近60年新疆水资源变化及可持续利用思考

李 江，龙爱华

(1.新疆水利水电规划设计管理局，新疆 乌鲁木齐 830000；2.新疆寒旱区水资源与生态水利工程研究中心，新疆 乌鲁木齐 830000；3.中国水利水电科学研究院，北京 100038)

新疆地处我国西北部，是我国面积最大的行政区域，面积约为166万km2，占我国国土面积的1/6。新疆地处亚欧大陆腹地，远离海洋，属于典型的温带大陆性气候，尽管河流水系分布广泛，但区域内的水资源量却不足全国的4%，可利用水资源量极度匮乏，同时还存在严重的水资源时空分布不均问题[1- 2]，特殊的自然地理特征和气候特点塑造了新疆独特的水资源分布格局。在全球气候变化大背景下，近30年来新疆的气候呈现出明显的变暖增湿趋势[3- 4]，相应的水资源情势也发生了较大的改变。随着工业化和城镇化建设进程的不断推进，新疆水资源分配和水生态环境问题变得更为复杂，成为长期制约当地经济社会发展的主要因素之一[5- 6]。本文对气候变化条件下新疆水资源变化特点、时空分布格局、未来变化趋势及其影响因素进行了分析探讨，以期为新疆水安全保障、水资源管理、“人-水”和谐发展、生态文明建设与高质量发展决策提供参考[7- 8]。

1 气候变化下新疆水资源状况

1.1 自然地理

(1)地形地貌。新疆北靠阿尔泰山山脉，南接昆仑山山脉，天山山脉横亘中央，南部塔里木盆地位于天山和昆仑山山脉之间(简称南疆)，北部准噶尔盆地位于天山和阿尔泰山山脉之间(简称北疆)，形成“三山夹两盆”的地形地貌；位于吐哈盆地的吐鲁番、哈密一带简称为东疆。

(2)气候条件。新疆属于典型的干旱内陆区，北部平原区属干旱中温带，南部平原区属干旱暖温带，北疆年均气温为4～8℃，南疆为9～12℃。全疆普遍降水稀少且时空分布极不均匀，全疆年降水量158 mm，且降水量主要分布在山区，约占全区降水量的84%。新疆的年蒸发量极为剧烈，为1500～3400 mm，多年平均干旱指数在7以上[9]。

1.2 水资源量

据新疆水资源公报数据成果，1956—2016年间，新疆年均降水量2574亿m3；多年平均水资源量833亿m3，其中，地表水资源量790亿m3，地下水资源量495亿m3，地表水与地下水不重复量43亿m3。按地域分类，人类活动区水资源总量800亿m3，无人区水资源总量33亿m3；受年际丰枯变化影响，丰水年和枯水年自产水资源量分别883亿、721亿m3。

1.3 水质状况

据2014年资料，全年期新疆水质评价总河长为14415 km，其中Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类、劣Ⅴ类水质河长分别占91.1%、6.6%、2.3%。丰水期水质评价总河长为14415 km，其中Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类、劣Ⅴ类水质河长分别占96.7%、3.3%、0.0%。枯水期水质评价总河长为1 3491 km，其中Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类、劣Ⅴ类水质河长分别占89.4%、8.2%、2.4%。

平原区开采层地下水资源质量类别以Ⅲ级占比最高，Ⅳ级和Ⅴ级次之，Ⅰ级和Ⅱ级很少；pH值变化在6.5～9.1间，其中pH值7.0～7.5和7.5～8.0的面积分别占总面积的30.7%和63.7%；矿化度变化在0.11～8.30g/L间，其中，矿化度小于1g/L和1～2g/L的面积分别占总面积58.8%和22.8%；总硬度变化在10～2627mg/L间，其中，总硬度150～300mg/L、300～450mg/L和大于550mg/L的面积分别占总面积的16.7%、42.1%和22.9%。

1.4 水资源特点

(1)水资源量有限，单位面积产水量较少，生态环境极为脆弱。全疆多年平均降水深仅为155mm；单位面积产水量仅为5万m3/km2，不足全国平均的1/5。新疆河流水系完整，但由于干旱少雨，生态环境极为脆弱，加之近些年人工绿洲用水量不断严重挤占天然绿洲需水，沙漠面积不断扩张，天然绿洲的生态系统面临着严峻危机。

(2)水资源时空分布极不均衡，亟需通过各类工程予以调控均衡。全疆水资源量空间差异较大，呈北多南少、西多东少、山区多平原少的特点，且水资源分布与经济社会发展布局极不匹配，北疆、南疆分别占全疆面积的28%、72%，但年径流量却各占全疆的50%。新疆河川径流量季节变化大，6—8月集中了全年径流总量的70%左右，使得全疆同时面临着洪灾和旱灾的双重威胁，亟需通过完善水资源调配工程、综合提升水资源管理水平等方式来完善水土、能源等资源的利用。

(3)水资源开发利用过度，用水结构失衡，水资源浪费现象严重。水资源是新疆最关键的基础性战略经济资源，目前全疆大部分内陆河河流水资源开发利用程度较高，特别是南疆地区，2017年水资源开发利用率高达80%以上，农业用水占当地用水总量的96%[10]。新疆用水效率低于全国甚至西北地区平均水平，用水结构严重失衡，实际用水量超出水资源承载能力,供需矛盾突出，改善及优化调整水资源配置格局刻不容缓。

2 气候变化下新疆水资源及绿洲变化分析

进入20世纪后期，新疆气候表现出明显的变暖增湿特点，根据1956—2016年资料分析，全区气温增长速率约0.3℃/10a，降水增长速率约10mm/10a，增速明显高于全国其他省份[11- 12]。气候变化对全疆水资源的影响明显，呈现出气温升高，冰川消融加速，降水、蒸发和河川径流量持续增加的趋势[13- 14]。近20年新疆北部和南部冰川均呈现出一定程度的萎缩态势，如位于天山中段天格尔峰北麓的天山一号冰川，自20世纪50年代以来呈持续萎缩的发展趋势。气温升高直接导致冰川消融速度加快，削弱了冰川积雪的“固体水库”调节作用。未来部分冰川消失后，以冰川消融为补给源的地表水量将逐渐减少，河流的可利用水资源量也将会持续减少。全疆降水少蒸发能力强，气温升高会引起蒸发量进一步增加，从而提升当地的蒸降比，气温持续升高将导致水资源总量逐渐衰减、年内季节性分布不均等问题更加凸显[15- 17]，从而进一步影响区域经济社会发展及生态环境可持续性，威胁经济产业和居民生活取用水的安全。

2.1 年径流量各年段变化

据1956—2012年全疆实测年径流量，对全疆、北疆、南疆、东疆不同时段年径流量的变化趋势进行分析，如图1所示，结果表明总体上全疆1961年前处于枯水期，年均径流760.7亿m3；1961年后径流量增加趋势明显，其中1962—1973年及1998—2012年两个时段处于丰水期，年均径流量为分别874.4亿、875.6亿m3，1973—1997年处于平水期，年均径流为847.6亿m3。

北疆区域，1976年前处于枯水期，年径流量354.9亿m3，1976年后径流量增加明显，且进入21世纪后比前一时期的年径流量更高，2001—2012和1976—2000年两个时段年径流量分别为414.2亿、407.7亿m3。东疆区域，2001年以前处于枯水期，1956—1971年间年均径流量16.17亿m3，1972—1981年间年均径流量17.52亿m3，1982—2000年间年均径流量17.81亿m3，2001年以后径流量有所增加，2001—2012年间年均径流量22.1亿m3。南疆区域，1979年前处于枯水期，年均径流量为379.2亿m3，1979年后径流量增加较为明显，进入丰水期，同全区年径流量变化趋势一致，即进入21世纪后比前一时期的年径流量更高，1979—2000年和2001—2012年间年径流量分别为442.9亿、439.3亿m3。

图1 新疆不同时段年径流量比较分析

2.2 水资源量各年段变化

据1956—2016年期间全疆及各分区水资源总量、地表水资源量、地下水资源量，以2001年为时间节点(1956—2000年称为前期，2001—2016年称为近期)分析比较不同时段水资源量变化，结果如图2所示。分析表明，全疆水资源总量、地表水资源量，近期均值比前期均值分别偏多73.5亿(增幅8.83%)、73.5亿m3(增幅9.32%)，地下水资源量偏少20.3亿m3(减幅4.03%)，近期水资源总量处于丰水年段。

图2 新疆水资源量变化趋势对比

从区域分布上，北疆地区近期比前期系列的水资源总量、地表水资源量分别偏多6.5亿(增幅1.53%)、3亿m3(增幅0.77%)，地下水资源量偏少9亿m3(减幅4.32%)；东疆地区近期比前期的水资源总量、地表水资源量和地下水资源量均值分别偏少3.3亿(减幅13.15%)、3.19亿(减幅15.27%)、2.64亿m3(减幅15.14%)；南疆地区近期比前期的水资源总量、地表水资源量分别偏多70.5亿(增幅17.55%)、73.7亿m3(增幅19.40%)，地下水资源量偏少8.5亿m3(减幅3.06%)。

近20年的水文偏丰与同期新疆快速发展尤其是脱贫攻坚、乡村振兴等国家战略部署，在时间上高度一致，近期新增水资源量也为农业灌溉保证率提高和农业灌溉面积增加发挥了重要的支撑作用，使得进入本世纪以来全疆供水量和用水量长期保持高位运行，供需矛盾突出以及对未来能否持续这种水资源形势，成为决策者和水资源管理部门的困惑。水资源量年际变化大且空间分布不均，一旦进入降水和径流减少的枯水时段甚至年份，农业灌溉用水、经济社会发展及生态环境保护用水均难以得到有效保障。因此，注重水资源利用模式的调整，对工业与城镇发展布局进行合理规划，完善城乡供水保障体系和防洪减灾安全保障体系建设，抓紧建立水资源安全预警和应急机制，同时利用当前水资源偏丰的有利时机，加快重点地区生态环境修复，尽快恢复地下水超采区地下水储量，并逐步建立新疆水资源安全储备制度,十分必要[18- 19]。

2.3 绿洲演变

新疆东西长约2000km，南北宽约1600km，按照区域位置划分，北疆、东疆及南疆面积分别占全疆国土面积的23.9%、12.7%和63.4%；按照人类活动范围划分，人类活动区和无人区面积各占67.2%和32.8%；根据2015年的遥感解译结果，山地、荒漠和绿洲面积分别占全疆土地面积的29.3%、61.0%和9.7%。各分类比例如图3所示。

全疆人类活动主要区域在绿洲，绿洲分为人工绿洲和天然绿洲，自20世纪末以来，新疆绿洲面积及结构发生了巨大变化，如图4所示。近25年来，受水量偏丰及生态环境治理的影响，全疆绿洲面积总体呈增长趋势，其中人工绿洲面积扩张态势明显，天然绿洲面积呈小幅减少的趋势。研究表明，相比1990年，2015年全疆绿洲总面积增加了2万km2，增幅为14.7%，即由1990年的13.85万km2增加至2015年的15.89万km2；其中人工绿洲面积在近25年间增加了38%，特别是在南疆地区，增幅高达46%；同时天然绿洲面积减少了5.2%，即由1990年的7.53万km2减少到2015年的7.14万km2。人工绿洲与天然绿洲面积比重也由1990年的45∶55转变为2015年的55∶45。

3 气候变化下新疆水资源持续利用思考

(1)气候变化对新疆水资源不确定性的影响需要高度重视和积极应对。气候变化对新疆水资源的影响日益凸显，气温升高加速了大部分冰川的消融，冰川和积雪“固体水库”的调节作用减弱，加大了水资源时空变化的不均衡性，同时也增加了水资源开发利用、节约保护和配置管理的难度。近期的降水增多、来水偏丰，虽然为提高农业灌溉保证率和增加农业灌溉面积提供了一定的水资源条件，但不能忽视新疆供水量和用水量难以得到持续保障的矛盾乃至危机。变暖增湿、降水和产水增多的形式能否持续，甚至即使丰水仍将总体持续的情况下如何应对个别年份的平水甚至枯水波动，应引起高度重视，并从长远的角度做好相应的防控和准备。

(2)将水资源作为最大刚性约束优化用水结构，保障新疆水安全与生态安全。新疆国土面积广袤，但人-地(绿洲)-水之间关系十分紧密，有水是绿洲，无水则为荒漠。丰富的土地资源为大规模发展灌溉提供了条件，但由于地均水资源量少，灌溉发展过度必然导致自然生态环境的恶化。目前新疆农业用水占比极高，生态安全形势严峻，为保障新疆水安全和生态安全，必须把水资源作为最大刚性约束，坚持以水定地，优化调整第一产业用水结构[20- 21]。

图3 新疆土地面积不同划分类型比例(面积单位：万km2)

图4 新疆绿洲面积变化

(3)全面节水、合理分水、管住用水是科学利用全疆水资源的第一要务。用水效益低下、用水结构不合理是新疆水资源利用最为突出的问题。节水需要在提高用水效率和效益两方面并重，未来一个时期更应将重点放在用水效益提高上，要从追求扩大灌溉面积增加产量，转到控制灌溉面积提高产品质量和增加产值上；同时转变经济发展方式，切实把农业用水总量调控下来；在维持新疆生态系统稳定的前提下，2035年全疆经济社会用水量宜控制在550亿m3以内，其中农业460亿m3以内、工业40亿m3、生活30亿m3、公共用水20亿m3；加强河湖生态用水和经济社会用水的监管，地表水、地下水统一管理，以“总量+定额+清单”的模式提高各地区、各行业的水资源管理水平。

(4)保护修复生态、完善水工程网络是解决新疆水问题的重要任务。维持现有绿洲面积的稳定，严格控制人工绿洲特别是灌溉面积的无序扩张，适当降低人工绿洲与天然绿洲的比例；优化配置生态用水，推进重点河湖生态保护和综合治理，稳定并改善以重要河湖、湿地等为基础的生态廊道；立足于减少蒸散发损失、提高生产生活用水利用效率、推进废污水处理再利用等，大力推进节水工程建设；加快推进山区控制性工程建设，进一步提高对水资源的调蓄能力；响应国家及自治区号召，充分利用北疆地区的水资源条件，建设重大引调水工程和河湖连通工程，推进水资源的空间均衡，构建“三区三廊、四纵四横、北水南调、西水东济”的新疆水资源配置总体格局。