白 濤，洪良鵬，李 江，劉 東，巨 馳，王光焰

(1.西安理工大學(xué)西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710048；2.新疆水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)管理局，新疆 烏魯木齊 830099；3.新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 烏魯木齊 830018)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和世界人口的不斷增長(zhǎng)，以及人類(lèi)對(duì)水資源不合理的開(kāi)發(fā)利用，引起諸如河道斷流、河岸植被萎縮、農(nóng)業(yè)用水?dāng)D占生態(tài)用水及生態(tài)環(huán)境惡化等問(wèn)題[1]。同時(shí)，干旱荒漠區(qū)大量平原水庫(kù)的修建，導(dǎo)致河道內(nèi)沿程及庫(kù)區(qū)的蒸發(fā)滲漏損失過(guò)大，水資源供需矛盾進(jìn)一步加大，農(nóng)業(yè)灌溉用水?dāng)D占生態(tài)用水形勢(shì)嚴(yán)峻，加劇了流域尺度內(nèi)的生態(tài)環(huán)境惡化。面對(duì)我國(guó)水資源剛性約束緊張的形勢(shì)，需堅(jiān)持節(jié)水優(yōu)先，充分挖掘節(jié)水潛力，以實(shí)現(xiàn)水資源節(jié)約集約利用和流域生態(tài)保護(hù)與修復(fù)[2]。因此，在水資源集約利用、流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展的背景下，如何開(kāi)展基于節(jié)水優(yōu)先和重大工程布局規(guī)劃的生態(tài)調(diào)度，充分利用流域水資源的供水潛力，是目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。

生態(tài)調(diào)度是在兼顧水庫(kù)調(diào)度的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)考慮生態(tài)因素的水庫(kù)調(diào)度新模式[3-4]。國(guó)外做了大量研究，Steinschneider等[5]開(kāi)發(fā)了大尺度優(yōu)化調(diào)度模型，探索了大型水電站優(yōu)化運(yùn)行管理對(duì)生態(tài)效益的貢獻(xiàn)；TSAI等[6]利用人工智能技術(shù)量化了河流生態(tài)系統(tǒng)需求，制定了適當(dāng)?shù)牧髁靠刂浦贫?，通過(guò)優(yōu)化水庫(kù)的調(diào)度過(guò)程達(dá)到保護(hù)生態(tài)的目的；Murphy等[8]研究了水庫(kù)出庫(kù)的水溫和水質(zhì)變化對(duì)下游水生生物群落的影響，為制定水庫(kù)生態(tài)調(diào)度策略提供了理論支撐。國(guó)內(nèi)相關(guān)研究起步較晚，但發(fā)展迅速。王立明等[9]根據(jù)干旱風(fēng)沙河道生態(tài)修復(fù)目標(biāo)，結(jié)合水庫(kù)的防洪、興利、生態(tài)調(diào)度，建立了多目標(biāo)水庫(kù)生態(tài)調(diào)度模型，研究了漳河岳城水庫(kù)的生態(tài)調(diào)度；黃志鴻等[10]基于大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)技術(shù)和DP求解了以生態(tài)缺水率和綜合缺水率為目標(biāo)的水庫(kù)群生態(tài)調(diào)度模型；金菊良等[11]為定量分析評(píng)價(jià)水資源空間均衡狀況和空間差異，采用聯(lián)系數(shù)和耦合協(xié)調(diào)度相結(jié)合的方法對(duì)區(qū)域水資源空間均衡進(jìn)行評(píng)價(jià)；白濤等[12]建立并求解了以生態(tài)缺水量和社會(huì)經(jīng)濟(jì)缺水量最小為目標(biāo)的水庫(kù)群生態(tài)優(yōu)化調(diào)度模型。

20世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)針對(duì)塔里木河生態(tài)做了許多研究。孟麗紅等[13]開(kāi)展了新疆塔里木河流域水資源承載力評(píng)價(jià)研究，認(rèn)為該流域水資源供需矛盾突出，水資源承載能力已接近極限；黃強(qiáng)等[14]建立了以缺水量最小為目標(biāo)的水資源優(yōu)化配置模型，對(duì)塔里木河干流及葉爾羌河的近遠(yuǎn)期水資源配置提出了建議；魏光輝等[15]對(duì)塔里木河“四源一干”可承載灌溉面積做了研究，為流域水資源配置及區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)；廖淑敏等[16]分析了輸水前后塔里木河下游地下水埋深和夏季歸一化差異植被指數(shù)(NDVI)的時(shí)空變化，揭示了塔里木河下游對(duì)生態(tài)輸水的累積生態(tài)響應(yīng)規(guī)律；李東林等[17]基于Nerlove方法，以區(qū)域農(nóng)業(yè)用水收益最大為目標(biāo)，構(gòu)建了塔里木河流域農(nóng)業(yè)水資源優(yōu)化配置模型；白濤等[18]基于荒漠區(qū)耐旱性植被胡楊特殊的生物節(jié)律，提出汊滲輪灌的灌溉理念，構(gòu)建了汊滲輪灌系統(tǒng)和灌溉模式，搭建了汊滲輪灌的基本框架。

目前，塔里木河的研究多集中于水資源承載力、水資源配置、塔里木河生態(tài)輸水的影響等方面，缺少關(guān)于生態(tài)供水潛力的研究；而水庫(kù)生態(tài)調(diào)度也多以個(gè)別水庫(kù)和局部河段為研究對(duì)象，分析不同調(diào)度目標(biāo)、模型以及求解方法對(duì)生態(tài)調(diào)度結(jié)果的影響，缺少基于節(jié)水優(yōu)先的大流域、長(zhǎng)系列、大規(guī)模水庫(kù)群生態(tài)調(diào)度的研究。鑒于此，本文在水資源綜合利用的原則指導(dǎo)下，基于節(jié)水優(yōu)先和重大工程布局規(guī)劃，以塔里木河二源流(阿克蘇河、葉爾羌河)及其干流(“二源一干”)的山區(qū)水庫(kù)群和平原水庫(kù)群為研究對(duì)象，開(kāi)展基于生態(tài)保護(hù)和修復(fù)的塔里木河流域水資源調(diào)配研究，旨在揭示流域生態(tài)供水潛力，為流域水資源的科學(xué)管理提供參考。

1 研究區(qū)概況

塔里木河是世界第五大內(nèi)陸河，是中國(guó)第一長(zhǎng)內(nèi)陸河，也是南疆各族人民賴以生存、繁衍和發(fā)展的“生命河”“母親河”，具有自然資源相對(duì)豐富和生態(tài)環(huán)境極端脆弱雙重特性。圖1為塔里木河概況，流域總面積102.7 km2，其國(guó)內(nèi)100.27 km2，國(guó)外2.44 km2，占我國(guó)國(guó)土總面積的9.41%，由47%的山區(qū)、22%的平原和31%的沙漠組成，流域年均降水量?jī)H為60 mm，年均蒸發(fā)量3 000 mm以上[19]。流域分源流區(qū)和干流區(qū)，干流不產(chǎn)流，水量來(lái)自源流，流域地表水年內(nèi)分配極不均衡，春秋季水量小，夏季偏豐，冬季最小，6—9月水量占全年70%～80%[20]。由于人類(lèi)活動(dòng)與氣候變化的影響，目前源流中只有阿克蘇河、葉爾羌河、和田河有水匯入塔里木河干流上游。塔里木河下游的胡楊林是天山東南部連接昆侖山的“綠色走廊”，是區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的最基本物質(zhì)基礎(chǔ)[20]。

圖1 塔里木河流域概況Fig.1 Overview of the Tarim River Basin

a.灌溉工程布局規(guī)劃。2019現(xiàn)狀水平年，干流高效節(jié)水灌溉面積共8 267 hm2，綜合灌溉水利用系數(shù)0.39，農(nóng)業(yè)灌溉總需水量10.35億m3。2035遠(yuǎn)景規(guī)劃水平年，高效節(jié)水灌溉面積達(dá)到38 667 hm2，三級(jí)渠道防滲基本完成，綜合灌溉水利用系數(shù)達(dá)到0.55，農(nóng)業(yè)灌溉總需水量6.18億m3，比現(xiàn)狀水平年減少4.17億m3。

b.水利工程布局規(guī)劃。2019現(xiàn)狀水平年，研究區(qū)域已建的大型山區(qū)水庫(kù)有葉爾羌河的AETS水庫(kù)。2035遠(yuǎn)景規(guī)劃水平年，研究區(qū)域新增的大型山區(qū)水庫(kù)有阿克蘇河的DSX水庫(kù)和AK水庫(kù)。在不同規(guī)劃水平年，干流區(qū)平原水庫(kù)群規(guī)模均維持不變，總調(diào)節(jié)庫(kù)容為2.00億m3。干流平原水庫(kù)主要包括結(jié)然力克、大寨、其滿、帕滿、喀爾曲尕和塔里木等水庫(kù)。

塔里木河地處歐亞大陸腹地，遠(yuǎn)離海洋，是典型的極端干旱沙漠氣候，具有降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈等特點(diǎn)。流域徑流主要靠冰川融雪和山區(qū)降水補(bǔ)給，水資源總體較為匱乏，且存在時(shí)空分布不均的問(wèn)題。隨著塔里木河流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)塔里木河流域水資源的開(kāi)發(fā)力度與規(guī)模也在不斷加大。目前，塔里木河流域山區(qū)水庫(kù)較少，對(duì)流域中下游的水資源調(diào)蓄能力較差，且塔河干流蒸發(fā)滲漏水量損失較大，導(dǎo)致流域中下游常出現(xiàn)斷流甚至干涸現(xiàn)象。塔里木河流域農(nóng)業(yè)灌溉用水量較大，流域高效節(jié)水工程建設(shè)規(guī)模較小，農(nóng)業(yè)灌溉仍以常規(guī)灌溉為主，存在水資源開(kāi)發(fā)利用程度低、綜合效益差等問(wèn)題。因此，亟需在塔里木河流域山區(qū)修建調(diào)蓄水庫(kù)，加強(qiáng)對(duì)水資源的調(diào)配，在實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高效節(jié)水灌溉的同時(shí)，最大限度地減少干流蒸發(fā)滲漏損失，改善和修復(fù)流域生態(tài)系統(tǒng)，維持河道和濕地的生態(tài)健康。

2 水資源調(diào)配模型

2.1 流域系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)圖構(gòu)建

根據(jù)流域內(nèi)重點(diǎn)控制性水利工程的布局調(diào)整原則，確定了塔里木河干流水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)配格局，繪制了塔里木河水資源調(diào)配網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，如圖2所示。

圖2 塔里木河流域水資源調(diào)配網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)Fig.2 Network node of water resources allocation inthe Tarim River Basin

2.2 調(diào)配依據(jù)

調(diào)配依據(jù)包括：①滿足水資源綜合利用原則，嚴(yán)格控制水資源開(kāi)發(fā)總量；②水庫(kù)應(yīng)按照工業(yè)生活、生態(tài)基流、農(nóng)業(yè)灌溉、河道外生態(tài)等供水優(yōu)先次序供水，并保證工業(yè)生活、生態(tài)基流、農(nóng)業(yè)灌溉、河道外生態(tài)等供水保證率分別為95%、90%、75%、50%；③滿足大西海子多年平均下泄3.5億m3設(shè)計(jì)要求。中長(zhǎng)期調(diào)配以1958年5月至2019年4月為調(diào)配期，以月為計(jì)算時(shí)段。

2.3 調(diào)配模型的建立與求解

在滿足流域水資源綜合利用的原則下，兼顧工業(yè)生活、農(nóng)業(yè)灌溉、河道內(nèi)生態(tài)基流及河道外生態(tài)供水等目標(biāo)，建立塔里木河“二源一干”水庫(kù)群中長(zhǎng)期模擬和優(yōu)化調(diào)配模型。

2.3.1模擬模型

以流域內(nèi)水量平衡為原則，建立兼顧工業(yè)生活、農(nóng)業(yè)灌溉、河道內(nèi)生態(tài)基流、河道外生態(tài)供水等綜合利用目標(biāo)的中長(zhǎng)期多目標(biāo)模擬調(diào)配模型，旨在獲得各綜合利用目標(biāo)合理的供水量及其供水保證率。水資源調(diào)配的模擬模型是以流域水量平衡方程為基礎(chǔ)：

(1)

式中：WCnt、WRmt、WGit、Woutjt、ΔWmt、ΔVnt分別為水庫(kù)出庫(kù)水量、支流來(lái)水量、各行業(yè)的供水量、斷面下泄水量、河段損失水量和水庫(kù)蓄放水量，億m3；n為水庫(kù)編號(hào)；m為支流編號(hào)；i為用水單元編號(hào)；j為斷面編號(hào)；t為調(diào)配時(shí)段編號(hào)。

約束條件包括水庫(kù)水量平衡約束、庫(kù)容約束、供水約束(各用水行業(yè)約束和生態(tài)基流約束)、出力約束以及變量非負(fù)約束(工業(yè)生活、農(nóng)業(yè)灌溉、河道外生態(tài)供水量、河道內(nèi)入流水量均為非負(fù)值)，計(jì)算公式為

WLnt=WGnt±WXFnt+WSnt

(2)

Vnmin≤Vnt≤Vnmax

(3)

QGit≤QXit

(4)

QGSt≤QXSt

(5)

Nnmin≤kelenQelentHelent≤Nnmax

(6)

式中：WL、WG、WXF、WS分別為水庫(kù)來(lái)水量、供水量、蓄放水量和水庫(kù)損失水量，億m3；Vnmin、Vnmax分別為水庫(kù)的最小庫(kù)容和最大庫(kù)容，億m3；QG、QX分別為供水量、需水量，億m3；kele、Qele、Hele分別為水電站出力系數(shù)、發(fā)電流量、發(fā)電水頭；Nmin和Nmax分別為水電站出力的下限和上限。

按照水資源調(diào)配依據(jù)，采取人機(jī)對(duì)話模擬優(yōu)化算法求解[21]模型。算法的技術(shù)路線見(jiàn)圖3。

圖3 人機(jī)對(duì)話模擬優(yōu)化算法求解流程Fig.3 Solution flow of man-machine simulation optimization algorithm

2.3.2優(yōu)化模型

以流域內(nèi)節(jié)水量最大為目標(biāo)函數(shù)，建立兼顧工業(yè)生活、農(nóng)業(yè)灌溉、河道內(nèi)生態(tài)基流、河道外生態(tài)供水等綜合利用目標(biāo)的中長(zhǎng)期多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)配模型如下：

(7)

式中：ΔWlo、ΔVst分別為干流損失水量的減少量和源流區(qū)水庫(kù)群蓄水量的增加量。優(yōu)化模型的約束條件與模擬模型一致。

該模型是一個(gè)單目標(biāo)優(yōu)化模型，所涉及的水庫(kù)數(shù)目多、時(shí)間尺度長(zhǎng)，屬于大規(guī)模、多約束、非線性的復(fù)雜優(yōu)化問(wèn)題。因此采用人工智能算法中應(yīng)用較為廣泛的遺傳算法[22-23]求解水庫(kù)群長(zhǎng)系列優(yōu)化調(diào)配模型，種群數(shù)量為200，迭代次數(shù)為300，交叉概率為0.8，變異概率為0.1。

3 方案設(shè)置

3.1 基本資料與參數(shù)

本文所需資料主要有徑流資料、需水資料以及工程資料。徑流資料由塔里木河流域管理局提供，包括阿克蘇河協(xié)和拉、沙里桂蘭克、葉爾羌河喀群、伊爾列黑、庫(kù)魯克欄干、玉孜門(mén)勒克(江卡)等站點(diǎn)1958—2019年的月尺度徑流資料。需水資料包括2019現(xiàn)狀水平年和2035遠(yuǎn)景規(guī)劃水平年的工業(yè)生活、農(nóng)業(yè)灌溉、河道外生態(tài)及生態(tài)基流的需水資料，各水平年塔河干流區(qū)間行業(yè)需水情況見(jiàn)表1。工程資料主要包括AETS、DSX、AK等山區(qū)水庫(kù)和結(jié)然力克水庫(kù)、大寨水庫(kù)、其滿水庫(kù)、帕滿水庫(kù)、喀爾曲尕水庫(kù)和塔里木水庫(kù)等干流平原水庫(kù)等水庫(kù)特征參數(shù)(表2)。

表1 各水平年塔里木河干流區(qū)間行業(yè)需水情況單位：億m3Table 1 Industrial water demand in mainstream of the Tarim River in each level year unit：108m3

表2 各水庫(kù)的起調(diào)水位及庫(kù)容Table 2 Starting water level and storage capacity of each reservoir

3.2 情景方案

考慮到塔里木河“二源一干”水庫(kù)群的調(diào)蓄能力，本文在2019現(xiàn)狀水平年、2035遠(yuǎn)景規(guī)劃水平年條件下分別設(shè)置3個(gè)不同情景的調(diào)配方案展開(kāi)研究。情景1：干流水庫(kù)群模擬調(diào)配。僅考慮干流區(qū)平原水庫(kù)群的調(diào)蓄能力，開(kāi)展中長(zhǎng)期長(zhǎng)系列模擬調(diào)配，獲得干流水庫(kù)群生態(tài)調(diào)配的本底值。情景2：塔河“二源一干”水庫(kù)群模擬調(diào)配。將阿克蘇河和葉爾羌河源流區(qū)山區(qū)水庫(kù)群和干流區(qū)平原水庫(kù)群聯(lián)合，開(kāi)展中長(zhǎng)期長(zhǎng)系列模擬調(diào)配，獲取流域水庫(kù)群生態(tài)調(diào)配的能力值。情景3：塔河“二源一干”水庫(kù)群優(yōu)化調(diào)配。充分調(diào)動(dòng)兩源流區(qū)山區(qū)水庫(kù)群的調(diào)節(jié)潛能，并聯(lián)合干流平原水庫(kù)群開(kāi)展中長(zhǎng)期長(zhǎng)系列優(yōu)化調(diào)配，獲取流域水庫(kù)群生態(tài)調(diào)配的潛力值。

4 結(jié)果與分析

4.1 長(zhǎng)系列調(diào)配結(jié)果

4.1.1現(xiàn)狀水平年

在現(xiàn)狀水平年參與調(diào)配的源流區(qū)水庫(kù)僅有葉爾羌河的AETS水庫(kù)。通過(guò)1958—2019年長(zhǎng)系列模擬(情景1、情景2)與優(yōu)化(情景3)調(diào)配計(jì)算，2019現(xiàn)狀水平年干流各行業(yè)供水保證率如表3所示，河道外生態(tài)供水情況如圖4所示。

圖4 2019年各區(qū)間河道外生態(tài)供水Fig.4 Ecological water supply outside the river in each section in 2019

由表3和圖4可見(jiàn)，現(xiàn)狀水平年各情景調(diào)配結(jié)果均不理想，除生活工業(yè)供水滿足設(shè)計(jì)要求外，其余均有部分區(qū)間的生態(tài)基流、農(nóng)業(yè)灌溉或河道外生態(tài)供水不滿足設(shè)計(jì)要求。情景1、情景2、情景3的干流損失水量分別為17.6億m3、17.28億m3、17.04億m3，大西海子多年平均下泄水量分別為3.86億m3、3.63億m3、3.50億m3。與情景1相比，情景2可改善干流生態(tài)調(diào)配結(jié)果。其中，生態(tài)基流保證率提高1%～5%、農(nóng)業(yè)灌溉供水保證率提高0%～12%、河道外生態(tài)供水保證率提高0%～5%，河道外生態(tài)供水總量增加0.14億m3，大西海子下泄水量減少0.23億m3，干流河道損失水量減少0.32億m3。與情景2相比，情景3的干流生態(tài)調(diào)配結(jié)果更好。其中，農(nóng)業(yè)灌溉供水保證率提高0%～4%、河道外生態(tài)供水保證率提高0%～2%，河道外生態(tài)供水總量增加0.16億m3，恰拉下泄水量減少0.13億m3，干流河道損失水量減少0.24億m3。在現(xiàn)狀水平年中，情景3調(diào)度結(jié)果最好，情景2次之，情景1最差，主要原因是情景3有源流區(qū)AETS水庫(kù)參與優(yōu)化調(diào)配，而情景2有源流區(qū)AETS水庫(kù)參與的模擬調(diào)配，情景1只有干流平原水庫(kù)群參與的模擬調(diào)配；各情景中除工業(yè)生活供水和大西海子多年平均下泄水量滿足設(shè)計(jì)要求外，其余行業(yè)均不滿足設(shè)計(jì)保證率要求，主要原因是在現(xiàn)狀水平年塔河干流農(nóng)業(yè)灌溉用水量過(guò)多，嚴(yán)重?cái)D占生態(tài)用水，且現(xiàn)狀水平年塔河源流區(qū)水庫(kù)群總調(diào)節(jié)庫(kù)容較小，對(duì)于干流來(lái)水的調(diào)節(jié)能力有限。

表3 2019現(xiàn)狀水平年塔里木河干流各行業(yè)供水保證率單位：%Table 3 Water supply assurance rate of various industries in the mainstream of Tarim River in 2019 unit：%

4.1.2遠(yuǎn)景規(guī)劃水平年

考慮到塔河流域的重大工程布局調(diào)整，即增加高效節(jié)水灌溉面積，增加源流區(qū)水庫(kù)(DSX、AK水庫(kù))參與調(diào)配。通過(guò)1958—2019年長(zhǎng)系列模擬(情景1、情景2)與優(yōu)化(情景3)調(diào)配計(jì)算，2035遠(yuǎn)景規(guī)劃水平年干流各行業(yè)供水保證率如表4所示，河道外生態(tài)供水情況如圖5所示。

表4 2035遠(yuǎn)景規(guī)劃水平年塔里木河干流各行業(yè)供水保證率Table 4 Water supply assurance rate of each industry in the mainstream of Tarim River in 2035 long-term planning level year

圖5 2035年各區(qū)間河道外生態(tài)供水Fig.5 Ecological water supply outside the river in each section in 2035

由表4和圖5可見(jiàn)，在遠(yuǎn)景規(guī)劃年，情景3調(diào)配結(jié)果均滿足各行業(yè)設(shè)計(jì)保證率要求，而情景1、情景2調(diào)配結(jié)果均有部分區(qū)間的生態(tài)基流、農(nóng)業(yè)灌溉或河道外生態(tài)供水不能夠滿足設(shè)計(jì)保證率要求。情景1、情景2、情景3的大西海子水庫(kù)多年平均下泄水量分別為5.05億m3、4.10億m3、3.73億m3，均滿足3.5億m3下泄要求，干流損失水量分別為20.02億m3、18.59億m3、18.01億m3。與現(xiàn)狀年情景1相比，在遠(yuǎn)景規(guī)劃年，各行業(yè)供水保證率均大幅度提高、河道外生態(tài)供水總量增加。其中，生態(tài)基流保證率提高到75%～98%、農(nóng)業(yè)灌溉供水保證率提高到75%～100%、河道外生態(tài)供水保證率提高到44%～72%，河道外生態(tài)供水總量增加了0.67億m3。說(shuō)明農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水能有效緩解甚至消除農(nóng)業(yè)灌溉用水與生態(tài)用水之間的矛盾，驗(yàn)證了節(jié)水優(yōu)先治水方針的合理性和可靠性。在現(xiàn)狀水平年和遠(yuǎn)景規(guī)劃年，各情景干流損失水量均逐漸減少，相比于情景1，情景2分別減少0.32億m3、1.43億m3，情景3分別減少0.56億m3、2.01億m3。說(shuō)明山區(qū)水庫(kù)的修建與運(yùn)行，可有效減少干流沿程的河道損失水量和平原水庫(kù)的損失水量，緩解流域水資源供需矛盾。與現(xiàn)狀水平年情景2、情景3相比，遠(yuǎn)景規(guī)劃年情景2、情景3中各行業(yè)供水保證率均大幅度提高，且河道外生態(tài)供水總量增加。其中，情景2僅阿-新區(qū)間生態(tài)基流未滿足設(shè)計(jì)保證率要求，而情景3各行業(yè)供水保證率均滿足設(shè)計(jì)保證率要求，且情景2、3河道外生態(tài)供水總量分別增加1.54億m3、1.96億m3，體現(xiàn)了修建源流區(qū)山區(qū)水庫(kù)的必要性和“節(jié)水優(yōu)先”治水方針的合理性和可靠性。在現(xiàn)狀水平年和遠(yuǎn)景規(guī)劃年，優(yōu)化調(diào)配模型計(jì)算的河道外生態(tài)供水、大西海子下泄水量、各行業(yè)供水保證率及損失水量等均比模擬模型結(jié)果更好，特別是河道外生態(tài)供水和大西海子多年平均下泄水量顯著提升，其中河道外生態(tài)供水總量分別提高0.16億m3、0.56億m3；恰拉下泄水量分別減少0.13億m3和0.37億m3。

4.2 生態(tài)供水潛力

通過(guò)塔河流域重大工程布局規(guī)劃、干流農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉工程建設(shè)增加了干流可供水資源量，緩解了農(nóng)業(yè)用水?dāng)D占生態(tài)用水的局面。由于塔里木河源流區(qū)山區(qū)水庫(kù)群的建設(shè)與運(yùn)行，顯著提升了干流水資源的調(diào)控能力，使多余水量存蓄在山區(qū)水庫(kù)中，減少了干流沿程的河道和平原水庫(kù)的水量損失，增加了干流可供水量。二源流水庫(kù)群調(diào)配下塔里木河干流多年平均損失水量及其節(jié)水量如表5所示。

表5 塔里木河干流多年平均損失水量及其節(jié)水量Table 5 Average annual water loss and water saving in the mainstream of Tarim River

從表5可見(jiàn)，相比于僅干流平原水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)配，“二源一干”水庫(kù)群模擬和優(yōu)化調(diào)配情景下的塔河干流損失水量均顯著下降，且水庫(kù)群蓄水量增加，表明源流山區(qū)水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)配的節(jié)水效果突出。隨著源流區(qū)大型水利工程陸續(xù)建成并投入運(yùn)行，到2035遠(yuǎn)景規(guī)劃水平年，塔河干流的節(jié)水量為2.13億m3，即新增的生態(tài)或農(nóng)業(yè)灌溉供水量為2.13億m3。

由于2035遠(yuǎn)景規(guī)劃水平年農(nóng)業(yè)灌溉保證率遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)要求，因此，為充分挖掘塔河干流最大的生態(tài)供水潛力，將農(nóng)業(yè)灌溉超出設(shè)計(jì)保證率的水量按照50%的供水破壞深度計(jì)算(工業(yè)、生活用水量較少，節(jié)水潛力可忽略)，多余的水量作為生態(tài)可供水量。通過(guò)農(nóng)業(yè)節(jié)水得到的生態(tài)可供水量如表6所示。

表6 2035年塔里木河干流生態(tài)可供水量Table 6 Ecological available water supply in the mainstream of Tarim River in 2035

由表6可知，在2035規(guī)劃水平年，農(nóng)業(yè)灌溉實(shí)際供水量為6.12億m3，最小供水量為5.41億m3，生態(tài)最大可供水量為0.71億m3。

將表5塔河干流的節(jié)水量與表6的農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水量相累加，即為塔河干流的生態(tài)供水潛力。相比于2019現(xiàn)狀水平年僅考慮干流平原水庫(kù)群的調(diào)配結(jié)果，在不考慮沿程河道水量損失的情況時(shí)，2035遠(yuǎn)景規(guī)劃水平年新增水資源量2.84億m3，量化了源流區(qū)山區(qū)水庫(kù)群聯(lián)合調(diào)配對(duì)干流節(jié)水潛力的貢獻(xiàn)。

5 結(jié) 論

a.在高效節(jié)水灌溉工程建設(shè)的基礎(chǔ)上，僅依靠干流平原水庫(kù)群的聯(lián)合調(diào)配，農(nóng)業(yè)灌溉和生態(tài)的供水保證率難以滿足設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明即使農(nóng)業(yè)實(shí)施高效節(jié)水灌溉，但平原水庫(kù)群的調(diào)控能力有限，亟須與調(diào)節(jié)性能好的山區(qū)水庫(kù)群聯(lián)合運(yùn)行。

b.相比于“二源一干”水庫(kù)群模擬調(diào)配，優(yōu)化調(diào)配顯著降低了干流損失水量和大西海子下泄水量，增加了農(nóng)業(yè)灌溉供水量和河道內(nèi)外生態(tài)供水量，即通過(guò)控制下游臺(tái)特瑪湖的無(wú)效蒸發(fā)損失，提高了流域水資源利用效率及流域河道外生態(tài)修復(fù)效果。

c.通過(guò)“二源一干”水庫(kù)群聯(lián)合優(yōu)化調(diào)配，在遠(yuǎn)景規(guī)劃年各行業(yè)供水保證率均能滿足設(shè)計(jì)要求，且顯著提高了河道外生態(tài)供水量，緩解了農(nóng)業(yè)灌溉用水與生態(tài)用水之間的矛盾，體現(xiàn)了山區(qū)水庫(kù)群顯著的調(diào)控性能和“節(jié)水優(yōu)先”治水方針的合理性和可靠性。

d.相比于現(xiàn)狀水平年僅考慮干流平原水庫(kù)群的調(diào)配結(jié)果，在不考慮水量損失的情況下，遠(yuǎn)景水平年通過(guò)源流區(qū)山區(qū)水庫(kù)與干流平原水庫(kù)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)配，最大新增供水量為2.84億m3，充分挖掘了塔河干流河道外生態(tài)供水潛力，為下一步開(kāi)展塔河下游的河道外生態(tài)保護(hù)與修復(fù)奠定了可靠的水量基礎(chǔ)。