基于生态流量的二塘沟取水方案分析

龚旭锋

（吐鲁番水文勘测局,新疆 吐鲁番 838000）

鄯善县干旱缺水,社会发展用水挤压生态用水一直是二塘沟流域水资源管理的难点。鄯善县二塘沟牧区人口0.76万人。为解决牧区用水问题,需对取水方案及影响进行论证分析。

1 概况

二塘沟河发源于天山山脉博格达山南麓,归属塔里木内陆区的艾丁湖水系[1],河流主支上有多个小支流汇入,呈西北～东南走向,左岸水系较右岸发育。二塘沟水文站以上河长31.3 km,集水面积532 km2[2],多年平均流量为2.52 m3/s。河流出山口以上集水面积532 km2,是该河径流的形成区。河流出山口后,流程较长,下游河流穿过火焰山,进入鲁克沁等乡镇,最终汇入艾丁湖。

2 水资源开发现状

二塘沟流域水资源量为19953×104m3。二塘沟流域的水利工程由渠首、渠系工程等组成。二塘沟河目前有五座引水闸,分别为零闸、一闸、二闸、三闸、四闸、五闸。零闸位于水文站下游1.7 km处,现已报废；一闸位于水文站下游5 km,设计流量为6 m3/s；二塘沟河水通过一闸下游的二塘干渠向下游引水。二闸已停用,下游无引水支渠；三闸下游用托万买里支渠,给巴哥村供水。四闸下游接连木沁尤库日买里支渠,给连木沁镇供水。二塘沟水文站多年平均年径流量为8215×104m3。流域水利工程及取水口位置见图1。

图1 项目区取水口位置和水利工程布置图

2.1 二塘沟渠首(一闸)天然来水量

二塘沟渠首（一闸）工程场址区处在海拔以上1500 m的前山区,是径流的低值区。二塘沟水文站与渠首（一闸）区间有几条小洪水沟汇入,其区间产生的径流很小,偶尔遇到强降雨时产生的少量地表径流可忽略不计。根据《水利水电工程计算规范》（SL 278-2002）有关规定,二塘沟渠水文站的设计年径流量可直接移用到渠首工程处设计年径流量即可,二塘沟渠首引水多年平均年径流量为8215×104m3,保证率75%径流量为6901×104m3。

2.2 二塘沟干渠设计工况下各闸门来水量及下泄量

2.2.1 二塘沟二闸

来水量：从二塘沟流域管理所收集到的二塘沟干渠2003年～2020年引水资料显示,二塘沟干渠多年平均引水量为4670.84×104m3,占二塘沟渠首天然总年径流量的56.9%。由于本闸门无引水,因此,来水量等于下泄量。

2.2.2 二塘沟干渠三闸

（1）来水量。三闸来水量等于二闸来水量减去渠道损失量：

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

（2）分水量。三闸下游由托万买里支渠,向巴格村供水,托万买里支渠设计流量为0.5 m3/s。现状年（2020年）向巴格村供水量为458.3×104m3,人口有350人,种植面积333.5 hm2；设计年（2025年）年供水量为383.56×104m3,人口有800人,种植面积不增加。

（3）下泄量。二塘沟干渠三闸下泄量等于三闸来水量减去分水量：

（4437.30-458.3）×104m3=3979×104m3

2.2.3 二塘沟干渠四闸

（1）来水量。四闸来水量等于三闸下泄量减去渠道损失量：

（3979-3979×5%）×104=3780.05×104m3

（2）分水量。四闸有连木沁尤库日买里支渠,年引水量为100×104m3。

（3）下泄量。二塘沟干渠三闸和二塘沟干渠四闸相离仅23 km,区间有连木沁尤库日买里支渠分水,因此四闸下泄水量等于四闸来水量减去分水量：

（3780.05-100）×104=3680.05×104m3

2.2.4 二塘沟干渠五闸

（1）来水量。二塘沟干渠五闸来水量等于四闸下泄量减去渠道损失量：

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

（2）分水量。吐峪沟支渠分水量为1453.2×104m3；连木沁镇坎村支渠分水,主要向连木沁镇坎村、阿斯塔村和连木沁巴扎村供水,供水量为300×104m3；向色尔克甫渠首分水现状年供水量为1200×104m3。五闸总分水量等于吐峪沟支渠分水加上连木沁镇坎村支渠分水加上色尔克甫渠首分水：

（1453.2+300+1200）×104= 2953.2×104m3

（3）下泄量。二塘沟干渠五闸位于四闸下游6.3 km、312国道以上3 km处的连木沁镇,区间无引水,因此五闸下泄水量等于五闸来水量减去五闸分水量：

（3496.05-2953.2）×104=542.85×104m3

故五闸工况下余水量为542.85×104m3。

2.3 色尔克甫渠首来水量

二塘沟水文站天然径流量8215×104m3； 二塘沟干首多年平均引水量4670.84×104m3, 从1∶25万的《吐鲁番地区多年平均径深流等值线图上》量算二塘沟水文站断面至色尔克甫沟渠首区间面积为779 km2,产水量为339.84×104m3。

二塘沟干渠流经三闸、四闸和五闸分引水后,其他水量与二塘沟天然河道汇合后沿着连木沁镇流进色尔克甫渠首闸,水量为1743×104m3。

因此二塘沟河流域向色尔克甫渠首来水量等于（二塘沟水文站天然径流量—二塘沟渠首多年平均（2003-2011）引水量）+（二塘沟渠首至色尔克甫沟渠首区间产水量）+（二塘沟干渠向色尔克甫渠首闸可以下泄水量）=5618×108m3。各水闸分布情况见图2。

图2 项目区水利工程框图

2.4 下游生态水量

河流生态基流是对河流自然生态健康管理和保护、维护生态文明的关键指标之一[3]。二塘沟汛期洪水和地下潜流是艾丁湖的补给源之一。现状年二塘沟河多年平均径流量为8215×104m3,基于干旱地区河流生态用水量的一般取值按10%计算的原则,其保留生态水量为821.5×104m3。

3 取水方案分析

3.1 牧区需水分析

鄯善县牧区用水工程位于鄯善县吐峪沟乡苏巴什村,截至2020年,共有人口0.76万人,拟建的牧区用水工程从二塘干渠五闸始,经19.3 km吐峪沟支渠引水,规划年供水量为1453.2×104m3。主要为鄯善县山南吐峪沟、鲁克沁、达浪坎的农业灌溉输水。根据项目区水供需平衡计算,在供水保证率P=75%条件下,项目区现状和设计水平年总需水量分别为3431.4×104m3和3237.3×104m3。现状年超采地下水144.8×104m3,用水量较高,水利用系数低。供需平衡分析见表1。

表1 项目区保证率P=75%下水资源平衡分析计算表单位：104m3

3.2 二塘沟河来水量分析

二塘沟水文站和一闸渠首天然状况下来水量为8215×104m3,保证率75%的水量为6901×104m3。经三、四、五闸分水,最终现状年五闸来水量为3496.05×104m3。项目建成后到规划水平年时,三闸、四闸、五闸上游不增加新的用水户和地下水用户,所以规划水平年来水量直接沿用现状年来水量。

3.3 取水可靠性分析

在二塘沟河来水量保证率75%情况下,供水量为6901×104m3,干渠引水量为4670.84×108m3,到取水口（五闸）来水量为3496.05×104m3,按业主提出的吐峪沟支渠供水量1453.2×104m3的前提计算,现状年五闸其他用水户用水量为1500×108m3,余水量542.85×104m3。按灌溉天数3月～10月份来计算,现状年可余水量43.75×104m3。从上述两种对工程最不利因素条件下,除了满足该工程和下游其他用水户的需水要求外,尚有余水,因此,取水水源的水量是有保证的,也是可靠的。

项目区域属于二塘沟流域南盆地区,该区域地下水可开采量为8223×104m3,机电井有1991眼,机电井开采量为6561×104m3。该项目地下水取水量为1784.1×104m3,占机电井开采量的27.2%,因此不增加机电井基础上合理开采地下水是有保证的,是可靠的。

从近几年吐鲁番水文勘测局在对二塘沟河和该流域井水取水样所做的水质化验结果来看,地表水和地下水水质良好,可以满足工农业和饮水需求。因此,在二塘沟河和地下水取水水源的水质是可靠和有保证的。

该工程取水口位于鄯善县涟木沁镇西北侧的二塘干渠5号分水闸处,区域地貌处于一巨大的冲洪积砾质倾斜平原上。总地势东高西低,地形自然坡度2.5%左右。基本地质条件有利于工程输水渠线的布设,不影响周围区域的生态环境。取水口附近10 km范围内无大的排污口和取水口,取水口位置的选择是合理的。

4 建设项目取水影响分析

4.1 对下游项目区农业灌溉的影响

工程下游用水户主要分布在色尔克甫渠首下游,色尔克甫渠首下游主要用水户有连木沁十大队水库（水源为坎儿井）和鲁克沁一棵树水库（需水34.58×104m3）、鲁克沁、达朗坎和迪坎乡农业用水户（1200×104m3）、三乡一镇饮水水厂（每天供0.1 m3/s,年需水量为315.36×104m3）、迪坎乡工业园区现状年未供水（计划供水20×104m3）、石油输水管道引水100×104m3,共计用水量1669.94×104m3,仅占色尔克甫渠首上游来水量5618×108m3的29.7%。在满足主要用水户需水后,余水量为3948.06×104m3,因此,牧区用水工程对下游其他用水户无影响。

4.2 对下游生态环境的影响

二塘沟汛期洪水和地下潜流是艾丁湖的补给源之一,其生态水量为821.5×104m3。色尔克甫渠首向色尔克甫下游各乡镇和企业满足需水后,尚余3948.06×104m3的水量,余水量远远高于保留生态水量的821.5×104m3,完全可以满足生态水量的要求,因此工程对下游生态无影响。

4.3 对地下水的影响

本工程地表水引水期集中在5月～9月,冬季枯水期不引水,现状和设计水平年条件下,吐峪沟支渠供水量达不到下游灌溉的需求,因此,采用地下水来弥补水资源的需求。

据《2020年吐鲁番地区浅层地下水动态监测通报》,鄯善县超采区主要分布在南盆地的吐峪沟乡、鲁克沁镇及达浪坎乡的部分区域,面积约为480.1 km2,占鄯善县监控区总面积的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年累计降幅为9.61 m～36.13 m,年均地下水持续下降速率为1.07 m～4.01 m之间,其中吐峪沟英买里1队一带,地下水累计降幅高达30 m以上,是鄯善县的重点超采区。

项目实施后,不再增加新机电井的前提下,控制开采地下水；工程采用先进的节水措施到规划年可节水约194.1×104m3； 地下水（折成地表水）可节约419.7×104m3；地下水超采量从144.8×104m3降至18.1×104m3；因此,该工程实施可有效保护地下水资源,并使其现状得到持续改善。

5 结语

近年来,鄯善县二塘沟流域争水现象严重,严重威胁到河道生态流量问题,并加剧了地下水的开采。而色尔克甫渠首以下,除去使用及保留的生态用水外,尚有由汛期暴雨形成的3000多万m3的余水,无法合理利用,约占二塘沟流域地表水资源量8215×104m3的36%。为了有效利用余水,基于生态下泄水量,经过分析探讨,吐峪沟支渠工程兴建后,对下游灌区用水无影响,并减少地下水开采。吐峪沟支渠用水量没有超过规划,供水量有保证,取水方案及规模技术上可行,为项目建设提供了科学依据。