新疆“十四五”水資源優(yōu)化科技規(guī)劃探析

古麗孜巴·艾尼

(新疆維吾爾自治區(qū)水資源中心，新疆 烏魯木齊 830000)

新疆遠離海洋，“三山兩盆”的地貌特征與極端干旱的氣候條件，使水資源開發(fā)利用復雜。為了滿足新疆“十四五”發(fā)展水資源需求，需對新疆“十四五”水資源進行規(guī)劃分析，采用科技手段進行優(yōu)化。

1 存在問題

受自然條件、經(jīng)濟社會發(fā)展及資金投入等影響，當前新疆水資源開發(fā)利用還存在一些突出問題，急需進行科學研究。

1.1 水資源優(yōu)化配置格局尚未完全建立

新疆雖然建設(shè)了一批骨干水利工程，但對形成水資源優(yōu)化配置格局起關(guān)鍵作用的艾比湖生態(tài)保護工程、北疆供水二期等重大工程目前尚未建成，在空間上難以實現(xiàn)全面的水資源有效配置[1]。

1.2 部分地區(qū)水資源過度開發(fā)，對生態(tài)環(huán)境造成危害

新疆水資源開發(fā)利用總體上處于過度狀態(tài)，除兩河水資源開發(fā)利用相對較低外，其他地區(qū)的水資源開發(fā)利用程度基本超過70%。北疆大部分中小河流的水資源利用率均超過了80%，造成生態(tài)基流無法保障，河流流程縮短甚至出山口后即斷流，導致河流尾閭的湖泊萎縮甚至干涸。烏魯木齊河水資源開發(fā)利用程度幾乎接近100%，地下水持續(xù)超采，造成柴窩堡湖面積持續(xù)萎縮，最小時僅有0.24km2。南疆部分地區(qū)開荒和增加灌溉用水嚴重擠占了生態(tài)用水，引發(fā)了流域內(nèi)的生態(tài)問題。

1.3 地下水開發(fā)利用嚴重過度

新疆地下水資源量為503億m3[2]，全疆特別是北疆、東疆經(jīng)濟社會發(fā)展和農(nóng)業(yè)灌溉用水大多依賴地下水，天山北坡、吐哈盆地、塔額盆地、焉耆盆地等9個地州市不同程度地存在地下水超采問題，年均超采量超過33億m3。

1.4 用水方式粗放，效率不高

雖然近年來新疆水資源利用效率和效益較以往有較大程度提高，但用水方式依然偏于粗放，用水效率依然偏低[3]，水資源短缺和浪費的現(xiàn)象并存。全疆的農(nóng)業(yè)灌溉仍以傳統(tǒng)的地面灌為主，高效節(jié)水灌溉面積占總灌溉面積的比例不到38%，農(nóng)業(yè)灌溉畝均用水量達744m3，用水定額明顯偏高；單方水GDP產(chǎn)出量和農(nóng)業(yè)單方水產(chǎn)出量分別為19.6、3元，遠低于全國平均水平42.9、7.6元。

1.5 新疆水資源開發(fā)利用未來將面臨更加嚴峻的挑戰(zhàn)

對于地處干旱區(qū)、素有“灌溉農(nóng)業(yè)，綠洲經(jīng)濟”“有水則為綠洲，無水則為荒漠”[4]的新疆而言，水利是新疆經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的命脈。若不采取措施改變現(xiàn)狀開發(fā)格局與用水規(guī)模，生態(tài)環(huán)境進一步惡化的風險日趨會加大。

2 總體思路與研究目標

2.1 指導思想

新疆水資源優(yōu)化科技規(guī)劃指導思想以新疆經(jīng)濟社會和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展為導向，緊密結(jié)合新疆水利重大科技需求，以全面提升自主創(chuàng)新能力為核心，以學科領(lǐng)域優(yōu)化提升及人才團隊建設(shè)為重點，以競爭性項目申報和條件平臺建設(shè)為抓手，緊緊圍繞水資源優(yōu)化配置、生態(tài)水利、工程水利與民生水利等重大水問題及重大水利工程建設(shè)前期關(guān)鍵技術(shù)問題，構(gòu)建學科布局優(yōu)化、人才梯隊合理、創(chuàng)新氛圍濃厚的一流科研中心。

2.2 編制原則

堅持面向國家長遠發(fā)展戰(zhàn)略需求，面向流域管理需求，科研發(fā)展新趨勢，以開展新疆水利科研為立足點，準確把握新時期新疆水利治理、開發(fā)、保護、管理中關(guān)鍵科學技術(shù)問題，科學合理開展科研發(fā)展規(guī)劃，全面提升公益服務能力和治水治河科技引領(lǐng)驅(qū)動能力。在加強發(fā)展現(xiàn)有優(yōu)勢和重點學科領(lǐng)域基礎(chǔ)上，優(yōu)化學科領(lǐng)域結(jié)構(gòu)，加強學科間的交叉融合，大力拓展新興的學科領(lǐng)域，以適應和滿足國家社會經(jīng)濟發(fā)展及新疆水利治理開發(fā)的需求，實現(xiàn)學科領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展。

2.3 研究目標

基于新疆水資源緊缺、生態(tài)環(huán)境脆弱、水量有限的情況，通過新形勢下新疆內(nèi)陸干旱區(qū)水資源配置研究、生態(tài)水資源優(yōu)化配置研究、跨界河流水資源投入產(chǎn)出模型研究、水資源經(jīng)濟效益優(yōu)化研究、水資源科學調(diào)控與安全研究，以及重點河流塔里木河的水權(quán)配置、生態(tài)補償、建設(shè)保護等研究，希望在新的歷史條件下完善新疆水資源配置模式，分析生態(tài)水的時空平衡狀態(tài)，提出相應的生態(tài)水時空調(diào)度及水權(quán)交易方案等，深入開展變化環(huán)境下寒旱區(qū)水資源演化趨勢分析，為水資源管理部門制定用水對策、調(diào)整用水結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)水資源經(jīng)濟效益優(yōu)化管理提供理論依據(jù)和科技支撐。

3 水資源優(yōu)化研究內(nèi)容規(guī)劃

通過調(diào)查和意見收集，“未來新疆地區(qū)水資源優(yōu)化研究規(guī)劃主要涉及5個方面。

3.1 內(nèi)陸干旱地區(qū)城市水資源保障關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1.1氣候變化對新疆水循環(huán)過程不確定性的影響

分析新疆水資源的年代際演變規(guī)律，利用多模式多尺度的分布式氣候水文模型，預測新疆未來10～30年水資源供給和消耗變化趨勢；綜合分析歷史氣候及社會經(jīng)濟發(fā)展情景下，流域水資源區(qū)域脆弱性、暴露度、危害與風險存在的內(nèi)在聯(lián)系，結(jié)合未來氣候變化情景，提出未來10～30年氣候變化情景下的基于水循環(huán)過程改變的水資源優(yōu)化模式，優(yōu)化水資源空間匹配度[5]，從流域國民經(jīng)濟發(fā)展水平、水資源管理措施以及生態(tài)環(huán)境保護等方面提出適應性對策。

3.1.2基于生態(tài)需水時空過程的水資源配置優(yōu)化

以新疆生態(tài)紅線及生態(tài)功能區(qū)劃等相應的法律法規(guī)為主要依據(jù)，分析森林、草地及河流等生態(tài)系統(tǒng)的演變規(guī)律，明確新疆不同區(qū)域自然生態(tài)系統(tǒng)的保護目標，以維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整和功能穩(wěn)定的角度出發(fā)，研究其生態(tài)需水的時空過程，結(jié)合不同區(qū)域水資源特點，制定相應的水資源時空配置方案。

3.1.3區(qū)域水資源供需平衡狀態(tài)評估

結(jié)合多年地表水、地下水及降水等監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析新疆區(qū)域水資源時空變化，揭示水資源供給的變化規(guī)律；以新疆“三條紅線”和退地還水方案等為基準，明確不同區(qū)域不同部門對水資源的水量需求，評價現(xiàn)行政策下區(qū)域水資源供需平衡狀態(tài)，提出相應的區(qū)域水資源配置優(yōu)化措施。

3.1.4極端氣候事件預警及應對機制的構(gòu)建

根據(jù)新疆歷史時期洪澇及干旱歷史記錄資料，結(jié)合研究內(nèi)容，明確極端氣候事件的多發(fā)區(qū)并預測未來時期發(fā)生的頻率，劃定其極端氣候事件的等級，并結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H水資源、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟發(fā)展水平等特點，平衡生態(tài)與經(jīng)濟兩者之間的關(guān)系，提出基于不同極端等級的應對措施，構(gòu)建完善的應對保障體系。

3.2 新疆地區(qū)生態(tài)基礎(chǔ)水資源優(yōu)化配置研究

新疆生態(tài)環(huán)境脆弱，其生態(tài)基礎(chǔ)水資源優(yōu)化主要包括4個方面。

3.2.1生態(tài)保護及恢復目標的確定

基于新疆生態(tài)紅線劃定、重點生態(tài)功能區(qū)劃、水資源“三條紅線”等基礎(chǔ)資料，借助地理信息及實地調(diào)查等方法，分析典型自然景觀的演替規(guī)律，明晰新疆生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀條件，提出生態(tài)水文區(qū)劃方案；結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的評價結(jié)果，劃定生態(tài)保護及恢復的優(yōu)先級別，提出新疆生態(tài)保護及恢復的時空目標。

3.2.2多尺度協(xié)同的生態(tài)系統(tǒng)需水過程研究

依據(jù)長期、連續(xù)的野外監(jiān)測資料，在明確生態(tài)保護與修復范圍和目標的前提下，研究不同生態(tài)系統(tǒng)的個體-種群-群落-系統(tǒng)等不同尺度生態(tài)需(耗)水過程和驅(qū)動機制，明確生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)需(耗)水的時空格局，并結(jié)合現(xiàn)狀條件下生態(tài)水配置特點評估生態(tài)水配置的時空平衡狀態(tài)。

3.2.3生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性多尺度評價指標體系構(gòu)建

分析變化環(huán)境要素下生態(tài)系統(tǒng)個體生長、群落演替等變化規(guī)律，結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)本身固有的生態(tài)功能特點，以維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整和功能穩(wěn)定為基準，評價生態(tài)系統(tǒng)對變化生境的承壓閾值；從個體、種群、群落及系統(tǒng)等角度，明確生態(tài)系統(tǒng)的可控變化范圍，劃定變化生境下的生態(tài)風險等級，完善生態(tài)系統(tǒng)評價指標體系。

3.3 水資源經(jīng)濟效益優(yōu)化與演變研究

3.3.1新疆水資源經(jīng)濟效益優(yōu)化分析研究

本項目應用投入產(chǎn)出分析法，以人均水資源量及用水水平為研究目標，研究水資源用量與國民生產(chǎn)總值之間的關(guān)系，給出評價用水效益高低的方法，并對新疆三個產(chǎn)業(yè)的用水經(jīng)濟效益進行研究比較，為水資源管理部門制定用水對策、調(diào)整用水結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)水資源經(jīng)濟效益優(yōu)化管理提供理論依據(jù)。

3.3.2變化環(huán)境下寒旱區(qū)水資源及其演變機理

變化環(huán)境(氣候變化、環(huán)流系統(tǒng)年代際變化、社會經(jīng)濟環(huán)境變化)下寒旱區(qū)水循環(huán)的時空演變分析、分布式模型研制、循環(huán)過程模擬，水資源動態(tài)評價與不同類型河流徑流演化分析。開展寒旱區(qū)山區(qū)-綠洲-荒漠區(qū)之“自然-人工”二元水循環(huán)要素分析、過程機理、模型開發(fā)、分布式模擬，深入開展“貿(mào)易水循環(huán)”機理及模擬工作，結(jié)合水資源配置研究變化環(huán)境下的水循環(huán)調(diào)控對策方案。

3.4 水資源需求格局研究—以“四源一干”地區(qū)為例

塔里木河流域水資源需求格局研究，主要從流域社會經(jīng)濟需求和生態(tài)環(huán)境保護、生態(tài)文明建設(shè)方面進行規(guī)劃。

3.4.1流域經(jīng)濟社會發(fā)展與水資源需求研究

遵循水資源天然和人工循環(huán)路徑和過程，集成氣候變化、蒸散發(fā)、土地利用和覆蓋變化、生態(tài)系統(tǒng)演化、社會經(jīng)濟發(fā)展等方面有關(guān)驅(qū)動因素作用的模擬、統(tǒng)計等模型和方法，構(gòu)建模型間信息傳遞渠道和響應反饋機制，重點關(guān)注流域水資源供給、社會經(jīng)濟發(fā)展要求與水資源管理制度、用水決策過程、用水時空格局間的影響、約束等作用，從而建立流域需水預測模型和方法體系。

3.4.2未來20年社會經(jīng)濟發(fā)展水資源需求

基于國家和流域重大工程建設(shè)、發(fā)展規(guī)劃和方針政策，設(shè)計流域社會經(jīng)濟發(fā)展、氣候變化、水源供給等方面的典型組合情景，對流域上下游不同區(qū)域進行個性化參數(shù)設(shè)置。在各情景下運用流域需水預測模型和方法體系，評估未來20年塔里木河流域的社會經(jīng)濟發(fā)展狀況和水資源供給狀況、需水總體趨勢和水資源供需平衡狀況、以及“四源一干”區(qū)域生活、生產(chǎn)用水需求格局。

3.5 基于健康社會水循環(huán)的塔里木河流域發(fā)展與生態(tài)保護格局戰(zhàn)略研究

3.5.1社會水循環(huán)研究

收集古籍中和現(xiàn)代關(guān)于社會經(jīng)濟規(guī)模、貿(mào)易、不同行業(yè)用耗水方面的資料，分析流域社會水循環(huán)歷史演變，測算流域典型行業(yè)水足跡、以及虛擬水的輸入和輸出量。在此基礎(chǔ)上，利用流域和省的投入產(chǎn)出表等開展流域水資源投入產(chǎn)出分析，核算塔里木河流域現(xiàn)代社會水循環(huán)分量。

3.5.2面向健康社會水循環(huán)的發(fā)展路徑研究

以綠色生態(tài)空間的穩(wěn)定和持續(xù)擴大為發(fā)展為基本出發(fā)點，測算生態(tài)需水量及其對工農(nóng)業(yè)的影響；以國家戰(zhàn)略、市場前景和改革趨勢為導向，分析流域產(chǎn)業(yè)規(guī)模和布局發(fā)展優(yōu)先方向和相關(guān)生態(tài)環(huán)境要求，在不同生態(tài)保護力度下的可用水資源約束下，研究優(yōu)化產(chǎn)業(yè)規(guī)模和布局，提出產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段和匹配的用水規(guī)模、效率指標，編制塔里木河流域發(fā)展戰(zhàn)略與產(chǎn)業(yè)選擇建議。

3.5.3面向“一帶一路”與生態(tài)文明的流域生態(tài)保護格局

分析“一帶一路”建設(shè)對流域生態(tài)文明建設(shè)的要求，明確流域在社會經(jīng)濟、國際國內(nèi)貿(mào)易、水資源、生態(tài)、環(huán)境等方面建設(shè)的指示性指標和應實現(xiàn)的階段性目標值。以各階段性目標值為調(diào)控目標，優(yōu)化塔河流域生態(tài)保護區(qū)規(guī)模和結(jié)構(gòu)，制定生態(tài)保護區(qū)類型、等級、規(guī)模、位置、生態(tài)服務功能狀況的發(fā)展路徑。根據(jù)生態(tài)保護發(fā)展路徑，設(shè)計工程建設(shè)備選方案，開展經(jīng)濟和生態(tài)效益對比分析，優(yōu)選工程建設(shè)路徑，提出流域生態(tài)環(huán)境保護近期工程。

4 結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，新疆水資源布局與區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展不相匹配的趨勢越來越嚴重，占全疆經(jīng)濟總量42.2%的天山北坡經(jīng)濟帶水資源僅占全疆7.4%，新興工業(yè)化、城鎮(zhèn)化用水與大規(guī)模農(nóng)業(yè)低效用水矛盾日益尖銳，內(nèi)陸河流域水資源開發(fā)利用不合理，流域下游與綠洲邊緣由于缺水，生態(tài)環(huán)境問題日益突出，氣候突變導致洪旱災害頻繁并呈現(xiàn)出新的特點，這些都需要通過水資源科技研究給予解決。文章通過分析調(diào)研探討，提出未來水資源科技需求5個研究規(guī)劃課題，并指明了研究內(nèi)容和目標，為促進這些課題正常開展奠定了重要基礎(chǔ)。