黑河中游典型灌区水资源供需平衡及其安全评估

中国农业科学2005,38(5):974-982ScientiaAgriculturaSinica收稿日期：2004-12-27基金项目：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所知识创新工程项目(CACX2003102)、中国科学院知识创新工程方向性项目(KZCX3-SW-329)、国家自然科学基金(40401012)、中科院寒区旱区环境与工程研究所知识创新项目(2004112)资助作者简介：吉喜斌（1978-），男，甘肃静宁人，博士，主要从事水文、水资源及生态水文学研究。Tel：[phone]；E-mail:[e-mail]黑河中游典型灌区水资源供需平衡及其安全评估吉喜斌1，康尔泗1，赵文智1,2，陈仁升1，肖生春1，金博文1,2(1中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，兰州730000；2国家生态网络临泽内陆河流域综合研究站，临泽734200)摘要：结合黑河干流高崖水文站至平川大桥水文站区域的气象、水文、土壤、植被、种植结构、经济发展等资料建立黑河中游典型灌区水资源供需平衡模式，并对其进行安全评估。结果表明，黑河分水对中游典型灌区的影响主要表现在地表水利用量减少、地下水开采量增加、地下水水位逐年下降。现状年地下水开潜力很小，甚至有些灌区开采潜力严重不足，超采严重。现状年各灌区水资源供需平衡都已经接近安全警戒线，平川灌区已经超过安全警戒线，若今后在水资源管理、地表水和地下水统一调度、农业节水等方面没有重大突破，黑河流域水资源和生态环境安全问题将更加复杂化。关键词：黑河中游；典型灌区；水资源供需平衡；安全评估AnalysisonSupplyandDemandofWaterResourcesandEvaluationoftheSecurityofWaterResourcesinIrrigationRegionoftheMiddleReachesofHeiheRiver,NorthwestChinaJIXi-bin1,KANGEr-si1,ZHAOWen-zhi1,2,CHENRen-sheng1,XIAOSheng-chun1,JINBo-wen1,2(1ColdandAridRegionsEnvironmentalandEngineeringResearchInstitute,ChineseAcademyofSciences,Lanzhou730000;2LinzeInlandRiverBasinComprehensiveResearchStation,ChineseEcosystemNetworkResearch,Linze734200)Abstract:Themodelofsupplyanddemandofwaterresourceswasestablished,combinedwithmeteorological,hydrological,soilcondition,plantingindustrystructure,vegetationandeconomicdevelopmentofirrigationregioninthemiddlereachesofHeiheriver,northwestChinatodevelopacalculationandevaluationmodelofregionalsupplyanddemandofwaterresources.AfterunifiedmanagementofwaterresourcesinHeiheriverbasinbetweenGansuProvinceandInnerMongoliainChina,theamountofsurfacewaterfromHeiheriverdecreasedandthatofgroundwaterincreased,thevolumeofgroundwaterminingisincreasingandthegroundwatertableisrisinginstudiedregionsnow.Thegroundwaterexploitationpotentialofirrigationregionislessthanthepermissibleutilizationvolumeofgroundwater,groundwateroverdraftisremarkableinirrigationregion.Thispaperhasalsoproposedthemeasurestomeetwatersecurityinthemiddlestreamandrelatedsuggestionhasbeenraisedtoguaranteethisbalance.Itisfoundthatwatersupplyandwaterdemandwassafein1997,butwatersupplywasnotsafein2003.Ifthewaterresourcesmanagement,surfacewaterandgroundwaterplanning,thepatternsandtechniquesofoptimumutilizationofwaterandlandinthisregionwouldbetackled,theproblemofthesecurityofsupplyanddemandofwaterresourceandeco-environmentisconfrontedwiththebaptismofHeiheriverbasin.Keywords:ThemiddlereachesofHeiheriver;Irrigationregion;Waterresourcessupplyanddemandbalance;Evaluationonthesecurityofwaterresources为遏制黑河下游生态环境的恶化和解决突出的水事矛盾，国家决定对黑河流域水资源实施统一管理和调度，并成功实施了1999～2004年5次水量调度[1]。自实施甘蒙黑河集中调水方案以来，下游额济纳旗核5期吉喜斌等：黑河中游典型灌区水资源供需平衡及其安全评估975心绿洲生态环境恶化的状况初步得到缓解,为应对更加严峻的新一轮水资源危机，黑河中游采取遍地开花式的打井灌溉，地下水开采增加，引用地表水量减少，使黑河流域水资源和生态环境安全问题更加复杂化[2]。以历史来水过程为基础的水资源合理调配方案不能直接应用于水资源调度实践。因此，合理完善的水资源调配中昀重要的是要以预测预报信息为参考，以当年区域水资源供需平衡为基础，以合理配置方案及其提供的规则为决策依据，在决策过程辅以滚动修正的水资源实时调度[3]。从空间分布考虑，如果对选取一个大而广泛的区域进行水资源供需平衡计算，所得出的结论其实际意义十分有限[3]。从系统论观点出发，遵循流域水资源可再生演变机制、水分－生态演替驱动机制和水分－经济的互动机制[4~6]，合理高效配置水资源，是黑河水资源调配总框架下中游灌区可持续发展的根本出路[7]。1研究区概况研究区位于中国内陆河黑河中游干流灌区高崖水文站至平川大桥水文断面之间，属于河西走廊中段山前绿洲河谷平原，由平川灌区、板桥灌区、鸭暖灌区和蓼泉灌区组成，如图1所示。区间黑河长42.6km，总面积399.1km2，地理坐标：东经99°57′～100°22′；北纬39°08′～39°23′。平均海拔1300～1800m，地势北高南低，东高西低。其气候属于大陆性温带干旱气候，多年平均降水119.5mm，约60%的降雨集中在7、8、9月份，只有3%集中在冬季，降雨强度很弱。年潜在蒸发量2365.6mm，约为降雨量的20余倍，干燥指数为15.9。年平均气温为7.6℃，昀高达39.1℃，昀低为-27℃，≥10℃的年积温为3088℃。各灌区社会经济基本概况如表1所示。2灌区水资源供需平衡分析2.1区域水资源可利用量水资源可利用量应用水资源系统模拟模型计算。发源于祁连山的黑河及其支流梨园河是流经该区域的主要河流，采用1948～1999年总计52年的高崖水文盐池123145高台平川张掖临泽高崖1—不均匀含水地段2—中游灌区3—研究区域4—第四系透水不含水地段5—山区ⅠⅡⅢⅣ黑河NonuniformaquiferousIrrigationdistrictsStudyregionsQuaternarypermeablebedMountains黑河Heiheriver干渠TrunkcanalⅠ.平川灌区Pingchuan；Ⅱ.板桥灌区Banqiao；Ⅲ.鸭暖灌区Yanuan；Ⅳ.蓼泉灌区Liaoquan图1研究区示意图Fig.1Themapofschematicviewinstudiedregions976中国农业科学38卷表1研究区社会经济概况Table1Generalsituationofsocietyandeconomyinstudiedregions灌区名称Nameoftheirrigationregion年份Year人口Population耕地面积Agriculturalacreage（ha）灌溉面积Irrigatedarea（ha）牲畜Live-stock工业产值Outputvalueofindustry（Yuan）林草地面积Protectedecologicalarea（ha）平川灌区Pingchuan1997199920032155821634217533000.03000.03000.02800.02733.32600.0103601036010260329.7537.31392.13200.03200.03533.3板桥灌区Banqiao1997199920031741017423174662666.72666.72666.72666.72666.72666.710005100059977532.3771.91614.02200.02200.02266.7鸭暖灌区Yanuan1997199920031148211497115321866.71866.71866.71466.71466.71466.7542654265426321.0494.8827.2866.7866.71133.3蓼泉灌区Liaoquan1997199920031792117935180462266.72266.72266.71933.31933.31866.7899089908990271.6369.4960.01200.01200.01400.0站径流量资料进行频率分析计算，确定保证率P=25%、P=50%、P=75%、P=95%的高崖水文站径流量分别为1.183×109m3·a-1、9.86×108m3·a-1、8.17×108m3·a-1、6.32×108m3·a-1，根据内陆河流水文特征的分析[6]，表明平川水文站与高崖水文站具有相同的频率。确定现状水文年为2003年8月1日～2004年7月31日（下称现状年）,现状年高崖水文站总径流量为1.258×109m3，平川大桥断面流量为1.012×109m3，梨园河入境水量为0.44×108m3。河源来水具有年际间呈丰、枯变化和年内分配不均匀的水文特征，如图2所示。年度内7～9月黑河及梨园河入境水量占全年径流量的43.86%、64.85%，作物生长期的4～6月仅占17.35%、25.96%，局部形成卡脖子旱，枯水年尤为严重。随着黑河草滩庄引水枢纽的建成，即黑河东、西总干渠的完全建成通水，在极大改善了中游灌溉条件的同时，高崖水文站过境水量将有所减少。尤其是枯水年总干渠引水比例较大，下泄至高崖站水量明显减少。研究区现有中、小型水库3座，引水干渠10条，主要引用黑河干流河（泉）水及梨园河经水库调节后纳入研究区外渠系并用于灌溉后的泄洪量。地下水可利用量以各单元对地下水资源的利用能力来确定，以各单元地下水允许开采量为上限。据此，确定了平川、板桥、鸭暖、蓼泉的现状允许开采量和规划允许开采量依次为6.577×10