塔里木河流域抗旱减灾水资源应急调配关键技术及策略

周海鹰，魏光辉，桂东伟

(1.新疆维吾尔自治区塔里木河流域管理局，841000，库尔勒；2.中科院新疆生态与地理研究所，830011，乌鲁木齐)

塔里木河流域地处中亚腹地，气候干旱，降水稀少，干旱灾害是流域主要的自然灾害之一。塔里木河流域城镇居民生活用水、工业供水、农业灌溉、生态环境用水主要依靠高原山区冰川融雪和暴雨洪水形成的河道径流，属于典型的“灌溉农业、灌溉绿洲、灌溉生态”。

开展塔里木河流域抗旱减灾水资源应急调配技术和策略研究，对于提高塔里木河流域抗旱应急管理水平，增强抗旱减灾预案的针对性和可操作性，提升灾害监测预报水平和预警能力，完善应急反应处置，发挥科技在抗旱减灾中的重要支撑、引领作用，实现预防和减轻自然灾害损失的目标具有重要作用。

一、抗旱减灾水资源应急调配关键技术

1.总体思路

塔里木河流域抗旱减灾目标是保障生活用水，协调生产、生态用水，预防和减轻干旱灾害及其造成的损失，促进经济社会可持续发展。实现抗旱减灾目标需要建立可靠、有效的流域抗旱减灾应急管理体系，主要包括工程技术措施和非工程技术措施。

2.工程措施

（1）地下水开发利用工程

塔里木河流域生态环境脆弱，地下水是经济社会发展的重要水源，是干旱区天然植被的主要供水水源，也是维持绿洲生态稳定的重要因素。地下水的开发利用应该坚持统筹兼顾、总量控制、保护优先、合理开发的原则，与灌区盐碱地改良、农业节水建设有机地结合起来，充分发挥地下水开发利用的综合效益。在干旱年份，地下水可作为便捷、可靠的抗旱减灾应急稳定水源。即便在地下水超采区，也可发挥应有的抗旱减灾效益。同时，也应注意在非干旱年份对地下水资源进行合理回补，达到“以丰补歉”的效果。

（2）水库工程

①平原水库。目前流域已建水库大部分为平原水库，平原水库调蓄能力低，水深较浅，蒸发渗漏严重，水利用率仅有40%～60%。平原水库蓄水受上一年度天然径流状况和农业灌溉用水量的影响较大，上一年度天然来水低于多年平均或农业灌溉用水量大将造成平原水库难以蓄足水量，不能保障当年抗旱所需。这种不确定性表明，平原水库并不能作为固定、可靠的抗旱减灾水源。着眼长远，从全流域水量统一调配角度，科学合理地开展平原水库调度工作，在一上年度末蓄足水量，做好抗旱减灾准备。

②山区水库。塔里木河流域已建成的山区水库数量较少，仅有8座，且规模都不大。由于山区水库充分利用了高原山区的地形地貌条件，水面面积小，水深较深，蒸发渗漏损失小，库容蓄水量大，易于调控，其预留库容（包括灌溉库容、防洪库容、发电库容、死库容）可作为重大干旱期的应急供水水源。因此，山区水库可作为干旱年份的可靠补水水源。结合塔里木河流域重点水利工程布局，从流域抗旱减灾的实际需要出发，“十三五”和“十四五”期间，塔里木河流域需要加快建设一批山区水库，利用山区水库的预留库容，作为紧急情况下固定、可靠的抗旱减灾应急水源。

（3）农业高效节水工程

农业高效节水技术不但节水效率高，而且具有节能、节地、节肥、节劳等特点，对提高流域农业经济水平，促进农业增产、农民增收有很大的作用。目前，塔里木河流域已推广应用了滴灌、喷灌等高效节水技术，部分区域取得显著效果，从抗旱减灾的角度考虑，应大力发展农业高效节水技术，为抗旱减灾提供技术保障。

（4）水量统一调度

塔里木河流域水量统一调度遵循统一调度、分级负责、电力调度服从水量调度、总量控制与重要节点水量（流量）控制、随来水量变化丰增枯减相结合的原则。水量调度，应当首先满足城乡居民生活用水的需要，合理安排农业、工业用水，保证生态用水。当流域内出现重度干旱级别以上的干旱，塔里木河三源流的天然径流急剧减少，严重影响流域灌溉和生态用水，造成流域内水危机的状况时，需要实施流域水资源应急调度方案，以解决和缓解出现的严重旱情。塔里木河流域应急抗旱水量调度方案，由塔里木河流域管理局会同流域各地（州）和新疆生产建设兵团4个师编制，并征求流域内重要水库、水电站等用水单位意见，经上级水行政主管部门审查，报新疆维吾尔自治区防汛抗旱总指挥部批准实施。

（5）空中云水资源有效利用

在塔里木河流域空中水资源开发利用上，要进一步完善科学化、规模化的人工增雨技术手段，抓住一切有利降水的天气过程，综合考虑空中水资源的开发与地表水资源的调配、利用，逐步形成空中水与地表水、地下水相结合的水安全体系。

（6）跨流域调水工程

塔里木河流域各大、中河流的产流区主要分布在天山山脉、喀喇昆仑山脉、昆仑山脉，水汽来源不尽相同，丰枯年并不完全同步。各河流丰枯的不同步性，为抗旱减灾提供了水源条件，即实施跨河流调水，将丰水年的河流水量利用工程手段调到处于枯水年的河流，或将河流上游的水量调到下游缺水地区，缓解旱情，最大限度地减少灾害损失。

3.抗旱减灾非工程措施

（1）抗旱减灾指挥领导机构

为统筹协调塔里木河流域抗旱减灾各项工作，自治区成立防汛抗旱总指挥部，自治区人民政府副主席担任总指挥长，负责领导、组织、指挥塔里木河流域抗旱减灾工作。塔里木河流域抗旱减灾工作实行各级人民政府行政首长负责制，统一指挥、部门协调、分级负责。自治区发改、财政、公安、水利及新疆生产建设兵团等部门和塔里木河流域五州 （地）、4个兵团师作为总指挥部成员单位。

自治区防汛抗旱总指挥部设立办公室，办公室设在自治区水利厅，负责塔里木河流域抗旱的指导、监督管理工作。在自治区防汛抗旱办公室的领导下，成立塔里木河流域防汛抗旱协调办公室，办公室设在塔里木河流域管理局，负责指导、协调、监督塔里木河流域抗旱工作。

（2）抗旱减灾预警响应与协调联动机制

①抗旱减灾行政组织机制

《中华人民共和国抗旱条例》明确规定：县级以上地方人民政府防汛抗旱指挥机构，在上级防汛抗旱指挥机构和本级人民政府的领导下，负责组织、指挥本行政区域内的抗旱工作。因此，塔里木河流域五州（地）人民政府和新疆生产建设兵团4个师要成立防汛抗旱指挥部，领导、组织、指挥辖区内的抗旱减灾工作。

②抗旱减灾预警响应机制

结合流域内旱情等级情况，综合考虑流域干旱缺水状况，预警等级分为四级。应急响应等级与预警等级相对应，也分为四级。

③抗旱减灾协调联动机制

为统筹协调塔里木河流域抗旱减灾工作，应建立塔里木河流域抗旱减灾协调联动机制，由指挥机构、指导协调机构、服务保障机构、应急响应机构、信息服务等五大部分组成。

（3）抗旱减灾法规保障措施

依据 《中华人民共和国抗旱条例》等法规，制定《塔里木河流域抗旱减灾条例》《塔里木河流域抗旱减灾考核与问责办法》《塔里木河流域应对干旱事件水量调度管理办法》，编制《塔里木河流域抗旱减灾规划》，为抗旱减灾提供政策保障和技术支持。

二、抗旱减灾应急调配原则

1.轻度干旱时水资源应急调配

轻度干旱水资源应急调配原则为：一是以内涵挖潜为主，包括实施高效节水、充分利用现有水库蓄水、合理开采利用地下水等；二是采取必要的水量调度措施和水资源行政协调措施。

2.中度干旱时水资源应急调配

中度干旱水资源应急调配原则为：一是加强水量统一调度；二是在挖掘现有水资源潜力的情况下加强节约用水，包括实施高效节水、充分利用现有水库蓄水、合理开采利用地下水等；三是采取水资源行政协调措施。

3.重度干旱时水资源应急调配

重度干旱水资源应急调配原则为：一是协调配置生活、生产、生态用水，加强水量统一调度；二是在挖掘现有水资源潜力的情况下加强节约用水，包括实施高效节水、充分利用现有水库蓄水、合理开采利用地下水等；三是增强非工程措施，采取水资源行政协调措施。

以O生产装置合成结晶工艺单元为例，其中含有二氯甲烷和石油醚等易燃易爆介质较多，数量较大，通过对开发的F&EI评估计算软件进行验证，评估计算得到的F&EI指数见表4所列，表4中确定的物质为汽油，操作温度为120 ℃，MF值为16。安全补偿措施系数见表5所列，工艺单元危险分析汇总见表6所列，有关数据对改进O装置合成结晶工艺单元的安全操作具有重要价值。

4.极端干旱时水资源应急调配

极端干旱水资源应急调配原则为：一是按轻重缓急确定供水优先次序，供水优先顺序首先保证生活用水，其次是生产用水，最后是生态用水；二是有条件地挤占部分生态环境用水需求，挤占部分生态环境用水是在极端干旱年或连续干旱年的一项胁迫行为，如降低河道外生态环境用水标准、减少河道生态基流等，但采取这种行为的前提是不对生态环境系统造成不可逆转的影响或是受损生态系统在预期时期内能够恢复或重建；三是加强非工程措施力度，要求应急抗旱统一指挥、协调联动；四是加大地下水开采力度，但必须建立在地下水没有严重超采的基础上，并且在其后的丰水年或平水年能够补给；五是调整用水结构，对于距离水源较远、效益较差的农作物采取轮耕休耕方式，最大限度地减轻灾害损失。

三、抗旱减灾数字信息集成

1.塔河流Ⅱ数字集成方案框架

①在收集和整理塔里木河流域自然地理、水资源、旱情和经济社会信息上，结合干旱预警和水资源调配的需要，有效地实现多源基础地理信息和专题信息的整合。

②在空间数据采集和地图数字化的基础上，编辑、整理和构建塔里木河流域基础地理空间信息以及干旱预警和水资源调配相关空间信息，制作相关GIS地图，并基于Web发布，服务于旱情分析与应用。

③基于通用数据库和Web技术构建基础信息数据库和干旱预警信息、水资源调配专用信息数据库。

④构建基于网络的信息查询应用和空间信息可视化的数字平台和实现数据交互共享。

⑤实现基于数字平台的干旱灾害评价与预警，分析不同旱情等级下水资源调配与调度模型、措施的应用。

塔里木河流域干旱与水资源调配数字集成平台的需求围绕流域自然地理信息、干旱信息和水资源配置和信息资源共享、成果展现方面。

基于对塔里木河流域干旱和水资源配置数字集成内容、建设原则和需求分析，结合项目的目标、功能、结构和特点，采用Web技术构建浏览器/服务器/数据库（B/S/D）三层构架下的应用服务体系（分布式异构数据库端、服务器端、客户端），融合WebGIS应用、数据库和模型的集成。集成方案基于J2EE体系架构技术，它由客户端、Web服务器层、GIS应用服务器层、数据库层多层结构组成。其中，数据库层是基础，管理基础地理信息空间数据和干旱专题数据信息；GIS应用服务器和Web服务器是中间层。GIS应用服务器层管理并发布空间数据到GIS服务器上；Web服务器负责响应客户端请求，并调用GIS应用服务器上的服务实现GIS功能；用户通过浏览器来实现交互。

2.信息集成方案关键应⒚技术

①B/S/D结构和WebServices技术。针对专题业务功能如信息查询、数据浏览等，采用Browser/Server构架进行开发，操作简单直观、易于维护，可以充分发挥B/S的安全性好、易于在局域网或广域部署和维护、易于多系统交互与集成。通过集成与共享平台建设，使空间数据不再处于分散状态，而是以WebService形式发布在共享平台上的完整集成空间数据，这些数据也许异构，却能通过WebService这种简单的形式整合在一起。

②WebGIS技术、ArcGIS Server和REST架构。干旱预警与水资源配置应用数字集成采用WEBGIS技术实现基于 Web空间信息服务与应用，具有交互性、分布式、动态特征、跨平台和图形可视化超媒体信息系统特点。ArcGIS Server是基于Web的GIS服务，构筑空间数据服务体系，支持在分布式环境下实现地理数据管理、制图、地理处理、空间分析、编辑和其他的GIS功能。通过空间数据库存储对应的空间数据，以ArcGIS server将空间数据库中的数据发布成需要类型的REST形式服务，再利用网络服务器调用这些封装好的服务，配合以服务器端前后台功能，最终将地理信息以高效便捷访问方式使用户按照自身需求使用这些资源。

③数据库技术。数据库技术是数字集成的核心之一，包含数据库和数据管理系统。针对以干旱和水资源配置为目的的集成应用，数据库的设计采用面向数据的方法，同时兼顾在集成环境下可能的不同应用。相应的设计原则有：数据共享性原则，兼顾多种应用和不同系统之间的共享；标准化原则，符合相关规范；可扩充性，适应数据扩充与变化；数据关联性，包括纵向时间上的历史数据关联和横向不同要素之间的数据关联与协调。

④应用模型集成方式。塔里木河干旱和水资源调配数字集成采用了松散耦合式开发模式来实现专业应用模型（水资源调配分析模型）的耦合，其优点在于构建了一个开放式的系统平台，既可以充分利用已有的模型及知识，又为系统的无缝集成扩展提供了良好的接口。

⑤网页开发技术。为实现该功能，需要综合运用多种网页开发技术手段 ， 运 用 JSAPI、JAVA Applet、Javascript、HTML 和 flash 等开发工具，构建一个统一的集成环境，实现具体的专题应用。

⑥安全技术支撑。Web服务器(IIS)提供基本、摘要、集成和证书身份验证。ASP.NET Web服务继承了某些ASP.NET身份验证和授权功能。可以使用SSL或 IPSec提供消息完整性和机密性。

四、结 论

针对塔里木河流域抗旱减灾工作，运用干旱预警指标体系，结合实际，提出了集成工程技术措施和非工程技术措施的抗旱减灾制度保障、干旱预警评估、水资源应急调配技术、抗旱减灾信息“四位一体”的抗旱减灾关键技术体系。研究了抗旱减灾预警响应与协调联动机制，提出了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四级预警等级和重大应急响应与一般应急响应对策。在抗旱减灾应急策略中，按照轻度干旱、中度干旱、重度干旱和极端干旱情况下的不同特征，提出了具有针对性和操作性强的水资源应急调配措施，为预防和减轻自然灾害提供了科学指导，也为干旱区类似流域开展抗旱减灾工作提供了重要参考借鉴。