塔里木河流域可调生态水量研究

王光焰，徐生武，谢志勇

( 新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 库尔勒 841000)

塔里木河是我国最长的内陆河，塔河流域也是我国最大的内陆河流域，面积达到了102万km2[1]，养育着新疆超过一千万的各族人民群众，被誉为南疆人民的“母亲河”，同时它还是我们国家新时代“丝绸之路经济带”的核心建设区，地理位置独特，地缘优势明显[2- 3]。塔河流域具有生态资源丰富与生态环境敏感的双重性特点，流域内依靠自然生态系统发展的绿色经济和传统农业和放牧业为主的发展模式对研究区生态环境的依赖度较高，干旱的自然环境与极敏感的生态条件决定了这一区域的经济发展和脱贫攻坚工作离不开生态安全保障体系建设[4- 5]。过去几十年，伴随着大规模水土资源的开发，流域生态环境保护情况总体滞后于社会经济发展，导致了种种生态环境问题，流域“四源一干”生态廊道整体的生态服务与保障支撑功能下降[6- 7]。这些生态问题已经成为南疆乃至整个新疆经济社会发展的瓶颈制约和突出短板，阻碍了流域及南疆脱贫攻坚进程，也危及到国家重大战略推进与实施的生态安全保障。自2001年始，国家投入大量资金用于塔河流域的综合治理，历经十余年的《塔里木河流域近期综合治理》项目的实施，经过众多专家学者评估，取得了极为明显的生态与社会效益[8- 10]。塔河下游生态退化趋势有所遏制，但是，塔河流域“九源一干”中尚有五源流因断流与塔里木河干流支离，导致干支流水网系统破坏[11]。基于此，为加强流域的生态文明建设，我们需要明确塔河流域的可调生态水量是多少？为此我们开展了塔河流域可调生态水量的研究，旨在为流域水资源的合理调度提供科学依据和工作指导，更是塔河流域社会经济稳定发展、脱贫攻坚和国家“丝绸之路经济带”重大战略顺利实施过程中生态安全保障的共同需要。

1 研究区概况

塔河流域由发源于塔里木盆地周边天山山脉、喀喇昆仑山、阿尔金山等山脉的阿克苏河、喀什噶尔河、叶尔羌河、和田河、开都-孔雀河、迪那河、渭干-库车河、克里雅河和车尔臣河等九大水系的144条河流组成[1- 6]，其中阿克苏河、叶尔羌河、喀什噶尔河为国际跨界河流。流域的几大河流水系均发源于降水丰沛的山区，依靠冰雪融水和降雨径流补给，国内水资源总量为367.62亿m3，地表水资源量为347.23亿m3，地下水资源量为261.97亿m3。流域地表水在时间上径流变化相对比较平稳，但是年内分配随着季节的更替很不平衡，夏季较丰，冬季水量最小；空间分布上北多南少，西多东少，流域地表水资源主要形成于山区然后消耗于平原区。塔河干流不产生地表径流，其水量主要依靠阿克苏河、和田河和叶尔羌河三条源流来输送[12- 13]。

2 材料与方法

2.1 数据来源

本研究气象数据来源于塔里木河流域各气象站1970—2018年逐日蒸发量数据，各断面径流数据来源于每条河流的水文站实测数据。

2.2 研究方法

本研究中可调生态水量是指能够通过人为调度用于生态保护及修复的水量，包含河段在满足国民经济引水、自然耗散和下泄要求下的结余水量，以及漫溢水量和生态引水量3部分[14]。当前源流区基本无生态引水要求，因此源流区可调生态水量计算过程如下[15]：

W可调=W结余+W漫溢

(1)

W结余=W来水-W国民经济-W河损-W下泄

(2)

W漫溢=W河损-W蒸发-W渗漏

(3)

式中，W可调—可调生态水量；W结余—完全满足国民经济引水、河道水量损失和下泄要求下的结余水量；W漫溢—河段中的漫溢水量；W来水—源流区来水量；W国民经济—国民经济引水量；W河损—河损水量；W下泄—源流向干流下泄水量；W蒸发—河道径流水面蒸发；W渗漏—河道渗漏水量。单位均为亿m3。

而干流有生态引水，因此干流可调生态水量的计算公式为：

W可调=W结余+W漫溢+W生态引水

(4)

式中，W生态引水—通过生态闸等生态引水量，亿m3。

3 塔河流域“四源一干”水量平衡过程

3.1 “四源流”水量平衡过程

利用2001—2017年之间阿克苏河出山口、西大桥、拦河闸和排冰渠等断面径流数据以及阿克苏、阿拉尔等国家气象站的蒸发等数据，定量分离出2001—2017年阿克苏河各河段逐年各耗水项水量及占比，进而对比综合治理前后各耗水项水量及占比，结果见表1。相比2001—2011年，2012—2017年之间来水量虽然减少了8.45亿m3，但由于引水量及河损水量也分别减少了9.76亿、4.62亿m3，引水量及河损水量占来水量的比例出现下降，使得阿克苏河向干流下泄水量增加了5.31亿m3，下泄水量占来水量比例由33.52%增加至43.42%。

利用2006—2017年和田河乌鲁瓦提出库、吐直鲁克、同古孜洛克、艾格利亚及肖塔的断面径流数据，定量分离出2006—2017年和田河各河段逐年各耗水项水量及占比，进而对比综合治理前后各耗水项水量及占比，结果见表2。相比2006—2011年之间，2012—2017年和田河来水量平均增加了5.5亿m3，而引水量减少了2.06亿m3，河损增加了0.5亿m3，下泄水量增加了6.95亿m3。引水量占比由50.69%减少至41.84%，而下泄水量比例由18.53%增加至29.37%。

利用2001—2017年的叶尔羌河的喀群、喀群渠首下泄、48团渡口及黑尼亚孜与提孜那甫河江卡、江卡下泄及黑孜阿瓦提断面径流数据等，定量分离出2001—2017年叶尔羌河各河段逐年各耗水项水量及占比，进而对比综合治理前后各耗水项水量及占比，结果见表3。相比2001—2011年之间，2012—2017年叶尔羌河来水量平均增加了9.93亿m3，引水量增加了6.19亿m3，河损增加了0.06亿m3，下泄水量增加了5.13亿m3。引水量占比由55.51%减少至52.99%，而下泄水量比例由0.66%增加至6.33%。

表1 阿克苏河不同时段各耗水项水量及占比

表2 和田河不同时段各耗水项水量及占比

表3 叶尔羌河不同时段各耗水项水量及占比

利用2001—2017年的开孔河大山口、宝浪苏木、他什店及阿恰枢纽的断面径流数据，以及2001—2013年博斯腾湖蓄变量数据、2014—2017年博斯腾湖年初年末水位数据、博斯腾湖库容曲线等资料，定量分离出2001—2017年叶尔羌河各河段逐年各耗水项水量及占比，进而对比综合治理前后各耗水项水量及占比，结果见表4。相比2001—2011年之间，2012—2017年开孔河来水量平均减少了5.16亿m3，引水量减少了3.66亿m3，河(湖)损减少了3.66亿m3，博湖蓄变量由年均减少2.64亿m3，变为年均增加2.9亿m3。引水量占比由46.19%减少至42.57%。

3.2 塔河干流水量平衡过程

利用2005—2017年塔河干流阿拉尔、新渠满、英巴扎、乌斯曼、阿其克、恰拉断面的年径流数据、各河段年农业引水及生态分洪数据、各生态闸的年引水、退水数据，定量分离出2005—2017年塔河干流各河段逐年各耗水项水量及占比，进而对比综合治理前后各耗水项水量及占比，结果见表5。相比2005—2017年之间，2012—2017年干流平均来水量增加了5.92亿m3，引水量增加了8.6亿m3，河损水量减少了5.98亿m3，恰拉及大西海子下泄水量分别增加了3.5亿、3.07亿m3。其中引水量以增加生态引水为主，生态引水及农业引水分别增加了5.88亿、2.71亿m3。

3.3 “四源一干”水量平衡过程

根据塔河流域“四源一干”各耗水项水量情况分析，最终得到其整体水量平衡过程及各耗水项占比情况，进而对比综合治理前后各耗水项水量及占比，结果见表6。相比2006—2011年之间，2012—2017年源流平均来水量增加了4.01亿m3，引水量减少了1.5亿m3，河(湖)损水量减少了13.17亿m3，恰拉及大西海子下泄水量分别增加了2.9亿、2.52亿m3。引水比例由58.3下降至57.98%，河(湖)损占比由38.34下降至32.72%。

表4 开孔河不同时段各耗水项水量及占比

表5 塔里木河干流不同时段各耗水项水量及占比

表6 塔里木河流域“四源一干”不同时段各耗水项水量及占比

4 塔河流域“三源一干”可调生态水量

4.1 “三源流”可调生态水量

当前孔雀河主要通过人为引博斯腾湖水下泄，引水水量及时段均可控，开都—孔雀河可调生态水量与博斯腾湖引水直接相关，因此，本文未对现状及三条红线下的开都—孔雀河流域可调生态水量进行分析。

根据前文分析结果，总结得到现状引水条件和“三条红线”条件下25%、50%和75%来水频率下“三源流”可调生态水量，结果见表7。在25%、50%和75%来水频率下，现状引水条件下“三源流”可调生态水量分别为13.46亿、11.43亿、8.98亿m3，“三条红线”条件下“三源流”可调生态水量分别为18.06亿、16.07亿、11.77亿m3。

表7 不同来水条件下“三源流”可调生态水量 单位：亿m3

表8 不同来水条件下“三源一干”可调生态水量 单位：亿m3

4.2 “三源一干”可调生态水量

根据前文分析结果，总结现状引水条件和“三条红线”条件下25%、50%和75%来水频率下“三源一干”可调生态水量，结果见表8。在25%、50%和75%来水频率下，现状条件下“三源一干”可调生态水量分别为39.09亿、27.63亿、9.15亿m3， “三条红线”条件下，可调生态水量分别为43.52亿、35.75亿、10.31亿m3。

5 结语

本文首先分析了塔里木河流域“四源一干”水量平衡过程，然后基于此计算出不同来水频率下，现状引水条件和“三条红线”条件下的塔河流域“三源流”和“三源一干”的可调生态水量。本研究对于塔河流域水资源的开发与管理具有重要的理论指导意义，为流域下一步的综合治理提供了参考方向，解决了流域生态水量的调度问题，对塔里木河流域生态文明建设具有一定的贡献。