典型干旱地区水资源优化配置方案——以吐鲁番市高昌区为例

霍礼锋

(吐鲁番市水利水电勘测设计研究院，新疆 吐鲁番 838000)

吐鲁番市高昌区是新疆最干旱的地区之一，水资源人均占有量为1500m3，亩均占有量为640m3，远低于全疆水平。由于水资源时空分布不均，存在用水结构、水资源配置不合理的问题，造成水资源供需矛盾愈加突出。目前农业灌溉用水约占90%以上，但农业给国民经济的贡献率不足9%，地下水位年降幅为0.1～2.3m不等，高昌区二堡乡、三堡乡、恰特喀勒乡和艾丁湖乡为最严重地下水超采区域，如此大的地下水位年降幅给吐鲁番盆地地下水环境造成了严重破坏。随着工业发展对水资源需求的日益增加，高昌区水资源供需矛盾的加剧，鉴于这些问题的出现，合理保护和优化配置水资源，实现高昌区水资源可持续利用是一个迫切需要研究的问题。

1 研究区水资源概况

1.1 高昌区水资源利用现状

高昌区位于吐鲁番盆地中部，东西长约90km，南北宽约75km，总面积为13589km2。高昌区下辖五乡、四镇、两场、三个街道办，现有灌溉面积66.16万亩。

高昌区2015年的总供水量为46640万m3，其中地表水工程供水量为16949万m3，占总供水量的36.34%，地下水总供水量为29690万m3，占总供水量的63.66%。现状年高昌区水资源可供水量为35591万m3，地下水超采量为11049万m3。

2015年，高昌区农业用水量42580万m3，约占总用水量的91.30%；工业用水量1280万m3，约占总用水量的2.74%；生活用水量1680万m3，约占总用水量的3.60%。生态用水1100万m3，约占总用水量的2.36%。

1.2 高昌区水资源概况

高昌区境内共有5条主要河沟，自西向东经排列，依次为大河沿、塔尔朗、煤窑沟、黑沟、恰勒坎沟。多年平均地表水资源量3.6亿m3，可利用量为2.17亿m3，地表水与地下水不重复量为0.68万m3，地下水资源可供水量2.02亿m3，因此高昌区水资源总量为4.28亿m3，水资源可利用总量为4.19亿m3(见表1、2)。

2 供需平衡分析

目前高昌区出现的水资源问题是农业用水量过大，2015年农业用水量为42580万m3，占高昌区总用水的91.30%，农业用水比重较大，用水结构不合理，因此，在水资源优化利用上，旨在退耕还水、调整用水结构及跨流域调配水资源。

2.1 需水预测

根据拟定的国民经济指标，对国民经济发展进行需水量预测，到近期水平年2020年，高昌区总需水量为41270万m3，农业用水占总需水量的87.94%，工业用水占总需水量的5.75%；到远期水平年2030年，高昌区总需水量为37564万m3，农业用水占总需水量的73.85%，工业用水占总需水量的17.48%。通过退耕及发展高效节水，农业用水量明显降低，工业用水量得到保证(见表3)。

表1 高昌区流域分区地表水资源量统计表

表2 高昌区地下水可利用计算成果表单位：104m3

表3 吐鲁番市高昌区国民经济发展需水量预测汇总分析表 单位：万m3

2.2 供水预测

高昌区地表水灌溉渠系网络已基本形成，规划水平年随着农田面积的大幅度减少，现有地表水灌溉渠系完全能够满足农业灌溉取用地表水的要求，因此现状渠首、灌溉渠系建设的主要任务是进行改建，提高渠系水利用系数。地表水供水能力的增强以建设山区水库为主导方向。

截至2015年，高昌区已建成中小型水库7座，小塘坝141座，总库容为2287万m3，兴利库容为1955万m3。为满足蓄水工程，就水平年中、远期做如下规划：

近期水平年(2020年)新建煤窑沟水库(980万m3)、大河沿水库(3024万m3)、黑沟水库(650万m3)；

远期水平年(2030年)新建塔尔郎水库(1700万m3)、恰勒坎水库(300万m3)、大草湖水库(750万m3)。

到2020年地下水供水量将下降到23434万m3，其中坎儿井引用量2726万m3，泉水引用量2979万m3，机井开采量为17729万m3。2030年地下水供水量将进一步下降到15788万m3，其中坎儿井引用量2478万m3，泉水引用量2821万m3，机井开采量为10489万m3。

规划水平年地表水供水量将主要有已建、拟建和扩建水库调节地表水的来水不均匀，新增地表水的供水量，但考虑水库下泄的生态基流，各水库均按径流量的10%估算，并且作为不可利用的地表水水量。地表水引水工程的供水量将仍农业灌溉供水为主，以高效节水对应的P=85%作为综合供水保证率进行估算，按扣除应下泄的生态基流做为地表水总的可供水量，由水库供水量之后的其它地表水可利用量做为引水工程可供水量，水库供水量虽然在农业灌溉方面投入至渠首形成引水工程的供水量，但不重复计算。泉水与坎儿井虽然其水源为地下水的排泄量，但供水形式为地表水供水工程，如泉水水库、引水渠道，为计算总供水的需要，也不应将坎儿井和泉水的供水量做引水工程的供水量。2020年和2030年根据需水要求调整压减现状超采量的幅度，但地下水总开采量不应超出用水总量控制指标。规划水平年供水量预测计算成果见表4。

表4 吐鲁番市高昌区规划水平年分区供水量预测计算统计表 单位：万m3

2.3 供需平衡分析及水资源配置

2020年地表水供水量在P=85%情况下的地表水配置水量为18030万m3，5条河分别按其相应的P=85%情况下的来水量控制。

根据供需平衡分析，2020年在地下水机井开采量17729万m3，农业实现预定退减耕地目标情况下，塔尔郎灌区、煤窑沟灌区、黑沟灌区供需仍不能达到平衡，地下水仍超采9595万m3。

2020年高昌区总供水量为42033万m3，其中地表水供水量118030万m3，坎儿井及泉水利用量5705万m3，机井供水量17729万m3，中水回用量570万m3。地下水超采9595万m3。

2030年地表水供水量在P=85%情况下的地表水配置水量为18435万m3，5条河分别按其相应的P=85%情况下的来水量控制。

2030年全高昌区总供水量为34677万m3，其中地表水供水量18434万m3，坎儿井及泉水利用量4707万m3，机井供水量7943万m3，中水回用量907万m3。地下水仍然超采2674万m3。根据供需平衡分析，高昌区2020年和2030年用水总量按用水总量指标控制，2020年和2030年高昌区用水总量均未超用水总量控制指标，但仍有超采现象。对照情况见表5。

表5 水资源规划配置数据与用水总量控制指标对照表 单位：万m3

3 水资源优化配置方案

随着在“十三五”期间工业园区的基础设施进一步完善，企业建设项目的前期准备，2020年工业对水资源的需求将会呈现出较高的增长态势。按照在2020年的退地和高效节水的发展规划，农业需水量具有明显的降低，相应的农业灌溉“退地还水”首先是减少对地下水的超采量，其余的节出水量应优先保障城市的居民生活、环境绿化发展需水的增长需求，城市和农村用水考虑到供水水质和供水保证率的要求，也需要维持采用地下水作为供水主水源。因此，在2020年重点解决现状地下水的超采问题，农业灌溉还需要引用一定的地表水作为必保的水源，在此前提下工业用水的水源以地表水为主，可新增供给工业的地表水仍将有限。

2030年的水资源配置原则基本与2020年相同，2030年随着农业“退地还水”到位，可最大化地供给工业引用地表水。工业完全以配置地表水为主的缘由是出于考虑高昌区的地下水水资源超采现状及规划水平年地下水可开采量十分有限，并且需要优先供给城镇和农村居民，以及农业高效节水灌溉采用部分地下水水源的管理方便、简单易行及机井多为农民所有的实际情况。新增地表水的供水量主要依靠建设山区水库，水库向工业供水的管理比较单一，且容易筹集建设资金及当前普遍要求工业严禁采用地下水的水资源管理制度和政策。工业区的水资源管理要求废污水不外排，工业可供水量不再考虑园区或企业内部的重复水利用，供给工业的中水以城市污水处理后的中水为限。

综上所述根据对高昌区水资源分析，高昌区水资源优化配置工程总体布局初步安排如下。

3.1 水源工程布局

此次水源工程包括有水库的修建、引水渠首及水闸的除险加固、机电井配套改造、塘坝改造、坎儿井保护工程等。根据各水源工程的现状及引水情况，分近期和远期两阶段进行规划建设。

3.2 输水工程布局

新建塔尔朗河至煤窑沟河的输水干渠，对煤窑沟至黑沟灌区的第二人民渠输水工程进行改扩建。

高昌区各灌区干支渠及末级渠系现状是大部分渠道淤积磨损严重，渠系配套建筑物不完善渠系附属设施不健全。对未衬砌的干支渠和已衬砌但破坏严重的干支渠进行防渗改造，并修建管道进行输水。末级渠系主要就是斗渠、农渠和毛渠。高昌区灌区末级渠系现状是大部分渠道淤积磨损严重，渠系配套建筑物不完善渠系附属设施不健全。此次规划根据末级渠系的实际情况，按照“损坏严重先建设”的原则优先建设损坏严重的渠道。

3.3 节水灌溉工程布局

高昌区属资源性缺水地区，水资源匮乏，有限的水资源约90%用于农业灌溉用水，故实施高效节水灌溉工程意义重大，节水潜力巨大。只有高效节水工程的大面积实施才能有效降低农业灌溉定额，提高水利用系数，减少农业用水量，使高昌区年用水量逐年下降，最终使水资源得到充分合理分配，达到水资源供需平衡。

此次布局应遵循“先地表水利用，后地下水开采”的大原则，努力提高地表水利用系数，减少地下水开采量。工程布局根据灌区实际水资源利用现状，规划到2020年高昌区灌溉面积为60.22万亩，将实施42.60万亩高效节水灌溉。2030年高昌区灌溉面积为48.43万亩，将保持42.60万亩高效节水灌溉。

3.4 抗旱工程布局

(1)对现有年久失修、供水保证率降低的农村抗旱应急水源工程进行维修、改造、配套。

(2)在对已有农村抗旱应急水源工程进行配套维修改造的基础上，根据农村抗旱具体目标和要求，合理规划新建农村抗旱应急水源工程。

(3)新建农业抗旱应急水源工程主要在粮食主产区、商品粮基地、经济作物商品基地、畜牧业生产基地等区域进行布局和建设。

3.5 农村饮水提质增效工程布局

从农村饮水工程建设方案分析，高昌区工程规划布局主要分两大类，一是在供水区上游适宜河道水文地质地段通过修建河道地下渗管、截取河道地下潜流为供水水源，建自压集中供水工程。二是以地下水为供水水源，机井供水，通过高位水池建大的自压集中供水工程。最后必须打破行政区划界限，建大的集中供水工程，扩大水厂供水规模和效益，提高供水质量。

3.6 防洪工程的布局

在对河道进行防洪治理时，主要考虑城镇和重要设施的防洪要求，根据高昌区流域分布及特点，确定治理标准为20年一遇以上。依据河道防治上下游的现状及要求，工程采取“上截、中固、下泄”的布局原则，在上游中低山区采取生物保护措施，从源头上降低泥的产生，减轻防洪压力，保证下游河道的安全泄洪；对中游的泄洪通道进行改造和加固，防止洪水冲出河道；在下游采取排水措施速度泄洪。并根据地形地质条件、危害程度和治理难易程度综合考虑，采取排水、修护岸工程、修防洪堤3种方式来拦挡、疏通、排导与加固，进行防洪治理。

3.7 调水工程

随着农业灌溉用水量的大幅度减少，且农业灌溉水利用系数明显提高，使得渠系渗漏补给量和田间渗漏补给量将随之大幅度减少。不同部门评价得出的高昌区机井地下水可开采量在规划水平年存在一定的差异，但无论怎样机井开采地下水都不是主要水源，因此跨区域调水是高昌区工业进一步再壮大的突破口。自治区水资源配置的重大举措已经初步规划了远景向吐-哈的调水工程，高昌区有必要进一步研究依托当地矿产资源，工业进一步再扩大生产规模，需要结合远期产品市场需求、工业产业布局的合理性与必要性，把握时机，适时提出对吐-哈调水工程给高昌区的合理配置水量。

总之，此次总体工程布局将对水资源进行优化配置，通过弃耕节水等措施来提高水资源的利用率和利用效益，努力为农村人民群众的农田防洪安全、改善高昌区生态环境，并增加农民收入，为社会的稳定、和谐发展起到推动作用。

4 结语

根据配置方案，尽管已经大幅度采取了“退地还水”、发展高效节水灌溉、修建水源工程等一系列措施来提高水利用效率，但是高昌区地下水仍有超采。在这种情况下，从宏观的水资源配置角度出发，采取严格的水资源管理措施，实行高昌区产业发展结构转型，跨地区调水，为实现高昌区水资源可持续利用发挥积极作用。