基于水量平衡原理的水循環(huán)要素動(dòng)態(tài)分析

蘇 君，馬志軍

基于水量平衡原理的水循環(huán)要素動(dòng)態(tài)分析

蘇 君，馬志軍

（新疆伊犁州水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，新疆伊犁835000）

通過對(duì)2000，2010年水循環(huán)變化數(shù)據(jù)的計(jì)算和2020，2030，2040年數(shù)據(jù)預(yù)測，得到流域水資源消耗量、排水溝排水量、地下水消耗量及補(bǔ)給量均在減少，地下水位顯著下降，區(qū)域未來水循環(huán)受人類的影響程度減弱，水資源循環(huán)通量的減小程度減緩，水循環(huán)進(jìn)程的加快程度放慢。合理配置塔里木河流域地表水資源、適度開發(fā)利用地下水可以緩解灌溉高峰區(qū)的供水矛盾，有效控制地下水位，減緩流域自循環(huán)能力減弱趨勢，保證流域水資源及整個(gè)新疆的的可持續(xù)發(fā)展。關(guān)鍵詞：水循環(huán)要素；人類活動(dòng)；塔里木河流域

1 概況

塔里木河流域水資源總量429億m3，其中地表水資源量398.3億m3，地下水資源量30.7億m3。塔里木河流域?qū)俚湫偷臏貛Ц珊荡箨懶詺夂?，光熱資源十分豐富，流域內(nèi)干燥多風(fēng)，日氣溫差較大，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈。

早期塔里木河流域九大水系均匯入塔里木河干流，但由于自然和人類的原因，目前只有阿克蘇河、葉爾羌河、和田河、開都—孔雀河有水匯入塔河干流，形成“四源一干”的流域格局。

2 數(shù)據(jù)來源及方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

采用塔里木河流域當(dāng)?shù)氐臍庀?、土地利用格局、農(nóng)業(yè)灌溉制度、流域水文地質(zhì)條件等相關(guān)資料分別進(jìn)行分析、計(jì)算并整理。2000，2010年數(shù)據(jù)為灌區(qū)實(shí)際的引水量、氣象、土地利用、種植結(jié)構(gòu)等資料進(jìn)行水循環(huán)過程計(jì)算。通過大量查閱塔里木河流域水循環(huán)預(yù)測數(shù)據(jù)，得到每一項(xiàng)水循環(huán)要素的變化趨勢，在2000年和2010年的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，根據(jù)相應(yīng)的增長或減小比例推算出2020，2030，2040年的水循環(huán)要素基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

塔里木河流域下墊面因素（地形、土壤類型、植被覆蓋）和氣象因素的變化比較明顯，為了反映這些因素的影響及人類活動(dòng)和氣象條件對(duì)水循環(huán)過程的干擾，根據(jù)引水干渠覆蓋的灌溉區(qū)域劃分為阿克蘇流域灌區(qū)、葉爾羌河流域灌區(qū)、和田河流域灌區(qū)、開都—孔雀河流域灌區(qū)、塔里木河干流灌區(qū)5個(gè)子單元，由于塔里木河流域種植結(jié)構(gòu)較為單一，作物種類因素可以忽略不計(jì)，將塔里木河流域劃分為5個(gè)計(jì)算單元。每個(gè)計(jì)算單元都對(duì)應(yīng)了相應(yīng)的縣市、引水干渠灌溉區(qū)域和排水干溝排水區(qū)域。主要包括：區(qū)域水資源消耗量計(jì)算，排水溝排水量計(jì)算，地下水補(bǔ)給量計(jì)算，地下水消耗量計(jì)算。

3 結(jié)果分析

3.1 流域引水量及總蒸發(fā)消耗量計(jì)算

3.1.1 生活工業(yè)耗水量計(jì)算

塔河網(wǎng)規(guī)劃的方案，50%來水頻率下2010年塔里木河流域引水量將從2000年基準(zhǔn)年的176.40億m3減少到2010年的145.42億m3，根據(jù)塔河網(wǎng)《塔里木河流域生態(tài)經(jīng)濟(jì)水資源合理配置》規(guī)劃的方案，假定各干渠的相對(duì)引水比例和引水過程保持與基準(zhǔn)年2000年相同，從而對(duì)未來塔里木河流域引水總量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算得2020，2030，2040年引水總量分別為119.24億，97.78億，80.18億m3。

3.1.2 流域總蒸發(fā)量的計(jì)算

塔里木河流域流域2000年灌區(qū)面積125.53萬hm2，其中農(nóng)田95.13萬hm2，林草30.40萬hm2，2010年灌區(qū)面積擴(kuò)大159.67萬hm2，塔里木河干流灌區(qū)實(shí)行退耕，對(duì)人均耕地較少的和田河流域可適當(dāng)?shù)陌l(fā)占耕地面積，所以2020，2030，2040年農(nóng)田蒸發(fā)消耗量較現(xiàn)狀年均會(huì)減小。

現(xiàn)狀年內(nèi)生態(tài)用水指標(biāo)為：林地4500m3/hm2，草地2250m3/hm2，在計(jì)算2020，2030，2040年天然生態(tài)耗水量時(shí)，假定生態(tài)用水指標(biāo)不變，只根據(jù)天然生態(tài)面積的變化確定其耗水量。塔里木河流域農(nóng)田及天然生態(tài)消耗量如表1。

表1 塔里木河流域農(nóng)田及天然生態(tài)消耗量單位：億m3

塔里木河流域城鎮(zhèn)居民生活用水平均定額87.65L/人·d，農(nóng)村農(nóng)牧民生活用水品均定額35L/人·d，農(nóng)村人口均以占總?cè)丝诘?9.5%計(jì)，塔里木河流域2000，2010年人口數(shù)量為826萬，1024萬。新疆人口自然增長率1.26%，推算得塔里木河流域2020，2030，2040年人口為2625.53萬，3091.75萬，3594.09萬。

依據(jù)現(xiàn)狀水平年生畜用水定額為10L/頭·d，2000，2010年牲畜需水量分別為0.68億，0.95億m3。未來年份牲畜用水定額假定不變，牲畜需水量只由牲畜年末存欄數(shù)決定，根據(jù)流域未來年份牲畜增長平均值預(yù)測牲畜需水量，得到2020，2030，2040年牲畜需水量分別為1.33億，1.86億，2.60億m3。

調(diào)查塔河網(wǎng)資料顯示得到流域得到2000，2010年工業(yè)需水量分別為0.9326億，1.61億m3。按工業(yè)產(chǎn)值年增長率0.937%，推算得2020，2030，2040年流域工業(yè)需水量為2.90億，3.22億，5.47億m3。得到各年生活、工業(yè)及牲畜耗水量，結(jié)果如表2。

表2 各年份生活、工業(yè)及牲畜耗水量單位：億m3

由于牲畜耗水系數(shù)1.0，所以污水排放量內(nèi)牲畜排污水量無需考慮。污水排放量計(jì)算結(jié)果如表3。

表3 各年份污水排放量單位：億m3

3.2 區(qū)域入滲總量的計(jì)算

現(xiàn)狀年干、支、斗三級(jí)渠道總長度4.85萬km，以防滲1.82萬km，防滲長度占渠道總長度的37.4%，其中干渠的防滲率41.6%，支渠防滲率42.9%，斗渠的防滲率33.2%，開都—孔雀河流域的渠系防滲率比較高，渠道的防滲長度占總長度的75.4%，而阿克蘇河流域和葉爾羌河流域僅有28.%和23.4%，渠道滲漏嚴(yán)重，水資源利用率低，根據(jù)規(guī)劃，未來塔里木河流域規(guī)劃目標(biāo)位將防滲率提高到40%，把渠系利用系數(shù)提高到0.45～0.5。區(qū)域入滲總量變化如表4。

表4 區(qū)域入滲總量變化單位：億m3

3.3 地下水開采變化計(jì)算

地下水開采量71.0億m3，2000年塔里木河流域地下水開采量僅達(dá)4.80億m3，僅占可開采量的6.6%，2010年開采量有所上升，地下水開采量為16.8億m3，在未來地下水可開采量還有上升的潛力。未來塔里木河流域生活用水和對(duì)水質(zhì)要求較高的工業(yè)繼續(xù)使用優(yōu)質(zhì)承壓水，其余地下水使用要使用淺層地下水、地表水。在現(xiàn)狀年的基礎(chǔ)上，2020，2030，2040年的地下水開采量分別為18.25億，19.37億，19.78億m3。

3.4 流域平原區(qū)水循環(huán)各要素

塔里木河流域地處內(nèi)陸，形成一個(gè)封閉的內(nèi)陸水循環(huán)和水平衡的相對(duì)獨(dú)立的水文區(qū)域，再加上氣候干旱，水資源匱乏，生態(tài)環(huán)境相當(dāng)脆弱，綜上因素，自然區(qū)域水資源的自循環(huán)能力極其薄弱，隨著人工水資源配置措施的實(shí)施，流域未來水循環(huán)會(huì)發(fā)生很大變化，未來區(qū)域水循環(huán)的強(qiáng)度將明顯減弱，地表水、土壤水、地下水的的交換量減弱，地下水位降低速率減緩，潛水蒸發(fā)量減少，表5為不同年份水循環(huán)要素變化趨勢。

表5 不同年份水循環(huán)要素變化單位：億m3

2000，2010年的循環(huán)通量為319.81億，298.47億m3，2020繼續(xù)降低為265.59億m3，2030年進(jìn)一步降低為236.40億m3，分別占2000的83%和74%，循環(huán)通量的變化量減小，2040年循環(huán)通量較2030年減小了6%，循環(huán)通量變化趨勢緩慢。

從2020~2040年的模擬結(jié)果可以看出，隨著引水量的減少，渠系和田間水利用系數(shù)的提高，地下水補(bǔ)給量顯著減少，區(qū)域水循環(huán)強(qiáng)度將明顯減弱。流域水資源的消耗主要是農(nóng)業(yè)灌溉用水和生態(tài)輸水，農(nóng)業(yè)用水約占總用水量的90%，以農(nóng)業(yè)為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)增大了消耗性用水量。所以2000年的水資源消耗量、排水溝排水量、地下水消耗量及補(bǔ)給量均為表5中的最大值，但隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、灌水模式的改進(jìn)、對(duì)水資源的有效配置，塔里木河流域未來地下水的排泄量和補(bǔ)給量會(huì)發(fā)生很大變化，形成一個(gè)較為平衡的地下水狀態(tài)。

4 結(jié)語

（1）隨著塔里木河流域灌區(qū)水利設(shè)施的健全及節(jié)水改造工程的實(shí)施，流域的引水量顯著減少，水循環(huán)的強(qiáng)度明顯減弱，地表水、土壤水、地下水的交換量減弱，地下水補(bǔ)給和消耗都發(fā)生顯著變化。

（2）流域整體的水資源消耗量、排水溝排水量、地下水消耗量及補(bǔ)給量均在減少，區(qū)域未來水循環(huán)受人類的影響程度減弱，水資源循環(huán)通量的減小程度減緩，水循環(huán)進(jìn)程的加快程度放慢。

（3）通過基于水量平衡原理對(duì)塔里木河流域水循環(huán)要素動(dòng)態(tài)變化的研究可知：塔里木河流域水循環(huán)降水、下滲、地表徑流、地下徑流環(huán)節(jié)的影響較為顯著，塔里木河流域的水循環(huán)系統(tǒng)也已經(jīng)適應(yīng)了自然—人工復(fù)合水循環(huán)模式。

［1］王浩，王建華，秦大庸.流域水資源合理配置的研究進(jìn)展與發(fā)展方向［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2004，15（1）：123-128.

［2］裴源生，趙勇，陸垂裕.水資源配置的水循環(huán)響應(yīng)定量研究［J］.資源科學(xué)，2006（7）：84-89.

［3］馬金珠.塔里木盆地南緣地下水脆弱性評(píng)價(jià)［J］.中國沙漠，2001，21（2）：170-174.

［4］鄧銘江.試論塔里木河流域綜合治理中的水權(quán)管理［J］.中國水利，2003（1）：50-52.

［5］新疆維吾爾自治區(qū)人民政府.塔里木河流域近期綜合治理規(guī)劃報(bào)告［R］.2002.

Study on variations of hydrologic cycle factors based on water balance principle

SU Jun,MA Zhi-jun
（Yili Water Power&Electric Power Survey and Design Institute，Yili835000，China）

By the water cycle data of 2000，2010 and forecast data of 2020，2030，2040，we can get the basin water resources consumption，the drainage of ditch drainage，the groundwater consumption and supply are reduced，the underground water level is decreased significantly，the future water circulation influence human is weakened，the degree of water resources cycle flux is reduced，the water cycle speed up the process of speeding.Strengthen the water resource allocation and moderate exploitation and utilization of groundwater and in the Tarim Basin，it can not only reduce the water loss but also to ease the the district irrigation water supp ly problems，the effective control of ground water level，assurance the river basin water resources and sustainable development of whole Xinjiang.

Hydrologic cycle factors；Human activity；Tarim River Basin

P339

B

1672-9900（2016）04-0008-03

2016-03-31

蘇君（1988-），男（漢族），四川廣安人，助理工程師，主要從事水利工程方面的工作，（Tel）18509999690。