谢 蕾

(新疆水利水电规划设计管理局，新疆 乌鲁木齐 830000)

水资源可利用量与可供水量是水资源规划的重要指标，其中水资源可利用量是控制水资源的合理开发利用的重要指标，可供水量是规划水资源供需分析的基础。根据国务院国发〔2012〕3号《关于实行最严格水资源管理制度的意见》，要求严格控制用水总量，全面提高用水效率，严格控制入河湖排污总量[1]。新疆维吾尔自治区水利厅于2017年编制完成了《新疆用水总量控制方案》，2020年全疆用水控制指标为550.2亿m3，2030年为526亿m3，并将分解到十四个地州各县级行政区的用水总量控制指标下发到各地(州、市)、兵团师(市)，要求细化分解任务落实，在进行相关规划时原则上均要严格按照用水总量控制方案进行。

在进行流域水资源规划工作过程中，涉及到跨两个地州的河流时，出现了上下游两地在各自行政区的“三条红线”用水总量控制指标保持不变的前提下，为争取水权，出现流域“三条红线”地表水用水总量控制指标超过本流域的地表水资源量的不合理情况。因此本文通过科学分析流域可利用水资源量，并在此基础上计算可供水量，为白杨河流域确定分河流的“三条红线”及水资源规划提供参考。

1 研究区概况

白杨河发源于东天山支脉博格达山南坡，上游达坂城区主要支流有黑沟、阿克苏河、高崖子沟等，托克逊县的主要支流有柯尔碱沟和阿拉沟，最终流向尾闾-吐鲁番市境内的艾丁湖，河流全长150km，流域总面积5173.4km2。艾丁湖为季节性湖泊，是吐鲁番盆地水系的尾闾和最后归宿地[2]，其向心水系的主要河流有白杨河、阿拉沟等14条河流，除有白杨河在部分季节有水进入艾丁湖，其他河流已断流。

白杨河峡口水文站以上集水面积2160km2，多年平均降水量为7.55亿m3(折合146mm)，达坂城区降水量约240mm，托克逊县降水量约65mm，降水量东北部大于西南部。达坂城区年蒸发量约1070mm，干旱指数为3～19，属温带大陆性干旱和半干旱气候；托克逊县年蒸发量约1400mm，干旱指数为85～225，属极端干旱的温带内陆荒漠气候。

2 计算方法和数据

2.1地表水资源可利用量计算方法

2.1.1 评价方法一

地表水资源可利用量的计算需统筹考虑河道内生态环境和其它用水，可供“三生”利用的一次性最大水量(不含回归水)。干旱半干旱区的计算公式如下[3- 4]：

W地表水可利用量=W天然河川径流量-W不可以被利用量-W不可能被利用量

(1)

(1)不可以被利用水量计算

不可以被经济社会利用地表水量主要包括：①按照有关规定预留给上游、下游区域的利用量(W上、W下)；②用于保持通河湿地与湖泊维持水量平衡的水量(W湿地、R入湖)；③河道内需保持的最小水量，在干旱区为河道两岸天然植被需水(W河谷林草)、保持河道基本功能的水量[5](W生态基流)。地表水资源可利用量计算关键是如何确定维持通河湖泊湿地水量平衡的水量和河道内最小生态环境需水量。

W湿地、W河谷林草计算方法：

对于用于维持通河湖泊湿地水量平衡等生态用水采用面积定额法[6- 8]，计算公式为：

(2)

式中，Wi/a—i项植被类型的年生态需水量，i代表湿地草甸或河谷林草；ET0t—第t月参考作物蒸发量，mm；t从4—10月，理论上参考Penman-Monteith计算；kt，i，—i项植被类型t月生态需水系数，为植物最大需水量与最大可能蒸散量之比，以参考作物蒸发量为基础，乘植物系数kt后即为植物实际最大蒸散需求量[9]；Pet—第t月的有效降水量，mm；Ai—i种植被类型的生态面积。

R入湖计算方法：

R入湖指通河湖泊补水量，计算公式为：

R入湖=(E-P)+ΔV

(3)

式中，E—湖面蒸发量、P—湖面降雨量、ΔV—湖泊水量储变量。

W生态基流计算方法：

生态基流是指为维持河流基本生态功能和形态的河道内最小流量。河流基本生态功能主要为维持河道不断流、避免河流水生生物群落遭受到无法恢复的破坏等。结合研究区特点，本次河道内需保留的最小水量(W生态基流)采用水文学法中Tennant的标准流量核定方法分析确定。

(2)不可能被利用地表水量计算

不可能被利用水量主要为受经济、技术等因素限制，开发利用有难度的地表水和工程调节能力之外的调洪弃水。但实际情况往往是将调洪弃水看作河道内需保持最小水量的一部分，不计入不可能被利用水量中[5]。受经济、技术等因素限制开发利用有难度的地表水(W不可能)为发源于前山带的保证率低的季节性暴雨洪沟产水量、高山区外流河及山间盆地等产水，利用径流深等值线图量算的方法估算该水量。

2.1.2 评价方法二

利用地表水资源量扣除河道内生态环境需水量，计算公式为：

W地表水可利用量=W地表水资源量-W生态需水

(4)

式中，W地表水资源量—多年平均地表水资源量；W生态需水—河道内生态环境需水量。

河道内生态环境需水量为基本生态环境需水量(W生态基流)和目标生态环境需水量(W湿地、R入湖、W河谷林草)两部分组成。河道内需水具有不耗水且可多项功能用水可以重复利用的特点，因此河道内总需水量是在各项河道内生态环境、生产需水量计算的基础上取外包值。

2.2 水资源可利用总量计算方法

水资源可利用总量估算公式为：

W可利用总量=W地表+W地下-W重复量

(5)

W重复量=ρ(W渠渗+W田渗)

式中，W地表—地表水资源可利用量；W地下—浅层地下水资源可开采量；W重复量—平原区浅层地下水的渠系渗漏和田间入渗补给量的开采利用部分；ρ—可开采系数，是地下水资源可开采量与地下水资源量的比值。

2.3 数据来源

文章径流分析选用数据来自达坂城黑沟渠首、阿克苏渠首、高崖子渠首等水文巡测站；峡口、柯尔碱沟、英雄桥、阜康白杨河、煤窑沟、阿拉沟等国家基本水文站、小草湖水文专用站等建站以来到2014年实测系列资料。降雨、蒸发分析基础数据选用达坂城站国家基本气象站、阿拉沟水文站、吐鲁番国家基本气象站、托克逊国家基本气象站等系列实测资料。生态需水分析面积数据采用2015年的白杨河流域遥感卫片解译。

3 计算结果与分析

3.1 水资源总量评价成果

根据实测与径流深等值线量算等方法计算，白杨河流域水资源总量(1956—2014年系列)为31009万m3，其中地表水资源量为25920万m3，地下水天然补给量为5089万m3，详见表1。还原后白杨河达坂城区与托克逊县界处年径流量为23566万m3，白杨河乌鲁木齐市实测出区水量、白杨河入托克逊县实测入区水量为13164万m3。

3.2 上游区利用、预留给下游区(W上、下)及不可能利用水量(W不可能)

白杨河流域上下游分别在两个完整的行政区，对于全流域W上和W下均为零。

W不可能为利用径流深等值线图估算前山带的流程短水量保证程度低的间歇性暴雨洪沟产水量为3085万m3。

3.3 生态环境需水量

3.3.1河谷林草需水量(W河谷林草)

白杨河流域河谷区分布有少量河谷林草植被，主要由河谷疏林、灌丛和河漫滩低地草甸植被组成，河谷林草植被具有水域涵养、水土保持和生物多样性等生态功能，但受流域水资源开发、灌区扩张、草场过牧等因素的影响，河谷林草面积萎缩，呈衰败趋势，噩待保护。根据遥感解译成果，白杨河流域现状河谷林草面积3540.3hm2，其中黑沟、阿克苏沟、高崖子沟平原区河谷林草面积为2938.2hm2、白杨河干流区为602.1hm2，详见表2；白杨河流域多年平均参考作物腾发量ET0，选取达坂城气象站和托克逊县气象站气象资料，其中黑沟区、阿克苏沟区和高崖子沟区采用达坂城气象站E601实测资料，白杨河干流区采用托克逊县气象站E601实测资料详见表3；生态需水系数kt参考新疆地方标准中林业灌溉用水定额，结合流域植被生长需满足的地下水位要求、土壤供水条件等因素，确定本流域的生态需水系数，详见表4；多年平均降水量Pe月过的程详见表5，经计算流域河谷林草需水量W河谷林草为1148万m3，详见表6。

表1 白杨河流域各分区水资源量表 单位：km2/万m3

表2 白杨河流域分区河谷林草面积A统计表 单位：hm2

表3 白杨河流域多年平均参考作物蒸散发量ET0计算结果表 单位：mm

表4 白杨河流域河谷林草生态需水系数K

表5 白杨河流域多年平均降水量Pe年内分配过程表 单位：mm

表6 白杨河流域河谷林草需水量计算成果表 单位：万m3

表7 白杨河流域峡口控制断面生态基流计算表

表8 白杨河流域分区平原区湿地生态需水计算过程表

3.3.2河道内需保留的最小水量(W生态基流)

河道内需保持的最小水量推荐采用水文学法中的Tennant法作为生态基流确定的方法。将10—3月多年平均流量的10%、4—9月多年平均流量的30%作为生态基流，详见表7。

3.3.3 维持通河湖泊湿地水量平衡的水量

(1)通河湿地水量(W湿地)

根据生态调查及遥感调查成果，白杨河流域湿地主要分布于达坂城城区以南，黑沟、阿克苏沟、高崖子沟汇合处的大草湖区和干流下游小草湖区，在各源流出山口以下的灌区周边也有少量分布，总面积1504.7hm2，其中黑沟、阿克苏沟、高崖子沟平原区湿地面积1421.4hm2，白杨河干流区湿地面积为83.3hm2，湿地需水量为1627万m3，逐月生态需水系数和分区需水量详见表8。

(2)通河湖泊-艾丁湖需白杨河供水量(R入湖)

艾丁湖位于吐鲁番市境内，是吐鲁番盆地水系14条河共同的尾闾和最终归宿地，随着上游用水量大幅度增加，入湖水量显著减少，已经退化为盐湖，生态系统持续恶化。白杨河作为艾丁湖入湖水系之一，需要承担向艾丁湖补水的任务，改善艾丁湖生态环境。

根据调查研究，为保证艾丁湖的基本生态功能，湖区生态需水量为5.03亿m3，其中河道蒸发需水量为0.67亿m3，自然旱生植被需水量为3.56亿m3，艾丁湖生态补水为0.80亿m3[10]。其中需白杨河承担的艾丁湖生态供水量为3024万m3[11]。

3.4 流域多年平均水资源可利用量结果

白杨河流域河道最小生态环境需水量统筹考虑生态基流及给艾丁湖生态补水量，逐月取外包值；流域地下水可开采量9492万m3，地下水可开采量与地表水可利用量不重复的一次性地下水可开采量为4925万m3(其中达坂城区可开采系数ρ取0.5，托克逊县ρ取0.65)。

3.4.1 方法一评价结果

方法一利用倒算法在白杨河流域多年平均地表水资源量25920万m3基础上，扣除不可能被利用水量3085万m3、河谷林草和湿地需水量2775万m3，给艾丁湖生态补水量3024万m3，白杨河地表水可利用量为17036万m3，占地表水资源量的66%；加上地下水可开采量与地表水可利用量不重复的一次性地下水可开采量，方法一计算的白杨河流域利用水资源可利用总量为21961万m3，详见表9。

3.4.2 方法二评价结果

方法二地表水可利用量用地表水资源量25920万m3扣除河谷林草湿地需水量2775万m3和预留艾丁湖的生态水量3024万m3后，其余20121万m3均为地表水可利用量。方法二计算的流域水资源可利用总量为25046万m3，方法与结果详见图1和表9。

3.5 推荐结果

白杨河流域位于干旱区又是跨区河流，考虑到不可能被利用水量3085万m3为等值线图量算的山前平原区不受水文站控制的径流，其分布位置有部分在达坂城湿地附近，其中有相当一部分为湿地所耗，一部分渗入地下转化为地下水最终被天然植被消耗，可以认为，该水量属于狭义生态环境需水概念，即维护生态环境不再恶化并有所改善所需的水资源总量。所以本文推荐方法二计算的水资源可利用量25046万m3，其中地表水可利用量为20121万m3。

表9 白杨河流域水资源可利用量表 单位：万m3

图1 白杨河流域水资源可利用量及可供水量计算框图(万m3)

评价指标度量标准承载状况判别超载临界超载不超载用水总量用水总量指标>用水总量指标介于用水总量指标的0.9～1倍<用水总量指标的90%地下水开采量地下水开采量指标>地下水开采量指标介于地下水开采量指标的0.9～1倍(对现状地下水不超采的地区采用1倍)<地下水开采量指标的90%(对现状地下水不超采的地区采用100%)

4 流域水资源承载能力分析

4.1 流域水资源开发利用现状

2016年白杨河流域总人口10.91万人，流域内生产总值(GDP)为54.26亿元，总灌溉面积44.72万亩，综合灌溉水利用系数0.51。2016年白杨河流域总用水量为37900万m3，其中农业用水量为34812万m3，占总用水量的91.8%。按供水水源分，地表水供水量为24964万m3，占总用水量的65.9%；地下水开采量约12936万m3，其中超采量为5122万m3，超采区主要分布于托克逊县夏乡、郭勒布衣乡、托克逊县等灌区，托克逊县属中型严重超采区。

4.2 水资源承载能力核算

水资源承载能力选取用水总量指标、地下水开采控制量(或可开采量)作为评价指标。目前从达坂城和托克逊两地分解到流域的“三条红线”用水总量控制指标合计超出流域水资源量可以看出，流域对水资源需求大于流域水资源量，水资源短缺是限制流域经济社会发展的瓶颈。随着白杨河流域社会经济的迅速发展，流域上下游水资源供需矛盾更加尖锐，生态环境保护问题也更加突出。因此为合理开发流域水资源和保护生态环境，制定科学可行的用水总量控制指标是十分必要和迫切的。

本文在水资源可利用量分析的基础上，从流域水资源开发利用状况、禀赋条件和未来水资源配置格局等方面考虑，采用地表水可利用量20121万m3与地下水可开采量9492万m3的合计值29612万m3作为流域用水总量控制指标是合理的，详见图1，并以此为基础进行流域水资源承载状况的分析评价。

4.3 水资源承载状况评价

参考表10的水资源承载状况分析评价标准[12]，从现状用水量37900万m3超过用水总量控制指标8288万m3、地下水超采5122万m3两个方面分析，流域水资源承载状况属于超载。白杨河流域人均水资源量为2842m3，属于缺水区域。流域存在的问题主要有农业用水量占比大，且用水效率低；社会经济用水已严重挤占生态流量；上游缺乏控制性工程等。

5 结论和建议

(1)针对白杨河干旱区内陆河流域自然环境及水资源特点，文章在充分考虑到生态环境用水基础上，计算流域多年平均地表水可利用量，并分析了流域现状水资源开发利用及水资源承载状况，为水资源合理配置提供依据和支撑，为相关跨区河流“三条红线”用水总量控制指标的复核和确定提供借鉴。

(2)为确保白杨河流域社会经济和生态环境的可持续发展，建议近期应加大流域节水力度，全面推进节水型社会建设，大力提高农业等行业水资源利用效率。在上游修建控制性工程充分合理利用地表水。

(3)合理调整和控制经济社会发展规模和产业结构，减少经济社会用水负荷。以水定地，有必要的区域需采取退减高耗水作物种植面积、淘汰高耗水落后产能等措施，加强地下水资源保护，超采区限制地下水开采，并制定相关保障措施，以实现水资源可持续利用。

(4)健全水资源管理制度，建立水资源承载能力监测预警机制。不断加强监控能力建设、完善水资源管理制度、建立水资源承载能力监测预警机制等。

(5)考虑到艾丁湖是14条河共同的尾闾，因此除白杨河的其他13条河也要采取措施，保证下泄艾丁湖一定的生态水量，维持艾丁湖一定的湖面规模；远期通过增加外调水，加大地表水的调配力度，缓解流域地下水超采，改善流域生态环境。