典型干旱地區(qū)水資源優(yōu)化配置方案
——以吐魯番市高昌區(qū)為例

霍禮鋒

(吐魯番市水利水電勘測設計研究院，新疆 吐魯番 838000)

吐魯番市高昌區(qū)是新疆最干旱的地區(qū)之一，水資源人均占有量為1500m3，畝均占有量為640m3，遠低于全疆水平。由于水資源時空分布不均，存在用水結構、水資源配置不合理的問題，造成水資源供需矛盾愈加突出。目前農業(yè)灌溉用水約占90%以上，但農業(yè)給國民經濟的貢獻率不足9%，地下水位年降幅為0.1～2.3m不等，高昌區(qū)二堡鄉(xiāng)、三堡鄉(xiāng)、恰特喀勒鄉(xiāng)和艾丁湖鄉(xiāng)為最嚴重地下水超采區(qū)域，如此大的地下水位年降幅給吐魯番盆地地下水環(huán)境造成了嚴重破壞。隨著工業(yè)發(fā)展對水資源需求的日益增加，高昌區(qū)水資源供需矛盾的加劇，鑒于這些問題的出現，合理保護和優(yōu)化配置水資源，實現高昌區(qū)水資源可持續(xù)利用是一個迫切需要研究的問題。

1 研究區(qū)水資源概況

1.1 高昌區(qū)水資源利用現狀

高昌區(qū)位于吐魯番盆地中部，東西長約90km，南北寬約75km，總面積為13589km2。高昌區(qū)下轄五鄉(xiāng)、四鎮(zhèn)、兩場、三個街道辦，現有灌溉面積66.16萬畝。

高昌區(qū)2015年的總供水量為46640萬m3，其中地表水工程供水量為16949萬m3，占總供水量的36.34%，地下水總供水量為29690萬m3，占總供水量的63.66%。現狀年高昌區(qū)水資源可供水量為35591萬m3，地下水超采量為11049萬m3。

2015年，高昌區(qū)農業(yè)用水量42580萬m3，約占總用水量的91.30%；工業(yè)用水量1280萬m3，約占總用水量的2.74%；生活用水量1680萬m3，約占總用水量的3.60%。生態(tài)用水1100萬m3，約占總用水量的2.36%。

1.2 高昌區(qū)水資源概況

高昌區(qū)境內共有5條主要河溝，自西向東經排列，依次為大河沿、塔爾朗、煤窯溝、黑溝、恰勒坎溝。多年平均地表水資源量3.6億m3，可利用量為2.17億m3，地表水與地下水不重復量為0.68萬m3，地下水資源可供水量2.02億m3，因此高昌區(qū)水資源總量為4.28億m3，水資源可利用總量為4.19億m3(見表1、2)。

2 供需平衡分析

目前高昌區(qū)出現的水資源問題是農業(yè)用水量過大，2015年農業(yè)用水量為42580萬m3，占高昌區(qū)總用水的91.30%，農業(yè)用水比重較大，用水結構不合理，因此，在水資源優(yōu)化利用上，旨在退耕還水、調整用水結構及跨流域調配水資源。

2.1 需水預測

根據擬定的國民經濟指標，對國民經濟發(fā)展進行需水量預測，到近期水平年2020年，高昌區(qū)總需水量為41270萬m3，農業(yè)用水占總需水量的87.94%，工業(yè)用水占總需水量的5.75%；到遠期水平年2030年，高昌區(qū)總需水量為37564萬m3，農業(yè)用水占總需水量的73.85%，工業(yè)用水占總需水量的17.48%。通過退耕及發(fā)展高效節(jié)水，農業(yè)用水量明顯降低，工業(yè)用水量得到保證(見表3)。

表1 高昌區(qū)流域分區(qū)地表水資源量統(tǒng)計表

表2 高昌區(qū)地下水可利用計算成果表單位：104m3

表3 吐魯番市高昌區(qū)國民經濟發(fā)展需水量預測匯總分析表 單位：萬m3

2.2 供水預測

高昌區(qū)地表水灌溉渠系網絡已基本形成，規(guī)劃水平年隨著農田面積的大幅度減少，現有地表水灌溉渠系完全能夠滿足農業(yè)灌溉取用地表水的要求，因此現狀渠首、灌溉渠系建設的主要任務是進行改建，提高渠系水利用系數。地表水供水能力的增強以建設山區(qū)水庫為主導方向。

截至2015年，高昌區(qū)已建成中小型水庫7座，小塘壩141座，總庫容為2287萬m3，興利庫容為1955萬m3。為滿足蓄水工程，就水平年中、遠期做如下規(guī)劃：

近期水平年(2020年)新建煤窯溝水庫(980萬m3)、大河沿水庫(3024萬m3)、黑溝水庫(650萬m3)；

遠期水平年(2030年)新建塔爾郎水庫(1700萬m3)、恰勒坎水庫(300萬m3)、大草湖水庫(750萬m3)。

到2020年地下水供水量將下降到23434萬m3，其中坎兒井引用量2726萬m3，泉水引用量2979萬m3，機井開采量為17729萬m3。2030年地下水供水量將進一步下降到15788萬m3，其中坎兒井引用量2478萬m3，泉水引用量2821萬m3，機井開采量為10489萬m3。

規(guī)劃水平年地表水供水量將主要有已建、擬建和擴建水庫調節(jié)地表水的來水不均勻，新增地表水的供水量，但考慮水庫下泄的生態(tài)基流，各水庫均按徑流量的10%估算，并且作為不可利用的地表水水量。地表水引水工程的供水量將仍農業(yè)灌溉供水為主，以高效節(jié)水對應的P=85%作為綜合供水保證率進行估算，按扣除應下泄的生態(tài)基流做為地表水總的可供水量，由水庫供水量之后的其它地表水可利用量做為引水工程可供水量，水庫供水量雖然在農業(yè)灌溉方面投入至渠首形成引水工程的供水量，但不重復計算。泉水與坎兒井雖然其水源為地下水的排泄量，但供水形式為地表水供水工程，如泉水水庫、引水渠道，為計算總供水的需要，也不應將坎兒井和泉水的供水量做引水工程的供水量。2020年和2030年根據需水要求調整壓減現狀超采量的幅度，但地下水總開采量不應超出用水總量控制指標。規(guī)劃水平年供水量預測計算成果見表4。

表4 吐魯番市高昌區(qū)規(guī)劃水平年分區(qū)供水量預測計算統(tǒng)計表 單位：萬m3

2.3 供需平衡分析及水資源配置

2020年地表水供水量在P=85%情況下的地表水配置水量為18030萬m3，5條河分別按其相應的P=85%情況下的來水量控制。

根據供需平衡分析，2020年在地下水機井開采量17729萬m3，農業(yè)實現預定退減耕地目標情況下，塔爾郎灌區(qū)、煤窯溝灌區(qū)、黑溝灌區(qū)供需仍不能達到平衡，地下水仍超采9595萬m3。

2020年高昌區(qū)總供水量為42033萬m3，其中地表水供水量118030萬m3，坎兒井及泉水利用量5705萬m3，機井供水量17729萬m3，中水回用量570萬m3。地下水超采9595萬m3。

2030年地表水供水量在P=85%情況下的地表水配置水量為18435萬m3，5條河分別按其相應的P=85%情況下的來水量控制。

2030年全高昌區(qū)總供水量為34677萬m3，其中地表水供水量18434萬m3，坎兒井及泉水利用量4707萬m3，機井供水量7943萬m3，中水回用量907萬m3。地下水仍然超采2674萬m3。根據供需平衡分析，高昌區(qū)2020年和2030年用水總量按用水總量指標控制，2020年和2030年高昌區(qū)用水總量均未超用水總量控制指標，但仍有超采現象。對照情況見表5。

表5 水資源規(guī)劃配置數據與用水總量控制指標對照表 單位：萬m3

3 水資源優(yōu)化配置方案

隨著在“十三五”期間工業(yè)園區(qū)的基礎設施進一步完善，企業(yè)建設項目的前期準備，2020年工業(yè)對水資源的需求將會呈現出較高的增長態(tài)勢。按照在2020年的退地和高效節(jié)水的發(fā)展規(guī)劃，農業(yè)需水量具有明顯的降低，相應的農業(yè)灌溉“退地還水”首先是減少對地下水的超采量，其余的節(jié)出水量應優(yōu)先保障城市的居民生活、環(huán)境綠化發(fā)展需水的增長需求，城市和農村用水考慮到供水水質和供水保證率的要求，也需要維持采用地下水作為供水主水源。因此，在2020年重點解決現狀地下水的超采問題，農業(yè)灌溉還需要引用一定的地表水作為必保的水源，在此前提下工業(yè)用水的水源以地表水為主，可新增供給工業(yè)的地表水仍將有限。

2030年的水資源配置原則基本與2020年相同，2030年隨著農業(yè)“退地還水”到位，可最大化地供給工業(yè)引用地表水。工業(yè)完全以配置地表水為主的緣由是出于考慮高昌區(qū)的地下水水資源超采現狀及規(guī)劃水平年地下水可開采量十分有限，并且需要優(yōu)先供給城鎮(zhèn)和農村居民，以及農業(yè)高效節(jié)水灌溉采用部分地下水水源的管理方便、簡單易行及機井多為農民所有的實際情況。新增地表水的供水量主要依靠建設山區(qū)水庫，水庫向工業(yè)供水的管理比較單一，且容易籌集建設資金及當前普遍要求工業(yè)嚴禁采用地下水的水資源管理制度和政策。工業(yè)區(qū)的水資源管理要求廢污水不外排，工業(yè)可供水量不再考慮園區(qū)或企業(yè)內部的重復水利用，供給工業(yè)的中水以城市污水處理后的中水為限。

綜上所述根據對高昌區(qū)水資源分析，高昌區(qū)水資源優(yōu)化配置工程總體布局初步安排如下。

3.1 水源工程布局

此次水源工程包括有水庫的修建、引水渠首及水閘的除險加固、機電井配套改造、塘壩改造、坎兒井保護工程等。根據各水源工程的現狀及引水情況，分近期和遠期兩階段進行規(guī)劃建設。

3.2 輸水工程布局

新建塔爾朗河至煤窯溝河的輸水干渠，對煤窯溝至黑溝灌區(qū)的第二人民渠輸水工程進行改擴建。

高昌區(qū)各灌區(qū)干支渠及末級渠系現狀是大部分渠道淤積磨損嚴重，渠系配套建筑物不完善渠系附屬設施不健全。對未襯砌的干支渠和已襯砌但破壞嚴重的干支渠進行防滲改造，并修建管道進行輸水。末級渠系主要就是斗渠、農渠和毛渠。高昌區(qū)灌區(qū)末級渠系現狀是大部分渠道淤積磨損嚴重，渠系配套建筑物不完善渠系附屬設施不健全。此次規(guī)劃根據末級渠系的實際情況，按照“損壞嚴重先建設”的原則優(yōu)先建設損壞嚴重的渠道。

3.3 節(jié)水灌溉工程布局

高昌區(qū)屬資源性缺水地區(qū)，水資源匱乏，有限的水資源約90%用于農業(yè)灌溉用水，故實施高效節(jié)水灌溉工程意義重大，節(jié)水潛力巨大。只有高效節(jié)水工程的大面積實施才能有效降低農業(yè)灌溉定額，提高水利用系數，減少農業(yè)用水量，使高昌區(qū)年用水量逐年下降，最終使水資源得到充分合理分配，達到水資源供需平衡。

此次布局應遵循“先地表水利用，后地下水開采”的大原則，努力提高地表水利用系數，減少地下水開采量。工程布局根據灌區(qū)實際水資源利用現狀，規(guī)劃到2020年高昌區(qū)灌溉面積為60.22萬畝，將實施42.60萬畝高效節(jié)水灌溉。2030年高昌區(qū)灌溉面積為48.43萬畝，將保持42.60萬畝高效節(jié)水灌溉。

3.4 抗旱工程布局

(1)對現有年久失修、供水保證率降低的農村抗旱應急水源工程進行維修、改造、配套。

(2)在對已有農村抗旱應急水源工程進行配套維修改造的基礎上，根據農村抗旱具體目標和要求，合理規(guī)劃新建農村抗旱應急水源工程。

(3)新建農業(yè)抗旱應急水源工程主要在糧食主產區(qū)、商品糧基地、經濟作物商品基地、畜牧業(yè)生產基地等區(qū)域進行布局和建設。

3.5 農村飲水提質增效工程布局

從農村飲水工程建設方案分析，高昌區(qū)工程規(guī)劃布局主要分兩大類，一是在供水區(qū)上游適宜河道水文地質地段通過修建河道地下滲管、截取河道地下潛流為供水水源，建自壓集中供水工程。二是以地下水為供水水源，機井供水，通過高位水池建大的自壓集中供水工程。最后必須打破行政區(qū)劃界限，建大的集中供水工程，擴大水廠供水規(guī)模和效益，提高供水質量。

3.6 防洪工程的布局

在對河道進行防洪治理時，主要考慮城鎮(zhèn)和重要設施的防洪要求，根據高昌區(qū)流域分布及特點，確定治理標準為20年一遇以上。依據河道防治上下游的現狀及要求，工程采取“上截、中固、下泄”的布局原則，在上游中低山區(qū)采取生物保護措施，從源頭上降低泥的產生，減輕防洪壓力，保證下游河道的安全泄洪；對中游的泄洪通道進行改造和加固，防止洪水沖出河道；在下游采取排水措施速度泄洪。并根據地形地質條件、危害程度和治理難易程度綜合考慮，采取排水、修護岸工程、修防洪堤3種方式來攔擋、疏通、排導與加固，進行防洪治理。

3.7 調水工程

隨著農業(yè)灌溉用水量的大幅度減少，且農業(yè)灌溉水利用系數明顯提高，使得渠系滲漏補給量和田間滲漏補給量將隨之大幅度減少。不同部門評價得出的高昌區(qū)機井地下水可開采量在規(guī)劃水平年存在一定的差異，但無論怎樣機井開采地下水都不是主要水源，因此跨區(qū)域調水是高昌區(qū)工業(yè)進一步再壯大的突破口。自治區(qū)水資源配置的重大舉措已經初步規(guī)劃了遠景向吐-哈的調水工程，高昌區(qū)有必要進一步研究依托當地礦產資源，工業(yè)進一步再擴大生產規(guī)模，需要結合遠期產品市場需求、工業(yè)產業(yè)布局的合理性與必要性，把握時機，適時提出對吐-哈調水工程給高昌區(qū)的合理配置水量。

總之，此次總體工程布局將對水資源進行優(yōu)化配置，通過棄耕節(jié)水等措施來提高水資源的利用率和利用效益，努力為農村人民群眾的農田防洪安全、改善高昌區(qū)生態(tài)環(huán)境，并增加農民收入，為社會的穩(wěn)定、和諧發(fā)展起到推動作用。

4 結語

根據配置方案，盡管已經大幅度采取了“退地還水”、發(fā)展高效節(jié)水灌溉、修建水源工程等一系列措施來提高水利用效率，但是高昌區(qū)地下水仍有超采。在這種情況下，從宏觀的水資源配置角度出發(fā)，采取嚴格的水資源管理措施，實行高昌區(qū)產業(yè)發(fā)展結構轉型，跨地區(qū)調水，為實現高昌區(qū)水資源可持續(xù)利用發(fā)揮積極作用。