結(jié)晶工藝單元為例，其中含有二氯甲烷和石油醚等易燃易爆介質(zhì)較多，數(shù)量較大，通過對開發(fā)的F&EI評估計算軟件進(jìn)行驗證，評估計算得到的F&EI指數(shù)見表4所列，表4中確定的物質(zhì)為汽油，操作溫度為120 ℃，MF值為16。安全補(bǔ)償措施系數(shù)見表5所列，工藝單元危險分析匯總見表6所列，有關(guān)數(shù)據(jù)對改進(jìn)O裝置合成結(jié)晶工藝單元的安全操作具有重要價值。

4.極端干旱時水資源應(yīng)急調(diào)配

極端干旱水資源應(yīng)急調(diào)配原則為：一是按輕重緩急確定供水優(yōu)先次序，供水優(yōu)先順序首先保證生活用水，其次是生產(chǎn)用水，最后是生態(tài)用水；二是有條件地擠占部分生態(tài)環(huán)境用水需求，擠占部分生態(tài)環(huán)境用水是在極端干旱年或連續(xù)干旱年的一項脅迫行為，如降低河道外生態(tài)環(huán)境用水標(biāo)準(zhǔn)、減少河道生態(tài)基流等，但采取這種行為的前提是不對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)造成不可逆轉(zhuǎn)的影響或是受損生態(tài)系統(tǒng)在預(yù)期時期內(nèi)能夠恢復(fù)或重建；三是加強(qiáng)非工程措施力度，要求應(yīng)急抗旱統(tǒng)一指揮、協(xié)調(diào)聯(lián)動；四是加大地下水開采力度，但必須建立在地下水沒有嚴(yán)重超采的基礎(chǔ)上，并且在其后的豐水年或平水年能夠補(bǔ)給；五是調(diào)整用水結(jié)構(gòu)，對于距離水源較遠(yuǎn)、效益較差的農(nóng)作物采取輪耕休耕方式，最大限度地減輕災(zāi)害損失。

三、抗旱減災(zāi)數(shù)字信息集成

1.塔河流Ⅱ數(shù)字集成方案框架

①在收集和整理塔里木河流域自然地理、水資源、旱情和經(jīng)濟(jì)社會信息上，結(jié)合干旱預(yù)警和水資源調(diào)配的需要，有效地實現(xiàn)多源基礎(chǔ)地理信息和專題信息的整合。

②在空間數(shù)據(jù)采集和地圖數(shù)字化的基礎(chǔ)上，編輯、整理和構(gòu)建塔里木河流域基礎(chǔ)地理空間信息以及干旱預(yù)警和水資源調(diào)配相關(guān)空間信息，制作相關(guān)GIS地圖，并基于Web發(fā)布，服務(wù)于旱情分析與應(yīng)用。

③基于通用數(shù)據(jù)庫和Web技術(shù)構(gòu)建基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫和干旱預(yù)警信息、水資源調(diào)配專用信息數(shù)據(jù)庫。

④構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)的信息查詢應(yīng)用和空間信息可視化的數(shù)字平臺和實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互共享。

⑤實現(xiàn)基于數(shù)字平臺的干旱災(zāi)害評價與預(yù)警，分析不同旱情等級下水資源調(diào)配與調(diào)度模型、措施的應(yīng)用。

塔里木河流域干旱與水資源調(diào)配數(shù)字集成平臺的需求圍繞流域自然地理信息、干旱信息和水資源配置和信息資源共享、成果展現(xiàn)方面。

基于對塔里木河流域干旱和水資源配置數(shù)字集成內(nèi)容、建設(shè)原則和需求分析，結(jié)合項目的目標(biāo)、功能、結(jié)構(gòu)和特點，采用Web技術(shù)構(gòu)建瀏覽器/服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫（B/S/D）三層構(gòu)架下的應(yīng)用服務(wù)體系（分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)庫端、服務(wù)器端、客戶端），融合WebGIS應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫和模型的集成。集成方案基于J2EE體系架構(gòu)技術(shù)，它由客戶端、Web服務(wù)器層、GIS應(yīng)用服務(wù)器層、數(shù)據(jù)庫層多層結(jié)構(gòu)組成。其中，數(shù)據(jù)庫層是基礎(chǔ)，管理基礎(chǔ)地理信息空間數(shù)據(jù)和干旱專題數(shù)據(jù)信息；GIS應(yīng)用服務(wù)器和Web服務(wù)器是中間層。GIS應(yīng)用服務(wù)器層管理并發(fā)布空間數(shù)據(jù)到GIS服務(wù)器上；Web服務(wù)器負(fù)責(zé)響應(yīng)客戶端請求，并調(diào)用GIS應(yīng)用服務(wù)器上的服務(wù)實現(xiàn)GIS功能；用戶通過瀏覽器來實現(xiàn)交互。

2.信息集成方案關(guān)鍵應(yīng)⒚技術(shù)

①B/S/D結(jié)構(gòu)和WebServices技術(shù)。針對專題業(yè)務(wù)功能如信息查詢、數(shù)據(jù)瀏覽等，采用Browser/Server構(gòu)架進(jìn)行開發(fā)，操作簡單直觀、易于維護(hù)，可以充分發(fā)揮B/S的安全性好、易于在局域網(wǎng)或廣域部署和維護(hù)、易于多系統(tǒng)交互與集成。通過集成與共享平臺建設(shè)，使空間數(shù)據(jù)不再處于分散狀態(tài)，而是以WebService形式發(fā)布在共享平臺上的完整集成空間數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)也許異構(gòu)，卻能通過WebService這種簡單的形式整合在一起。

②WebGIS技術(shù)、ArcGIS Server和REST架構(gòu)。干旱預(yù)警與水資源配置應(yīng)用數(shù)字集成采用WEBGIS技術(shù)實現(xiàn)基于 Web空間信息服務(wù)與應(yīng)用，具有交互性、分布式、動態(tài)特征、跨平臺和圖形可視化超媒體信息系統(tǒng)特點。ArcGIS Server是基于Web的GIS服務(wù)，構(gòu)筑空間數(shù)據(jù)服務(wù)體系，支持在分布式環(huán)境下實現(xiàn)地理數(shù)據(jù)管理、制圖、地理處理、空間分析、編輯和其他的GIS功能。通過空間數(shù)據(jù)庫存儲對應(yīng)的空間數(shù)據(jù)，以ArcGIS server將空間數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)發(fā)布成需要類型的REST形式服務(wù)，再利用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器調(diào)用這些封裝好的服務(wù)，配合以服務(wù)器端前后臺功能，最終將地理信息以高效便捷訪問方式使用戶按照自身需求使用這些資源。

③數(shù)據(jù)庫技術(shù)。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是數(shù)字集成的核心之一，包含數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。針對以干旱和水資源配置為目的的集成應(yīng)用，數(shù)據(jù)庫的設(shè)計采用面向數(shù)據(jù)的方法，同時兼顧在集成環(huán)境下可能的不同應(yīng)用。相應(yīng)的設(shè)計原則有：數(shù)據(jù)共享性原則，兼顧多種應(yīng)用和不同系統(tǒng)之間的共享；標(biāo)準(zhǔn)化原則，符合相關(guān)規(guī)范；可擴(kuò)充性，適應(yīng)數(shù)據(jù)擴(kuò)充與變化；數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性，包括縱向時間上的歷史數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和橫向不同要素之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與協(xié)調(diào)。

④應(yīng)用模型集成方式。塔里木河干旱和水資源調(diào)配數(shù)字集成采用了松散耦合式開發(fā)模式來實現(xiàn)專業(yè)應(yīng)用模型（水資源調(diào)配分析模型）的耦合，其優(yōu)點在于構(gòu)建了一個開放式的系統(tǒng)平臺，既可以充分利用已有的模型及知識，又為系統(tǒng)的無縫集成擴(kuò)展提供了良好的接口。

⑤網(wǎng)頁開發(fā)技術(shù)。為實現(xiàn)該功能，需要綜合運用多種網(wǎng)頁開發(fā)技術(shù)手段 ， 運 用 JSAPI、JAVA Applet、Javascript、HTML 和 flash 等開發(fā)工具，構(gòu)建一個統(tǒng)一的集成環(huán)境，實現(xiàn)具體的專題應(yīng)用。

⑥安全技術(shù)支撐。Web服務(wù)器(IIS)提供基本、摘要、集成和證書身份驗證。ASP.NET Web服務(wù)繼承了某些ASP.NET身份驗證和授權(quán)功能?？梢允褂肧SL或 IPSec提供消息完整性和機(jī)密性。

四、結(jié) 論

針對塔里木河流域抗旱減災(zāi)工作，運用干旱預(yù)警指標(biāo)體系，結(jié)合實際，提出了集成工程技術(shù)措施和非工程技術(shù)措施的抗旱減災(zāi)制度保障、干旱預(yù)警評估、水資源應(yīng)急調(diào)配技術(shù)、抗旱減災(zāi)信息“四位一體”的抗旱減災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)體系。研究了抗旱減災(zāi)預(yù)警響應(yīng)與協(xié)調(diào)聯(lián)動機(jī)制，提出了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四級預(yù)警等級和重大應(yīng)急響應(yīng)與一般應(yīng)急響應(yīng)對策。在抗旱減災(zāi)應(yīng)急策略中，按照輕度干旱、中度干旱、重度干旱和極端干旱情況下的不同特征，提出了具有針對性和操作性強(qiáng)的水資源應(yīng)急調(diào)配措施，為預(yù)防和減輕自然災(zāi)害提供了科學(xué)指導(dǎo)，也為干旱區(qū)類似流域開展抗旱減災(zāi)工作提供了重要參考借鑒。