基于水量平衡原理的水循环要素动态分析

苏 君，马志军

基于水量平衡原理的水循环要素动态分析

苏 君，马志军

（新疆伊犁州水利电力勘测设计研究院，新疆伊犁835000）

通过对2000，2010年水循环变化数据的计算和2020，2030，2040年数据预测，得到流域水资源消耗量、排水沟排水量、地下水消耗量及补给量均在减少，地下水位显著下降，区域未来水循环受人类的影响程度减弱，水资源循环通量的减小程度减缓，水循环进程的加快程度放慢。合理配置塔里木河流域地表水资源、适度开发利用地下水可以缓解灌溉高峰区的供水矛盾，有效控制地下水位，减缓流域自循环能力减弱趋势，保证流域水资源及整个新疆的的可持续发展。关键词：水循环要素；人类活动；塔里木河流域

1 概况

塔里木河流域水资源总量429亿m3，其中地表水资源量398.3亿m3，地下水资源量30.7亿m3。塔里木河流域属典型的温带干旱大陆性气候，光热资源十分丰富，流域内干燥多风，日气温差较大，降水稀少，蒸发强烈。

早期塔里木河流域九大水系均汇入塔里木河干流，但由于自然和人类的原因，目前只有阿克苏河、叶尔羌河、和田河、开都—孔雀河有水汇入塔河干流，形成“四源一干”的流域格局。

2 数据来源及方法

2.1 数据来源

采用塔里木河流域当地的气象、土地利用格局、农业灌溉制度、流域水文地质条件等相关资料分别进行分析、计算并整理。2000，2010年数据为灌区实际的引水量、气象、土地利用、种植结构等资料进行水循环过程计算。通过大量查阅塔里木河流域水循环预测数据，得到每一项水循环要素的变化趋势，在2000年和2010年的数据基础上，根据相应的增长或减小比例推算出2020，2030，2040年的水循环要素基础数据。

2.2 研究方法

塔里木河流域下垫面因素（地形、土壤类型、植被覆盖）和气象因素的变化比较明显，为了反映这些因素的影响及人类活动和气象条件对水循环过程的干扰，根据引水干渠覆盖的灌溉区域划分为阿克苏流域灌区、叶尔羌河流域灌区、和田河流域灌区、开都—孔雀河流域灌区、塔里木河干流灌区5个子单元，由于塔里木河流域种植结构较为单一，作物种类因素可以忽略不计，将塔里木河流域划分为5个计算单元。每个计算单元都对应了相应的县市、引水干渠灌溉区域和排水干沟排水区域。主要包括：区域水资源消耗量计算，排水沟排水量计算，地下水补给量计算，地下水消耗量计算。

3 结果分析

3.1 流域引水量及总蒸发消耗量计算

3.1.1 生活工业耗水量计算

塔河网规划的方案，50%来水频率下2010年塔里木河流域引水量将从2000年基准年的176.40亿m3减少到2010年的145.42亿m3，根据塔河网《塔里木河流域生态经济水资源合理配置》规划的方案，假定各干渠的相对引水比例和引水过程保持与基准年2000年相同，从而对未来塔里木河流域引水总量进行计算，计算得2020，2030，2040年引水总量分别为119.24亿，97.78亿，80.18亿m3。

3.1.2 流域总蒸发量的计算

塔里木河流域流域2000年灌区面积125.53万hm2，其中农田95.13万hm2，林草30.40万hm2，2010年灌区面积扩大159.67万hm2，塔里木河干流灌区实行退耕，对人均耕地较少的和田河流域可适当的发占耕地面积，所以2020，2030，2040年农田蒸发消耗量较现状年均会减小。

现状年内生态用水指标为：林地4500m3/hm2，草地2250m3/hm2，在计算2020，2030，2040年天然生态耗水量时，假定生态用水指标不变，只根据天然生态面积的变化确定其耗水量。塔里木河流域农田及天然生态消耗量如表1。

表1 塔里木河流域农田及天然生态消耗量单位：亿m3

塔里木河流域城镇居民生活用水平均定额87.65L/人·d，农村农牧民生活用水品均定额35L/人·d，农村人口均以占总人口的69.5%计，塔里木河流域2000，2010年人口数量为826万，1024万。新疆人口自然增长率1.26%，推算得塔里木河流域2020，2030，2040年人口为2625.53万，3091.75万，3594.09万。

依据现状水平年生畜用水定额为10L/头·d，2000，2010年牲畜需水量分别为0.68亿，0.95亿m3。未来年份牲畜用水定额假定不变，牲畜需水量只由牲畜年末存栏数决定，根据流域未来年份牲畜增长平均值预测牲畜需水量，得到2020，2030，2040年牲畜需水量分别为1.33亿，1.86亿，2.60亿m3。

调查塔河网资料显示得到流域得到2000，2010年工业需水量分别为0.9326亿，1.61亿m3。按工业产值年增长率0.937%，推算得2020，2030，2040年流域工业需水量为2.90亿，3.22亿，5.47亿m3。得到各年生活、工业及牲畜耗水量，结果如表2。

表2 各年份生活、工业及牲畜耗水量单位：亿m3

由于牲畜耗水系数1.0，所以污水排放量内牲畜排污水量无需考虑。污水排放量计算结果如表3。

表3 各年份污水排放量单位：亿m3

3.2 区域入渗总量的计算

现状年干、支、斗三级渠道总长度4.85万km，以防渗1.82万km，防渗长度占渠道总长度的37.4%，其中干渠的防渗率41.6%，支渠防渗率42.9%，斗渠的防渗率33.2%，开都—孔雀河流域的渠系防渗率比较高，渠道的防渗长度占总长度的75.4%，而阿克苏河流域和叶尔羌河流域仅有28.%和23.4%，渠道渗漏严重，水资源利用率低，根据规划，未来塔里木河流域规划目标位将防渗率提高到40%，把渠系利用系数提高到0.45～0.5。区域入渗总量变化如表4。

表4 区域入渗总量变化单位：亿m3

3.3 地下水开采变化计算

地下水开采量71.0亿m3，2000年塔里木河流域地下水开采量仅达4.80亿m3，仅占可开采量的6.6%，2010年开采量有所上升，地下水开采量为16.8亿m3，在未来地下水可开采量还有上升的潜力。未来塔里木河流域生活用水和对水质要求较高的工业继续使用优质承压水，其余地下水使用要使用浅层地下水、地表水。在现状年的基础上，2020，2030，2040年的地下水开采量分别为18.25亿，19.37亿，19.78亿m3。

3.4 流域平原区水循环各要素

塔里木河流域地处内陆，形成一个封闭的内陆水循环和水平衡的相对独立的水文区域，再加上气候干旱，水资源匮乏，生态环境相当脆弱，综上因素，自然区域水资源的自循环能力极其薄弱，随着人工水资源配置措施的实施，流域未来水循环会发生很大变化，未来区域水循环的强度将明显减弱，地表水、土壤水、地下水的的交换量减弱，地下水位降低速率减缓，潜水蒸发量减少，表5为不同年份水循环要素变化趋势。

表5 不同年份水循环要素变化单位：亿m3

2000，2010年的循环通量为319.81亿，298.47亿m3，2020继续降低为265.59亿m3，2030年进一步降低为236.40亿m3，分别占2000的83%和74%，循环通量的变化量减小，2040年循环通量较2030年减小了6%，循环通量变化趋势缓慢。

从2020~2040年的模拟结果可以看出，随着引水量的减少，渠系和田间水利用系数的提高，地下水补给量显著减少，区域水循环强度将明显减弱。流域水资源的消耗主要是农业灌溉用水和生态输水，农业用水约占总用水量的90%，以农业为主的产业结构增大了消耗性用水量。所以2000年的水资源消耗量、排水沟排水量、地下水消耗量及补给量均为表5中的最大值，但随着产业结构的调整、灌水模式的改进、对水资源的有效配置，塔里木河流域未来地下水的排泄量和补给量会发生很大变化，形成一个较为平衡的地下水状态。

4 结语

（1）随着塔里木河流域灌区水利设施的健全及节水改造工程的实施，流域的引水量显著减少，水循环的强度明显减弱，地表水、土壤水、地下水的交换量减弱，地下水补给和消耗都发生显著变化。

（2）流域整体的水资源消耗量、排水沟排水量、地下水消耗量及补给量均在减少，区域未来水循环受人类的影响程度减弱，水资源循环通量的减小程度减缓，水循环进程的加快程度放慢。

（3）通过基于水量平衡原理对塔里木河流域水循环要素动态变化的研究可知：塔里木河流域水循环降水、下渗、地表径流、地下径流环节的影响较为显著，塔里木河流域的水循环系统也已经适应了自然—人工复合水循环模式。

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［5］新疆维吾尔自治区人民政府.塔里木河流域近期综合治理规划报告［R］.2002.

Study on variations of hydrologic cycle factors based on water balance principle

SU Jun,MA Zhi-jun
（Yili Water Power&Electric Power Survey and Design Institute，Yili835000，China）

By the water cycle data of 2000，2010 and forecast data of 2020，2030，2040，we can get the basin water resources consumption，the drainage of ditch drainage，the groundwater consumption and supply are reduced，the underground water level is decreased significantly，the future water circulation influence human is weakened，the degree of water resources cycle flux is reduced，the water cycle speed up the process of speeding.Strengthen the water resource allocation and moderate exploitation and utilization of groundwater and in the Tarim Basin，it can not only reduce the water loss but also to ease the the district irrigation water supp ly problems，the effective control of ground water level，assurance the river basin water resources and sustainable development of whole Xinjiang.

Hydrologic cycle factors；Human activity；Tarim River Basin

P339

B

1672-9900（2016）04-0008-03

2016-03-31

苏君（1988-），男（汉族），四川广安人，助理工程师，主要从事水利工程方面的工作，（Tel）18509999690。