李 江，龍愛華

(1.新疆水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)管理局，新疆 烏魯木齊 830000；2.新疆寒旱區(qū)水資源與生態(tài)水利工程研究中心，新疆 烏魯木齊 830000；3.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100038)

新疆地處我國(guó)西北部，是我國(guó)面積最大的行政區(qū)域，面積約為166萬km2，占我國(guó)國(guó)土面積的1/6。新疆地處亞歐大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，屬于典型的溫帶大陸性氣候，盡管河流水系分布廣泛，但區(qū)域內(nèi)的水資源量卻不足全國(guó)的4%，可利用水資源量極度匱乏，同時(shí)還存在嚴(yán)重的水資源時(shí)空分布不均問題[1- 2]，特殊的自然地理特征和氣候特點(diǎn)塑造了新疆獨(dú)特的水資源分布格局。在全球氣候變化大背景下，近30年來新疆的氣候呈現(xiàn)出明顯的變暖增濕趨勢(shì)[3- 4]，相應(yīng)的水資源情勢(shì)也發(fā)生了較大的改變。隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程的不斷推進(jìn)，新疆水資源分配和水生態(tài)環(huán)境問題變得更為復(fù)雜，成為長(zhǎng)期制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的主要因素之一[5- 6]。本文對(duì)氣候變化條件下新疆水資源變化特點(diǎn)、時(shí)空分布格局、未來變化趨勢(shì)及其影響因素進(jìn)行了分析探討，以期為新疆水安全保障、水資源管理、“人-水”和諧發(fā)展、生態(tài)文明建設(shè)與高質(zhì)量發(fā)展決策提供參考[7- 8]。

1 氣候變化下新疆水資源狀況

1.1 自然地理

(1)地形地貌。新疆北靠阿爾泰山山脈，南接昆侖山山脈，天山山脈橫亙中央，南部塔里木盆地位于天山和昆侖山山脈之間(簡(jiǎn)稱南疆)，北部準(zhǔn)噶爾盆地位于天山和阿爾泰山山脈之間(簡(jiǎn)稱北疆)，形成“三山夾兩盆”的地形地貌；位于吐哈盆地的吐魯番、哈密一帶簡(jiǎn)稱為東疆。

(2)氣候條件。新疆屬于典型的干旱內(nèi)陸區(qū)，北部平原區(qū)屬干旱中溫帶，南部平原區(qū)屬干旱暖溫帶，北疆年均氣溫為4～8℃，南疆為9～12℃。全疆普遍降水稀少且時(shí)空分布極不均勻，全疆年降水量158 mm，且降水量主要分布在山區(qū)，約占全區(qū)降水量的84%。新疆的年蒸發(fā)量極為劇烈，為1500～3400 mm，多年平均干旱指數(shù)在7以上[9]。

1.2 水資源量

據(jù)新疆水資源公報(bào)數(shù)據(jù)成果，1956—2016年間，新疆年均降水量2574億m3；多年平均水資源量833億m3，其中，地表水資源量790億m3，地下水資源量495億m3，地表水與地下水不重復(fù)量43億m3。按地域分類，人類活動(dòng)區(qū)水資源總量800億m3，無人區(qū)水資源總量33億m3；受年際豐枯變化影響，豐水年和枯水年自產(chǎn)水資源量分別883億、721億m3。

1.3 水質(zhì)狀況

據(jù)2014年資料，全年期新疆水質(zhì)評(píng)價(jià)總河長(zhǎng)為14415 km，其中Ⅰ～Ⅲ類、Ⅳ～Ⅴ類、劣Ⅴ類水質(zhì)河長(zhǎng)分別占91.1%、6.6%、2.3%。豐水期水質(zhì)評(píng)價(jià)總河長(zhǎng)為14415 km，其中Ⅰ～Ⅲ類、Ⅳ～Ⅴ類、劣Ⅴ類水質(zhì)河長(zhǎng)分別占96.7%、3.3%、0.0%。枯水期水質(zhì)評(píng)價(jià)總河長(zhǎng)為1 3491 km，其中Ⅰ～Ⅲ類、Ⅳ～Ⅴ類、劣Ⅴ類水質(zhì)河長(zhǎng)分別占89.4%、8.2%、2.4%。

平原區(qū)開采層地下水資源質(zhì)量類別以Ⅲ級(jí)占比最高，Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)次之，Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)很少；pH值變化在6.5～9.1間，其中pH值7.0～7.5和7.5～8.0的面積分別占總面積的30.7%和63.7%；礦化度變化在0.11～8.30g/L間，其中，礦化度小于1g/L和1～2g/L的面積分別占總面積58.8%和22.8%；總硬度變化在10～2627mg/L間，其中，總硬度150～300mg/L、300～450mg/L和大于550mg/L的面積分別占總面積的16.7%、42.1%和22.9%。

1.4 水資源特點(diǎn)

(1)水資源量有限，單位面積產(chǎn)水量較少，生態(tài)環(huán)境極為脆弱。全疆多年平均降水深僅為155mm；單位面積產(chǎn)水量?jī)H為5萬m3/km2，不足全國(guó)平均的1/5。新疆河流水系完整，但由于干旱少雨，生態(tài)環(huán)境極為脆弱，加之近些年人工綠洲用水量不斷嚴(yán)重?cái)D占天然綠洲需水，沙漠面積不斷擴(kuò)張，天然綠洲的生態(tài)系統(tǒng)面臨著嚴(yán)峻危機(jī)。

(2)水資源時(shí)空分布極不均衡，亟需通過各類工程予以調(diào)控均衡。全疆水資源量空間差異較大，呈北多南少、西多東少、山區(qū)多平原少的特點(diǎn)，且水資源分布與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展布局極不匹配，北疆、南疆分別占全疆面積的28%、72%，但年徑流量卻各占全疆的50%。新疆河川徑流量季節(jié)變化大，6—8月集中了全年徑流總量的70%左右，使得全疆同時(shí)面臨著洪災(zāi)和旱災(zāi)的雙重威脅，亟需通過完善水資源調(diào)配工程、綜合提升水資源管理水平等方式來完善水土、能源等資源的利用。

(3)水資源開發(fā)利用過度，用水結(jié)構(gòu)失衡，水資源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。水資源是新疆最關(guān)鍵的基礎(chǔ)性戰(zhàn)略經(jīng)濟(jì)資源，目前全疆大部分內(nèi)陸河河流水資源開發(fā)利用程度較高，特別是南疆地區(qū)，2017年水資源開發(fā)利用率高達(dá)80%以上，農(nóng)業(yè)用水占當(dāng)?shù)赜盟偭康?6%[10]。新疆用水效率低于全國(guó)甚至西北地區(qū)平均水平，用水結(jié)構(gòu)嚴(yán)重失衡，實(shí)際用水量超出水資源承載能力,供需矛盾突出，改善及優(yōu)化調(diào)整水資源配置格局刻不容緩。

2 氣候變化下新疆水資源及綠洲變化分析

進(jìn)入20世紀(jì)后期，新疆氣候表現(xiàn)出明顯的變暖增濕特點(diǎn)，根據(jù)1956—2016年資料分析，全區(qū)氣溫增長(zhǎng)速率約0.3℃/10a，降水增長(zhǎng)速率約10mm/10a，增速明顯高于全國(guó)其他省份[11- 12]。氣候變化對(duì)全疆水資源的影響明顯，呈現(xiàn)出氣溫升高，冰川消融加速，降水、蒸發(fā)和河川徑流量持續(xù)增加的趨勢(shì)[13- 14]。近20年新疆北部和南部冰川均呈現(xiàn)出一定程度的萎縮態(tài)勢(shì)，如位于天山中段天格爾峰北麓的天山一號(hào)冰川，自20世紀(jì)50年代以來呈持續(xù)萎縮的發(fā)展趨勢(shì)。氣溫升高直接導(dǎo)致冰川消融速度加快，削弱了冰川積雪的“固體水庫(kù)”調(diào)節(jié)作用。未來部分冰川消失后，以冰川消融為補(bǔ)給源的地表水量將逐漸減少，河流的可利用水資源量也將會(huì)持續(xù)減少。全疆降水少蒸發(fā)能力強(qiáng)，氣溫升高會(huì)引起蒸發(fā)量進(jìn)一步增加，從而提升當(dāng)?shù)氐恼艚当?，氣溫持續(xù)升高將導(dǎo)致水資源總量逐漸衰減、年內(nèi)季節(jié)性分布不均等問題更加凸顯[15- 17]，從而進(jìn)一步影響區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境可持續(xù)性，威脅經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)和居民生活取用水的安全。

2.1 年徑流量各年段變化

據(jù)1956—2012年全疆實(shí)測(cè)年徑流量，對(duì)全疆、北疆、南疆、東疆不同時(shí)段年徑流量的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，如圖1所示，結(jié)果表明總體上全疆1961年前處于枯水期，年均徑流760.7億m3；1961年后徑流量增加趨勢(shì)明顯，其中1962—1973年及1998—2012年兩個(gè)時(shí)段處于豐水期，年均徑流量為分別874.4億、875.6億m3，1973—1997年處于平水期，年均徑流為847.6億m3。

北疆區(qū)域，1976年前處于枯水期，年徑流量354.9億m3，1976年后徑流量增加明顯，且進(jìn)入21世紀(jì)后比前一時(shí)期的年徑流量更高，2001—2012和1976—2000年兩個(gè)時(shí)段年徑流量分別為414.2億、407.7億m3。東疆區(qū)域，2001年以前處于枯水期，1956—1971年間年均徑流量16.17億m3，1972—1981年間年均徑流量17.52億m3，1982—2000年間年均徑流量17.81億m3，2001年以后徑流量有所增加，2001—2012年間年均徑流量22.1億m3。南疆區(qū)域，1979年前處于枯水期，年均徑流量為379.2億m3，1979年后徑流量增加較為明顯，進(jìn)入豐水期，同全區(qū)年徑流量變化趨勢(shì)一致，即進(jìn)入21世紀(jì)后比前一時(shí)期的年徑流量更高，1979—2000年和2001—2012年間年徑流量分別為442.9億、439.3億m3。

圖1 新疆不同時(shí)段年徑流量比較分析

2.2 水資源量各年段變化

據(jù)1956—2016年期間全疆及各分區(qū)水資源總量、地表水資源量、地下水資源量，以2001年為時(shí)間節(jié)點(diǎn)(1956—2000年稱為前期，2001—2016年稱為近期)分析比較不同時(shí)段水資源量變化，結(jié)果如圖2所示。分析表明，全疆水資源總量、地表水資源量，近期均值比前期均值分別偏多73.5億(增幅8.83%)、73.5億m3(增幅9.32%)，地下水資源量偏少20.3億m3(減幅4.03%)，近期水資源總量處于豐水年段。

圖2 新疆水資源量變化趨勢(shì)對(duì)比

從區(qū)域分布上，北疆地區(qū)近期比前期系列的水資源總量、地表水資源量分別偏多6.5億(增幅1.53%)、3億m3(增幅0.77%)，地下水資源量偏少9億m3(減幅4.32%)；東疆地區(qū)近期比前期的水資源總量、地表水資源量和地下水資源量均值分別偏少3.3億(減幅13.15%)、3.19億(減幅15.27%)、2.64億m3(減幅15.14%)；南疆地區(qū)近期比前期的水資源總量、地表水資源量分別偏多70.5億(增幅17.55%)、73.7億m3(增幅19.40%)，地下水資源量偏少8.5億m3(減幅3.06%)。

近20年的水文偏豐與同期新疆快速發(fā)展尤其是脫貧攻堅(jiān)、鄉(xiāng)村振興等國(guó)家戰(zhàn)略部署，在時(shí)間上高度一致，近期新增水資源量也為農(nóng)業(yè)灌溉保證率提高和農(nóng)業(yè)灌溉面積增加發(fā)揮了重要的支撐作用，使得進(jìn)入本世紀(jì)以來全疆供水量和用水量長(zhǎng)期保持高位運(yùn)行，供需矛盾突出以及對(duì)未來能否持續(xù)這種水資源形勢(shì)，成為決策者和水資源管理部門的困惑。水資源量年際變化大且空間分布不均，一旦進(jìn)入降水和徑流減少的枯水時(shí)段甚至年份，農(nóng)業(yè)灌溉用水、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境保護(hù)用水均難以得到有效保障。因此，注重水資源利用模式的調(diào)整，對(duì)工業(yè)與城鎮(zhèn)發(fā)展布局進(jìn)行合理規(guī)劃，完善城鄉(xiāng)供水保障體系和防洪減災(zāi)安全保障體系建設(shè)，抓緊建立水資源安全預(yù)警和應(yīng)急機(jī)制，同時(shí)利用當(dāng)前水資源偏豐的有利時(shí)機(jī)，加快重點(diǎn)地區(qū)生態(tài)環(huán)境修復(fù)，盡快恢復(fù)地下水超采區(qū)地下水儲(chǔ)量，并逐步建立新疆水資源安全儲(chǔ)備制度,十分必要[18- 19]。

2.3 綠洲演變

新疆東西長(zhǎng)約2000km，南北寬約1600km，按照區(qū)域位置劃分，北疆、東疆及南疆面積分別占全疆國(guó)土面積的23.9%、12.7%和63.4%；按照人類活動(dòng)范圍劃分，人類活動(dòng)區(qū)和無人區(qū)面積各占67.2%和32.8%；根據(jù)2015年的遙感解譯結(jié)果，山地、荒漠和綠洲面積分別占全疆土地面積的29.3%、61.0%和9.7%。各分類比例如圖3所示。

全疆人類活動(dòng)主要區(qū)域在綠洲，綠洲分為人工綠洲和天然綠洲，自20世紀(jì)末以來，新疆綠洲面積及結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化，如圖4所示。近25年來，受水量偏豐及生態(tài)環(huán)境治理的影響，全疆綠洲面積總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中人工綠洲面積擴(kuò)張態(tài)勢(shì)明顯，天然綠洲面積呈小幅減少的趨勢(shì)。研究表明，相比1990年，2015年全疆綠洲總面積增加了2萬km2，增幅為14.7%，即由1990年的13.85萬km2增加至2015年的15.89萬km2；其中人工綠洲面積在近25年間增加了38%，特別是在南疆地區(qū)，增幅高達(dá)46%；同時(shí)天然綠洲面積減少了5.2%，即由1990年的7.53萬km2減少到2015年的7.14萬km2。人工綠洲與天然綠洲面積比重也由1990年的45∶55轉(zhuǎn)變?yōu)?015年的55∶45。

3 氣候變化下新疆水資源持續(xù)利用思考

(1)氣候變化對(duì)新疆水資源不確定性的影響需要高度重視和積極應(yīng)對(duì)。氣候變化對(duì)新疆水資源的影響日益凸顯，氣溫升高加速了大部分冰川的消融，冰川和積雪“固體水庫(kù)”的調(diào)節(jié)作用減弱，加大了水資源時(shí)空變化的不均衡性，同時(shí)也增加了水資源開發(fā)利用、節(jié)約保護(hù)和配置管理的難度。近期的降水增多、來水偏豐，雖然為提高農(nóng)業(yè)灌溉保證率和增加農(nóng)業(yè)灌溉面積提供了一定的水資源條件，但不能忽視新疆供水量和用水量難以得到持續(xù)保障的矛盾乃至危機(jī)。變暖增濕、降水和產(chǎn)水增多的形式能否持續(xù)，甚至即使豐水仍將總體持續(xù)的情況下如何應(yīng)對(duì)個(gè)別年份的平水甚至枯水波動(dòng)，應(yīng)引起高度重視，并從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度做好相應(yīng)的防控和準(zhǔn)備。

(2)將水資源作為最大剛性約束優(yōu)化用水結(jié)構(gòu)，保障新疆水安全與生態(tài)安全。新疆國(guó)土面積廣袤，但人-地(綠洲)-水之間關(guān)系十分緊密，有水是綠洲，無水則為荒漠。豐富的土地資源為大規(guī)模發(fā)展灌溉提供了條件，但由于地均水資源量少，灌溉發(fā)展過度必然導(dǎo)致自然生態(tài)環(huán)境的惡化。目前新疆農(nóng)業(yè)用水占比極高，生態(tài)安全形勢(shì)嚴(yán)峻，為保障新疆水安全和生態(tài)安全，必須把水資源作為最大剛性約束，堅(jiān)持以水定地，優(yōu)化調(diào)整第一產(chǎn)業(yè)用水結(jié)構(gòu)[20- 21]。

圖3 新疆土地面積不同劃分類型比例(面積單位：萬km2)

圖4 新疆綠洲面積變化

(3)全面節(jié)水、合理分水、管住用水是科學(xué)利用全疆水資源的第一要?jiǎng)?wù)。用水效益低下、用水結(jié)構(gòu)不合理是新疆水資源利用最為突出的問題。節(jié)水需要在提高用水效率和效益兩方面并重，未來一個(gè)時(shí)期更應(yīng)將重點(diǎn)放在用水效益提高上，要從追求擴(kuò)大灌溉面積增加產(chǎn)量，轉(zhuǎn)到控制灌溉面積提高產(chǎn)品質(zhì)量和增加產(chǎn)值上；同時(shí)轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，切實(shí)把農(nóng)業(yè)用水總量調(diào)控下來；在維持新疆生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，2035年全疆經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水量宜控制在550億m3以內(nèi)，其中農(nóng)業(yè)460億m3以內(nèi)、工業(yè)40億m3、生活30億m3、公共用水20億m3；加強(qiáng)河湖生態(tài)用水和經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水的監(jiān)管，地表水、地下水統(tǒng)一管理，以“總量+定額+清單”的模式提高各地區(qū)、各行業(yè)的水資源管理水平。

(4)保護(hù)修復(fù)生態(tài)、完善水工程網(wǎng)絡(luò)是解決新疆水問題的重要任務(wù)。維持現(xiàn)有綠洲面積的穩(wěn)定，嚴(yán)格控制人工綠洲特別是灌溉面積的無序擴(kuò)張，適當(dāng)降低人工綠洲與天然綠洲的比例；優(yōu)化配置生態(tài)用水，推進(jìn)重點(diǎn)河湖生態(tài)保護(hù)和綜合治理，穩(wěn)定并改善以重要河湖、濕地等為基礎(chǔ)的生態(tài)廊道；立足于減少蒸散發(fā)損失、提高生產(chǎn)生活用水利用效率、推進(jìn)廢污水處理再利用等，大力推進(jìn)節(jié)水工程建設(shè)；加快推進(jìn)山區(qū)控制性工程建設(shè)，進(jìn)一步提高對(duì)水資源的調(diào)蓄能力；響應(yīng)國(guó)家及自治區(qū)號(hào)召，充分利用北疆地區(qū)的水資源條件，建設(shè)重大引調(diào)水工程和河湖連通工程，推進(jìn)水資源的空間均衡，構(gòu)建“三區(qū)三廊、四縱四橫、北水南調(diào)、西水東濟(jì)”的新疆水資源配置總體格局。