新疆昌吉市水資源承載能力分析研究

郭龍華

(昌吉水文勘測(cè)局，新疆 昌吉 831100)

1 自然概況

1.1 地理位置

昌吉市位于新疆維吾爾自治區(qū)北部，昌吉回族自治州中部。南入準(zhǔn)噶爾盆地、北抵天山北坡，行政轄區(qū)介于東經(jīng)86°24′33″～87°37′00″及北緯43°26′30″～45°20′00″之間，是歷史上古絲綢之路的重要組成部分。昌吉市東距首府烏魯木齊市32 km，東與烏魯木齊市、兵團(tuán)農(nóng)十二師及米泉市毗鄰；西與呼圖壁縣接壤；南至天山阿斯克達(dá)板山脊與巴州和靜縣為界；北抵古爾班通古特沙漠與塔城地區(qū)和布克賽爾縣和阿勒泰地區(qū)福海縣相連。轄區(qū)總面積8 215 km2，其中南部山區(qū)和中部平原區(qū)總面積6 200 km2，占總面積的75.5%；北部沙漠面積2 015.1 km2，占總面積的24.5%。

1.2 河流水系

昌吉市境內(nèi)兩條主要河流三屯河、頭屯河均發(fā)源于天山北坡中段天格爾峰，河流跨越高、中、低山帶，由南向北匯入各山間支流，形成兩條河的主流。

河水出山口后進(jìn)入平原。在天然狀態(tài)下，以兩河的水量大小來(lái)說(shuō)，是可以流到北部沙漠邊緣，尾閭成湖，或注入東道海子，或消失于沙漠之中。自兩河建成山區(qū)攔河水庫(kù)以后，隨著灌區(qū)引水灌溉工程的不斷完善，人力改造了天然狀況，在一般年份(非豐水年)河水幾乎全部被灌區(qū)利用。渠首以下河道，除汛期短暫泄洪外，下游河道幾乎處于干涸狀態(tài)，河水直接被引至渠首以下各級(jí)渠道，最終消失于灌區(qū)。

2 昌吉市水資源量分析

2.1 地表水資源量計(jì)算

對(duì)昌吉市而言，境內(nèi)只有三屯河一條河流，而頭屯河是昌吉市與烏魯木齊縣的界河。由于頭屯河的流域界線與昌吉市的行政界線不一致，因此昌吉市地表水資源量由本區(qū)產(chǎn)水量構(gòu)成。昌吉市除頭屯河存在界河水量外，無(wú)其它出入境水量。

本次三屯河和頭屯河分區(qū)30 a年徑流量系列的推求方法采用水量比法，即由求得的各分區(qū)1990-2020年30 a年徑流量均值，與各分區(qū)徑流代表站30年年徑流量均值相比得一比值，用該比值分別乘以相應(yīng)代表站逐年年徑流量系列，即得各分區(qū)30 a地表水資源系列。

對(duì)推求出的各分區(qū)地表水資源系列進(jìn)行頻率計(jì)算，求得各分區(qū)不同時(shí)段徑流量系列的均值及Cv值等參數(shù)值及各保證率年徑流量。

圖1 昌吉市三屯河流域水資源量頻率曲線

圖2 昌吉市頭屯河流域水資源量頻率曲線

2.2 地表水資源可利用量計(jì)算

昌吉市地表水資源可利用量為多年平均地表水資源量減去不可以被利用水量和不可能被利用水量。在昌吉市，不可以被利用量為河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境需水量；不可能被利用量包括汛期下泄洪水量和山前平原的暴雨產(chǎn)流量、春季融雪徑流量。

2.2.1 不可以被利用量估算

根據(jù)《昌吉市三屯河生態(tài)水量分析計(jì)算報(bào)告》成果，三屯河水庫(kù)出庫(kù)斷面推薦的的河道生態(tài)水量為0.186 1×108m3，考慮到三屯河水庫(kù)至努爾加水庫(kù)區(qū)間河段產(chǎn)流量和損失水量基本相同。故努爾加水庫(kù)出庫(kù)斷面生態(tài)水量核定為0.186 1×108m3較為合理。根據(jù)《昌吉市水資源調(diào)查評(píng)價(jià)報(bào)告》(2019年)計(jì)算結(jié)果，昌吉市頭屯河生態(tài)水量為0.169×108m3。

表1 昌吉市評(píng)價(jià)區(qū)地表水資源系列統(tǒng)計(jì)特征值表

2.2.2 不可能被利用量估算

山前平原區(qū)的暴雨產(chǎn)流量和春季融雪徑流量難以利用，作為難以控制的不可能被利用量來(lái)計(jì)算。由于此部分水量很難直接得到相應(yīng)的數(shù)值，采用等值線進(jìn)行量算，即對(duì)各河出山口以下5 mm以上等值線圖直接量算，即為不可能被利用量值。經(jīng)量算，昌吉市涉及的三屯河、頭屯河不可能被利用水量分別為0.117×108m3和0.023×108m3。

2.2.3 利用量計(jì)算

用不同頻率的分區(qū)水資源頻率計(jì)算成果減去分區(qū)水資源不可以利用量和不可能被利用水資源量，得到各分區(qū)不同頻率地表水資源可利用量見(jiàn)表2。

2.3 昌吉市地下水資源量分析

地下水資源，是指在地下含水層系統(tǒng)內(nèi)，通過(guò)各種途徑，直接或間接地接受大氣降水或地表水體的入滲補(bǔ)給而形成，其質(zhì)量具有一定利用價(jià)值并按水文周期呈現(xiàn)規(guī)律變化的地下水補(bǔ)給量其不包含井灌回歸再補(bǔ)給量。

平原區(qū)地下水資源量采用補(bǔ)給量法計(jì)算，同時(shí)計(jì)算各項(xiàng)排泄量；山丘區(qū)地下水資源量采用排泄量法計(jì)算，在現(xiàn)有資料條件與水資源監(jiān)測(cè)站網(wǎng)布設(shè)密度較小的情況下，山丘區(qū)地下水補(bǔ)給量直接估算有困難，根據(jù)補(bǔ)排平衡的原則，可以通過(guò)各種排泄量求出山區(qū)地下水資源量。通過(guò)分析計(jì)算得到昌吉市地下水水資源可開(kāi)采量為1.571億 m3。

表3 昌吉市可開(kāi)發(fā)利用的水資源總量 億m3

2.4 水資源總量

評(píng)價(jià)區(qū)水資源可利用量計(jì)算公式如下：

Q總=Q地表+Q地下-Q重

(1)

其中：Q重=ρ(Q渠+Q田)

(2)

式中：Q總為水資源可利用總量；Q地表為地表水資源可利用量；Q地下為淺層地下水資源可開(kāi)采量；Q重為地表水資源可利用量與地下水資源可開(kāi)采量之間重復(fù)計(jì)算量；Q渠為渠系滲漏補(bǔ)給量；Q田為田間地表水灌溉入滲補(bǔ)給量；ρ為可開(kāi)采系數(shù)，是可開(kāi)采量與地下水資源量的比值。

3 水資源開(kāi)發(fā)利用分析

3.1 用水缺口分析

根據(jù)昌吉市2015-2020年水資源公報(bào)實(shí)際用水統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和昌吉市不同頻率水資源可利用量數(shù)據(jù)，計(jì)算得到昌吉市近6 a實(shí)際用水缺口趨勢(shì)見(jiàn)圖3。由圖可知，昌吉市95%和75%頻率下的水資源量基本無(wú)法滿足昌吉市用水需求。隨著昌吉市退地減水等一系列節(jié)水政策落地，昌吉市水資源缺口近幾年總體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，但隨著昌吉市二、三產(chǎn)業(yè)發(fā)展，昌吉市待退地結(jié)束后的可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)需水量將會(huì)再次呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，昌吉市用水壓力未來(lái)依然嚴(yán)峻。

圖3 昌吉市近6年用水缺口趨勢(shì)圖

3.2 水資源短缺對(duì)生態(tài)影響

昌吉市北部沙漠本身因降水稀少，荒蕪植被而使風(fēng)沙異?；钴S，綠洲—沙漠過(guò)渡帶作為綠洲風(fēng)沙防護(hù)帶卻因水資源緊缺，而使生態(tài)環(huán)境異常脆弱。隨著昌吉市經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，各行業(yè)用水需求大幅度增加，出現(xiàn)的用水缺口強(qiáng)行擠占下游生態(tài)用水配給。引發(fā)的生態(tài)危機(jī)加速了活化沙漠的南移。據(jù)調(diào)查昌吉市下游北沙窩老龍河段因上游過(guò)量開(kāi)采地下水從而攔截了地下補(bǔ)給水源，造成該區(qū)地下水位嚴(yán)重下降，生態(tài)植被因缺水而大面積枯死，沙化面積比以前有所增大，此一事例就是用水超出水資源承載能力后對(duì)昌吉市生態(tài)產(chǎn)生不利影響的一個(gè)鐵證。

3.3 水資源保障措施建議

鑒于現(xiàn)狀用水條件，昌吉市需要從開(kāi)源和節(jié)流兩個(gè)方面采取可行性措施，以保障昌吉市正常發(fā)展用水。在開(kāi)源方面，昌吉市可通過(guò)增加外調(diào)水量和增加污水處理回用量來(lái)減緩昌吉市用水矛盾。據(jù)調(diào)查，昌吉市回用水泵站出水能力1.60萬(wàn) m3/d，年中水供水能力為584萬(wàn) m3，出水可用于城區(qū)綠化、道路降塵及部分工業(yè)生產(chǎn)等用水水質(zhì)要求較低的用水項(xiàng)目，可有效減少昌吉市新水量的需求。在節(jié)流方面，昌吉市可通過(guò)改造努爾加水庫(kù)至西干渠首輸水干渠工程來(lái)有效提高輸水效率，減少滲漏損失，以達(dá)到節(jié)流目的。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)昌吉市現(xiàn)狀年可利用的水資源量進(jìn)行了分析計(jì)算。在對(duì)現(xiàn)狀年昌吉市需水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上對(duì)昌吉市水資源供需平衡進(jìn)行了分析計(jì)算，發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)狀來(lái)水條件下，昌吉市95%頻率和75%頻率的水資源量已經(jīng)無(wú)法滿足昌吉市現(xiàn)狀用水需求，由此引發(fā)的河道生態(tài)水量被擠占的問(wèn)題直接影響到了下游生態(tài)的健康發(fā)展。分析后，本文認(rèn)為昌吉市可從開(kāi)源和節(jié)流兩方面采取保障措施，以保證昌吉市正常用水需求：在開(kāi)源方面，昌吉市可通過(guò)增加外調(diào)水量和增加污水處理回用量，來(lái)減少對(duì)新水量的需求。在節(jié)流方面，昌吉市可通過(guò)改造努爾加水庫(kù)至西干渠首輸水干渠工程有效提高輸水效率，減少滲漏損失，以達(dá)到節(jié)流目的。