基于生態(tài)流量的二塘溝取水方案分析

龔旭鋒

（吐魯番水文勘測局,新疆 吐魯番 838000）

鄯善縣干旱缺水,社會發(fā)展用水?dāng)D壓生態(tài)用水一直是二塘溝流域水資源管理的難點(diǎn)。鄯善縣二塘溝牧區(qū)人口0.76萬人。為解決牧區(qū)用水問題,需對取水方案及影響進(jìn)行論證分析。

1 概況

二塘溝河發(fā)源于天山山脈博格達(dá)山南麓,歸屬塔里木內(nèi)陸區(qū)的艾丁湖水系[1],河流主支上有多個(gè)小支流匯入,呈西北～東南走向,左岸水系較右岸發(fā)育。二塘溝水文站以上河長31.3 km,集水面積532 km2[2],多年平均流量為2.52 m3/s。河流出山口以上集水面積532 km2,是該河徑流的形成區(qū)。河流出山口后,流程較長,下游河流穿過火焰山,進(jìn)入魯克沁等鄉(xiāng)鎮(zhèn),最終匯入艾丁湖。

2 水資源開發(fā)現(xiàn)狀

二塘溝流域水資源量為19953×104m3。二塘溝流域的水利工程由渠首、渠系工程等組成。二塘溝河目前有五座引水閘,分別為零閘、一閘、二閘、三閘、四閘、五閘。零閘位于水文站下游1.7 km處,現(xiàn)已報(bào)廢；一閘位于水文站下游5 km,設(shè)計(jì)流量為6 m3/s；二塘溝河水通過一閘下游的二塘干渠向下游引水。二閘已停用,下游無引水支渠；三閘下游用托萬買里支渠,給巴哥村供水。四閘下游接連木沁尤庫日買里支渠,給連木沁鎮(zhèn)供水。二塘溝水文站多年平均年徑流量為8215×104m3。流域水利工程及取水口位置見圖1。

圖1 項(xiàng)目區(qū)取水口位置和水利工程布置圖

2.1 二塘溝渠首(一閘)天然來水量

二塘溝渠首（一閘）工程場址區(qū)處在海拔以上1500 m的前山區(qū),是徑流的低值區(qū)。二塘溝水文站與渠首（一閘）區(qū)間有幾條小洪水溝匯入,其區(qū)間產(chǎn)生的徑流很小,偶爾遇到強(qiáng)降雨時(shí)產(chǎn)生的少量地表徑流可忽略不計(jì)。根據(jù)《水利水電工程計(jì)算規(guī)范》（SL 278-2002）有關(guān)規(guī)定,二塘溝渠水文站的設(shè)計(jì)年徑流量可直接移用到渠首工程處設(shè)計(jì)年徑流量即可,二塘溝渠首引水多年平均年徑流量為8215×104m3,保證率75%徑流量為6901×104m3。

2.2 二塘溝干渠設(shè)計(jì)工況下各閘門來水量及下泄量

2.2.1 二塘溝二閘

來水量：從二塘溝流域管理所收集到的二塘溝干渠2003年～2020年引水資料顯示,二塘溝干渠多年平均引水量為4670.84×104m3,占二塘溝渠首天然總年徑流量的56.9%。由于本閘門無引水,因此,來水量等于下泄量。

2.2.2 二塘溝干渠三閘

（1）來水量。三閘來水量等于二閘來水量減去渠道損失量：

（4670.84-4670.84×5%）×104m3=4437.3×104m3

（2）分水量。三閘下游由托萬買里支渠,向巴格村供水,托萬買里支渠設(shè)計(jì)流量為0.5 m3/s?，F(xiàn)狀年（2020年）向巴格村供水量為458.3×104m3,人口有350人,種植面積333.5 hm2；設(shè)計(jì)年（2025年）年供水量為383.56×104m3,人口有800人,種植面積不增加。

（3）下泄量。二塘溝干渠三閘下泄量等于三閘來水量減去分水量：

（4437.30-458.3）×104m3=3979×104m3

2.2.3 二塘溝干渠四閘

（1）來水量。四閘來水量等于三閘下泄量減去渠道損失量：

（3979-3979×5%）×104=3780.05×104m3

（2）分水量。四閘有連木沁尤庫日買里支渠,年引水量為100×104m3。

（3）下泄量。二塘溝干渠三閘和二塘溝干渠四閘相離僅23 km,區(qū)間有連木沁尤庫日買里支渠分水,因此四閘下泄水量等于四閘來水量減去分水量：

（3780.05-100）×104=3680.05×104m3

2.2.4 二塘溝干渠五閘

（1）來水量。二塘溝干渠五閘來水量等于四閘下泄量減去渠道損失量：

（3680.05-3680.05×5%）×104=3496.05×104m3

（2）分水量。吐峪溝支渠分水量為1453.2×104m3；連木沁鎮(zhèn)坎村支渠分水,主要向連木沁鎮(zhèn)坎村、阿斯塔村和連木沁巴扎村供水,供水量為300×104m3；向色爾克甫渠首分水現(xiàn)狀年供水量為1200×104m3。五閘總分水量等于吐峪溝支渠分水加上連木沁鎮(zhèn)坎村支渠分水加上色爾克甫渠首分水：

（1453.2+300+1200）×104= 2953.2×104m3

（3）下泄量。二塘溝干渠五閘位于四閘下游6.3 km、312國道以上3 km處的連木沁鎮(zhèn),區(qū)間無引水,因此五閘下泄水量等于五閘來水量減去五閘分水量：

（3496.05-2953.2）×104=542.85×104m3

故五閘工況下余水量為542.85×104m3。

2.3 色爾克甫渠首來水量

二塘溝水文站天然徑流量8215×104m3； 二塘溝干首多年平均引水量4670.84×104m3, 從1∶25萬的《吐魯番地區(qū)多年平均徑深流等值線圖上》量算二塘溝水文站斷面至色爾克甫溝渠首區(qū)間面積為779 km2,產(chǎn)水量為339.84×104m3。

二塘溝干渠流經(jīng)三閘、四閘和五閘分引水后,其他水量與二塘溝天然河道匯合后沿著連木沁鎮(zhèn)流進(jìn)色爾克甫渠首閘,水量為1743×104m3。

因此二塘溝河流域向色爾克甫渠首來水量等于（二塘溝水文站天然徑流量—二塘溝渠首多年平均（2003-2011）引水量）+（二塘溝渠首至色爾克甫溝渠首區(qū)間產(chǎn)水量）+（二塘溝干渠向色爾克甫渠首閘可以下泄水量）=5618×108m3。各水閘分布情況見圖2。

圖2 項(xiàng)目區(qū)水利工程框圖

2.4 下游生態(tài)水量

河流生態(tài)基流是對河流自然生態(tài)健康管理和保護(hù)、維護(hù)生態(tài)文明的關(guān)鍵指標(biāo)之一[3]。二塘溝汛期洪水和地下潛流是艾丁湖的補(bǔ)給源之一?，F(xiàn)狀年二塘溝河多年平均徑流量為8215×104m3,基于干旱地區(qū)河流生態(tài)用水量的一般取值按10%計(jì)算的原則,其保留生態(tài)水量為821.5×104m3。

3 取水方案分析

3.1 牧區(qū)需水分析

鄯善縣牧區(qū)用水工程位于鄯善縣吐峪溝鄉(xiāng)蘇巴什村,截至2020年,共有人口0.76萬人,擬建的牧區(qū)用水工程從二塘干渠五閘始,經(jīng)19.3 km吐峪溝支渠引水,規(guī)劃年供水量為1453.2×104m3。主要為鄯善縣山南吐峪溝、魯克沁、達(dá)浪坎的農(nóng)業(yè)灌溉輸水。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)水供需平衡計(jì)算,在供水保證率P=75%條件下,項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀和設(shè)計(jì)水平年總需水量分別為3431.4×104m3和3237.3×104m3。現(xiàn)狀年超采地下水144.8×104m3,用水量較高,水利用系數(shù)低。供需平衡分析見表1。

表1 項(xiàng)目區(qū)保證率P=75%下水資源平衡分析計(jì)算表單位：104m3

3.2 二塘溝河來水量分析

二塘溝水文站和一閘渠首天然狀況下來水量為8215×104m3,保證率75%的水量為6901×104m3。經(jīng)三、四、五閘分水,最終現(xiàn)狀年五閘來水量為3496.05×104m3。項(xiàng)目建成后到規(guī)劃水平年時(shí),三閘、四閘、五閘上游不增加新的用水戶和地下水用戶,所以規(guī)劃水平年來水量直接沿用現(xiàn)狀年來水量。

3.3 取水可靠性分析

在二塘溝河來水量保證率75%情況下,供水量為6901×104m3,干渠引水量為4670.84×108m3,到取水口（五閘）來水量為3496.05×104m3,按業(yè)主提出的吐峪溝支渠供水量1453.2×104m3的前提計(jì)算,現(xiàn)狀年五閘其他用水戶用水量為1500×108m3,余水量542.85×104m3。按灌溉天數(shù)3月～10月份來計(jì)算,現(xiàn)狀年可余水量43.75×104m3。從上述兩種對工程最不利因素條件下,除了滿足該工程和下游其他用水戶的需水要求外,尚有余水,因此,取水水源的水量是有保證的,也是可靠的。

項(xiàng)目區(qū)域?qū)儆诙翜狭饔蚰吓璧貐^(qū),該區(qū)域地下水可開采量為8223×104m3,機(jī)電井有1991眼,機(jī)電井開采量為6561×104m3。該項(xiàng)目地下水取水量為1784.1×104m3,占機(jī)電井開采量的27.2%,因此不增加機(jī)電井基礎(chǔ)上合理開采地下水是有保證的,是可靠的。

從近幾年吐魯番水文勘測局在對二塘溝河和該流域井水取水樣所做的水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果來看,地表水和地下水水質(zhì)良好,可以滿足工農(nóng)業(yè)和飲水需求。因此,在二塘溝河和地下水取水水源的水質(zhì)是可靠和有保證的。

該工程取水口位于鄯善縣漣木沁鎮(zhèn)西北側(cè)的二塘干渠5號分水閘處,區(qū)域地貌處于一巨大的沖洪積礫質(zhì)傾斜平原上?？偟貏輺|高西低,地形自然坡度2.5%左右?；镜刭|(zhì)條件有利于工程輸水渠線的布設(shè),不影響周圍區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。取水口附近10 km范圍內(nèi)無大的排污口和取水口,取水口位置的選擇是合理的。

4 建設(shè)項(xiàng)目取水影響分析

4.1 對下游項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉的影響

工程下游用水戶主要分布在色爾克甫渠首下游,色爾克甫渠首下游主要用水戶有連木沁十大隊(duì)水庫（水源為坎兒井）和魯克沁一棵樹水庫（需水34.58×104m3）、魯克沁、達(dá)朗坎和迪坎鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)用水戶（1200×104m3）、三鄉(xiāng)一鎮(zhèn)飲水水廠（每天供0.1 m3/s,年需水量為315.36×104m3）、迪坎鄉(xiāng)工業(yè)園區(qū)現(xiàn)狀年未供水（計(jì)劃供水20×104m3）、石油輸水管道引水100×104m3,共計(jì)用水量1669.94×104m3,僅占色爾克甫渠首上游來水量5618×108m3的29.7%。在滿足主要用水戶需水后,余水量為3948.06×104m3,因此,牧區(qū)用水工程對下游其他用水戶無影響。

4.2 對下游生態(tài)環(huán)境的影響

二塘溝汛期洪水和地下潛流是艾丁湖的補(bǔ)給源之一,其生態(tài)水量為821.5×104m3。色爾克甫渠首向色爾克甫下游各鄉(xiāng)鎮(zhèn)和企業(yè)滿足需水后,尚余3948.06×104m3的水量,余水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于保留生態(tài)水量的821.5×104m3,完全可以滿足生態(tài)水量的要求,因此工程對下游生態(tài)無影響。

4.3 對地下水的影響

本工程地表水引水期集中在5月～9月,冬季枯水期不引水,現(xiàn)狀和設(shè)計(jì)水平年條件下,吐峪溝支渠供水量達(dá)不到下游灌溉的需求,因此,采用地下水來彌補(bǔ)水資源的需求。

據(jù)《2020年吐魯番地區(qū)淺層地下水動態(tài)監(jiān)測通報(bào)》,鄯善縣超采區(qū)主要分布在南盆地的吐峪溝鄉(xiāng)、魯克沁鎮(zhèn)及達(dá)浪坎鄉(xiāng)的部分區(qū)域,面積約為480.1 km2,占鄯善縣監(jiān)控區(qū)總面積的35.5%。地下水埋深由2002年的32.2 m～70.28 m下降到41.81 m～106.41 m,9年累計(jì)降幅為9.61 m～36.13 m,年均地下水持續(xù)下降速率為1.07 m～4.01 m之間,其中吐峪溝英買里1隊(duì)一帶,地下水累計(jì)降幅高達(dá)30 m以上,是鄯善縣的重點(diǎn)超采區(qū)。

項(xiàng)目實(shí)施后,不再增加新機(jī)電井的前提下,控制開采地下水；工程采用先進(jìn)的節(jié)水措施到規(guī)劃年可節(jié)水約194.1×104m3； 地下水（折成地表水）可節(jié)約419.7×104m3；地下水超采量從144.8×104m3降至18.1×104m3；因此,該工程實(shí)施可有效保護(hù)地下水資源,并使其現(xiàn)狀得到持續(xù)改善。

5 結(jié)語

近年來,鄯善縣二塘溝流域爭水現(xiàn)象嚴(yán)重,嚴(yán)重威脅到河道生態(tài)流量問題,并加劇了地下水的開采。而色爾克甫渠首以下,除去使用及保留的生態(tài)用水外,尚有由汛期暴雨形成的3000多萬m3的余水,無法合理利用,約占二塘溝流域地表水資源量8215×104m3的36%。為了有效利用余水,基于生態(tài)下泄水量,經(jīng)過分析探討,吐峪溝支渠工程興建后,對下游灌區(qū)用水無影響,并減少地下水開采。吐峪溝支渠用水量沒有超過規(guī)劃,供水量有保證,取水方案及規(guī)模技術(shù)上可行,為項(xiàng)目建設(shè)提供了科學(xué)依據(jù)。