台兰河流域水资源供需分析

吐尔洪·肉斯旦

(塔里木河流域干流管理局，新疆 库车 843200)

0 引 言

水是人类生命之源。随着社会的发展及人口的增加，人类对水资源的需求愈来愈大。地下水资源作为水资源的重要组成部分，发挥着越来越重要的作用，尤其在我国干旱半干旱地区。水资源紧缺、时空分布不均、河流泥沙淤积严重，已成为西北干旱区的主要特征[1]。这种特征决定了水资源调蓄工程在内陆河流域水资源利用中占有重要地位。干旱区水资源匮乏，严重制约了当地经济的发展、人类生活水平的提高。研究干旱区中小流域的水资源调度模式，对饮水安全、农业节水灌溉、粮食安全、生态安全以及社会的可持续发展等具有十分重要的意义。

1 研究区概况

研究区以台兰河流域为主，台兰河流域位于新疆阿克苏地区温宿县境内，地理位置在E80°21′44″-E81°10′44″，N40°41′44″-N42°15′13″之间，距温宿县城22 km，距阿克苏市25 km。台兰河发源于天山西南托木尔峰南麓，大台兰河、小台兰河在山口前8 km处汇合后称台兰河；出山口后，支流塔克拉克河由西向东汇入台兰河，最终汇入山前洪积扇地带。台兰河全长90 km，流向自北向南，水系为树枝状水系，流域形状为羽状系。研究区还包含台兰河流域周边部分区域，见图1。

图1 研究区位置示意图

2 数据资料

台兰水文站自1956年11月开始观测流量，1969-1972年部分月份缺测，1973年后恢复观测至今。根据1957-1968、1973-2009年共49年流量资料统计可知，多年平均流量为23.96 m3/s，多年平均径流量为7.56×108m3，多年平均径流深为571.09 mm，多年平均径流模数为18.10 L/(s·km2)；最丰年份水量为9.042×108m3(1995年)，最枯年份径流量为5.773×108m3(1965年)，丰枯比为1.57；变差系数Cv=0.13，偏态系数Cs=0.33。

根据台兰水文站49年径流量资料进行频率计算[2]，其中丰水年(P=25%)设计水量为8.19×108m3，平水年(P=50%)设计水量为7.51×108m3，枯水年(P=75%)设计水量为6.87×108m3。按水量相近原则选取典型年，其中1959、1962、1986年分别作为丰水年、平水年、枯水年的典型年。采用同倍比法计算各水平年年内分配，结果见表1。

台兰水文站自1959年开始观测悬移质泥沙，1969-1981年缺测，1982年恢复观测至今，经统计后有完整的悬移质泥沙资料共38年。根据1959-1968、1982-2009年悬移质泥沙资料计算可知，多年平均悬移质含沙量5.20 kg/m3，多年平均输沙率为123.7 kg/s，多年平均输沙量390×104t，多年平均侵蚀模数为2 946 t/km2，年最大侵蚀模数为13 923 t/km2，年最小侵蚀模数为778 t/km2，是全疆侵蚀最大的河流之一。见表2。

表1 台兰河台兰站多年平均输沙统计表

表2 台兰河台兰水文站年径流年内分配表

3 水资源供需分析

台兰河流域规划现状年为2009年，2015年为近期规划水平年，2020年为中期规划水平年，2030年为远期规划水平年。依据《台兰河流域灌区规划报告》进行水资源供需分析[3]。

3.1 现状年水资源供需平衡分析

台兰河流域 2009 年总需水量为83 139×104m3，其中农业需水占 71%，生态环境需水占 27%，人畜、工业、渔业需水共占2%，见图2。

针对农业需水及生态环境需水作需水过程分析，见图3。农业需水主要有两个用水高峰期：3月份和6、7、8月份。其中 3月份为春灌期，6、7、8月份为农作物主要的生长期，需要大量的水来维持生长和蒸腾作用；河道内生态环境需水量在6、7、8月份较大，因为台兰河上游水量较大，夹杂着大量泥沙，输送泥沙需要大量用水；河道外生态环境需水集中在夏季，主要原因是胡杨林等植被在该季节蒸腾蒸发作用剧烈。

现状年实际供水量82 540×104m3，其中地表水72 738×104m3，占总供水量的88%；地下水9 208×104m3，占12%。在地表水供水中，通过革命大渠外调水8 679×104m3，占总供水量的10.5%。地表水供水年内差异很大，汛期 6、7、8月份供水39 450×104m3，全部引台兰河水，占总供水量的54%；地下水供水年内变化不大，见图4。

图2 现状年各行业需水比例

图3 现状年农业和生态环境需水过程

图4 现状年各水源供水过程

尽管现状年总供水量略小于总需水量，但地表水供水中有13 764×104m3是弃水，没有被有效利用，导致全流域缺水14 362 ×104m3，见图5。供水过程不能有效满足需水过程，季节性缺水严重，部分月份弃水却较多。3月份春灌缺水约3 135×104m3；6、7、8、9月份尽管汛期来水丰富，但仍不能满足社会发展需求，4个月分别缺水4 205×104、3 901×104、1 928×104、1 194×104m3；而2、4、5、10、11、12月份平均每月弃水为2 150×104m3，见图6。

图5 现状年需水过程及供水过程

图6 现状年各月余缺水量

3.2 规划水平年水资源供需平衡分析

根据台兰河流域灌区规划、工业园区规划，全区水资源需求量在各规划水平年不断增加，见图7-图9。各行业需水中，农业、工业、生态环境需水占总需水量的99%，其中农业和生态环境需水量均超过规划水平年需水量的30%。随着工业产值的提高，工业需水越来越大，所占需水份额也不断增加；由于灌溉方式的改变以及渠系防渗程度的增强，农业用水的利用率得到提高，各规划水平年农业需水比较稳定，并略有下降；生态环境需水以维持现状为原则，各规划水平年保持不变；生活需水、渔业需水所占需水比例很小，各规划水平年需水量也不断增加。具体结果见表3。

图7 各水平年需水总量

图8 规划水平年农业、工业需水

图9 规划水平年农业需水过程

表3 规划水平年各行业需水及比例

在规划水平年，农业需水约占总需水量的50%，成为台兰河流域主要用水户。全年农业需水有两个高峰期，3月份及6、7、8月份，约占农业总需水的80%。规划水平年生态环境需水占总需水量的33%以上，为第二大用水户，需水集中在夏季，约占生态环境需水的75%，其余季节需水过程比较平缓。工业需水及生活需水没有明显的季节性变化，全年各月需水量较为稳定。

地表水作为主要水源之一，应加以充分利用，其供水过程与来水过程一致[4]，见图10。与现状年来水相比，P=50%、P=75%年型的汛期来水较大，最大月份比现状年来水多约5 000×104m3；其余月份来水相近。规划水平年，地下水供水量主要受开采设施能力的限制，全区两个主要水源地的年供水能力7 000×104m3，其他分散机井的开采量不足4 000×104m3。全区现状水利工程条件下地下水的供水量不足1.2×108m3。

图10 现状年、P=50%及P=75%年型来水过程

规划水平年 2015、2020、2030年中，P=50%及P=75%年型的余水量不断减小，缺水量不断增加，整体表现为缺水。工业园区正式运行后，全区缺水情形加剧，P=50%年型中最大年缺水量达到14 433×104m3，P=75%年型中最大缺水量达到19 615×104m3。与此同时，缺水月份也发生变化，弃水主要发生在汛期，其余季节逐渐呈现出缺水的状态。缺水特征由季节性缺水逐渐转变成全年缺水。说明在现有的水利工程基础上，通过非工程手段调度和配置水资源，难以满足生活、生产和生态环境的需水要求[5]。见图11、图12。

图11 规划水平年余缺水量对比

图12 规划水平年余缺水量过程

4 结 论

台兰河流域水资源系统是一个复杂的大系统。研究应用水资源系统分析方法，把台兰河流域水资源系统看作既相互联系又相互制约的各子系统组成的多层有机整体，分析流域水资源供需。结果表明，P=50%年型中最大年缺水量达14 433×104m3，P=75%年型中最大缺水量达到19 615×104m3。通过分析台兰河流域水资源利用过程中存在的问题，为水资源合理调度提供依据。