王露陽，李 江，2，鄭 剛，陳紅川，張 葉

(1.新疆塔里木河流域管理局，新疆 庫爾勒 841000；2.新疆水利學(xué)會(huì)，新疆 烏魯木齊 830000)

0 引言

新疆地理位置特殊，地處亞歐大陸腹地，位于西北內(nèi)陸干旱區(qū)，但隨著全球氣候極端性變化的大幅度增加，新疆氣候特征也隨之發(fā)生了顯著變化。施雅風(fēng)等認(rèn)為西北內(nèi)陸地區(qū)的氣候條件正在由暖干化轉(zhuǎn)向暖濕化[1]。馮思等指出，隨著氣溫快速上升，致使空間水循環(huán)速度加快，進(jìn)而引起了新疆部分地區(qū)的降水量呈現(xiàn)顯著增加的趨勢[2]。慈暉等多名學(xué)者以多種極端性降水指標(biāo)系為參照，系統(tǒng)分析了新疆的極端降水過程，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)降水過程較之以前，其變幅急劇增大，致使新疆洪旱災(zāi)害等極端性水文事件的發(fā)生頻率呈現(xiàn)顯著增加趨勢[3]，而新疆降水過程的極端性變化致使近幾十年內(nèi)的洪澇災(zāi)害顯著上升[4]。有學(xué)者研究表明：新疆洪水頻次增加，洪峰流量增大[5]，“雙峰型”洪水發(fā)生可能性上升，并且因洪災(zāi)導(dǎo)致的社會(huì)受災(zāi)面積、人數(shù)、經(jīng)濟(jì)損失也呈顯著增加趨勢[6]，所造成的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失越來越大，而“三山夾兩盆”的獨(dú)特地貌特征，把新疆分割成北疆、南疆和東疆，占據(jù)新疆地理面積2/3的南疆成為受氣候變化等外界因素影響最大的區(qū)域。從水資源、流域面積等角度出發(fā)，由阿克蘇河、和田河、葉爾羌河、喀什噶爾河、開都河、干流等九大水系組成的塔里木河流域幾乎涵蓋了整個(gè)南疆區(qū)域，因此南疆也可泛指塔里木河流域(以下簡稱塔河流域)[7]，如圖1所示。歷史上流域內(nèi)的九大水系均有水從不同處匯入塔河干流，奔流而下，但受人類活動(dòng)、區(qū)位地理、氣候變化等因素的影響，渭干河、克里雅河、喀什噶爾河等逐漸與塔河干流失去地表水聯(lián)系，目前僅有阿克蘇河、和田河、葉爾羌河3條主要源流向干流供水[8]。在3條源流中，阿克蘇河是塔河干流水量的主要源流區(qū)，其次是和田河，葉爾羌河所占的比重最小，但是葉爾羌河、和田河汛期時(shí)的突發(fā)性洪水有時(shí)也會(huì)影響塔河干流的洪水。據(jù)實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)，從阿克蘇河、和田河、葉爾羌河來的洪水分別占塔河干流阿拉爾斷面洪峰流量的比重為62.2%、36.2%和1.6%，占3天洪量比重分別為54.3%、44.7%和1.0%[9]。受氣候變化影響，尤其是近十年來的平水偏豐水情，洪澇已經(jīng)成為塔河流域最主要、影響程度較大的一種自然災(zāi)害，對(duì)該流域內(nèi)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)生活產(chǎn)生了極大的危害，因此綜合分析塔河流域防洪短板，并提出相應(yīng)對(duì)策措施，對(duì)于構(gòu)建流域防洪保障體系具有積極意義。

圖1 塔里木河流域地理位置

1 塔河流域“三源一干”防洪體系現(xiàn)狀分析

1.1 現(xiàn)行防洪工程措施

(1)阿克蘇河防洪主要在托什干河、庫瑪拉克河和阿克蘇河干流，其中，新疆大石峽水利樞紐工程作為庫瑪拉克河上的山區(qū)控制性水庫，總庫容11.7億m3，計(jì)劃2025年10月下閘蓄水；托什干河山區(qū)控制性工程于2021年開工建設(shè)，總庫容7.73億m3，同時(shí)河道已建永久性防洪工程131km。

和田河防洪主要在玉龍喀什河和喀拉喀什河兩支流，其中，玉龍喀什河在建山區(qū)控制性工程玉龍喀什水利樞紐于2020年開工建設(shè)，總庫容5.36億m3；喀拉喀什河已建的山區(qū)控制性工程烏魯瓦提水利樞紐于2002年投入運(yùn)行，總庫容3.34億m3，同時(shí)河道已建永久性防洪工程86km。

(2)葉爾羌河主防洪主要在干流、支流塔什庫爾干河、提孜那甫河和烏魯克河，其中，干流的阿爾塔什水利樞紐于2019年11月下閘蓄水，總庫容22.49億m3；支流塔什庫爾干河的下坂地水利樞紐工程已發(fā)揮效益，總庫容8.67億m3；提孜那甫河在建山區(qū)控制性工程莫莫克水利樞紐，總庫容0.92億m3；同時(shí)河道已建永久性防洪工程381.8km。

塔河干流起于阿克蘇河、葉爾羌河以及和田河交匯處的肖夾克，歸宿于臺(tái)特瑪湖，全長1321km。于塔河近期綜合治理工程實(shí)施后，在洪水漫溢頻繁，跑水嚴(yán)重的河段兩岸共修建輸水堤649.45km。

1.2 現(xiàn)行防洪非工程措施

目前，占塔河干流3天洪量比重分別為54.3%、44.7%和1.0%的阿克蘇河、和田河、葉爾羌河[9]管理機(jī)構(gòu)已由塔河流域管理局實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一管理，但受限于現(xiàn)狀信息化管理程度低，相關(guān)監(jiān)控設(shè)施覆蓋率僅有20%等情況，加之未能建立全流域統(tǒng)一調(diào)度管理機(jī)制，“電調(diào)服從水調(diào)”的運(yùn)行模式尚在探索之中，現(xiàn)狀流域防洪“非工程”體系仍存在不完善的問題。

2 塔河流域“三源一干”防洪短板分析

塔河流域“三源一干”范圍內(nèi)涉及水系較多，多發(fā)源于天山及昆侖山，向塔里木盆地匯集，出山口以下大多會(huì)形成不同程度的洪水災(zāi)害。隨著流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展及人民生產(chǎn)力的不斷提高，已逐步構(gòu)建起相應(yīng)防洪體系，但距科學(xué)式的“工程+非工程”措施相結(jié)合的現(xiàn)代化防洪工程總體布局還相距較遠(yuǎn)。

2.1 “庫堤結(jié)合”總體布局尚未完全建立

近年來，隨著水利事業(yè)的不斷發(fā)展，為優(yōu)化水資源配置，充分發(fā)揮山區(qū)控制性水庫在防洪體系中的骨干龍頭作用，以自治區(qū)人民政府已批準(zhǔn)的規(guī)劃為依據(jù)，阿爾塔什水利樞紐、大石峽水利樞紐、下坂地水利樞紐紛紛上馬修建。其中，葉爾羌河干流阿爾塔什水利樞紐、塔什庫爾干河下坂地水利樞紐，喀拉喀什河烏魯瓦提水利樞紐均已發(fā)揮防洪調(diào)蓄作用，控制下泄流量，但尚有部分支流控制性山區(qū)水庫處于在建之中，未能發(fā)揮作用，如托什干河山區(qū)控制性工程、玉龍喀什河玉龍喀什水利樞紐等。河流防洪戰(zhàn)線長，河道防洪主要針對(duì)重點(diǎn)防洪保護(hù)對(duì)象修建可較高等級(jí)的防洪工程，針對(duì)分布廣泛的一般農(nóng)防保護(hù)河段工程建設(shè)滯后且標(biāo)準(zhǔn)低，見表1。由表1可知，“三源一干”雖然修建了大量堤防工程，但修建標(biāo)準(zhǔn)較低，阿克蘇河無2級(jí)堤防，3級(jí)堤防占比15.81%，4級(jí)堤防占比22.57%，5級(jí)堤防占比59.02%，5級(jí)以下堤防占比2.59%；和田河2級(jí)堤防占比17.24%，3級(jí)堤防占比5.16%，4級(jí)堤防占比15.34%，5級(jí)堤防占比62.36%，無5級(jí)以下堤防；葉爾羌河無2級(jí)堤防，3級(jí)堤防占比0.79%，4級(jí)堤防占比0.91%，5級(jí)堤防占比53.77%，5級(jí)以下堤防占比45.21%；塔河干流無2級(jí)、3級(jí)、4級(jí)和5級(jí)以下堤防，均為5級(jí)堤防。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因受2022年特豐水情影響，和田河流域出現(xiàn)洪水險(xiǎn)情，部分堤防存在跑水現(xiàn)象，塔河干流出現(xiàn)連續(xù)超警戒洪水，30余處堤防決口跑水。

表1 塔河流域“三源一干”堤防長度

2.2 堤防工程結(jié)構(gòu)型式存在不足

塔河流域“三源一干”堤防長度2041.04km，其中輸水堤長度632.05km，河道防護(hù)長度1408.99km。葉爾羌河干流段共實(shí)施了79段河道防洪工程，該工程以堤防和護(hù)岸為主，98%以上為5級(jí)及5級(jí)以下防洪標(biāo)準(zhǔn)。阿克蘇河3級(jí)、4級(jí)、5級(jí)、5級(jí)以下堤防占比分別為15.81%、22.57%、59.02%、2.59%。吳煜[10]系統(tǒng)分析了現(xiàn)狀漿砌石結(jié)構(gòu)坡面防護(hù)堤、格賓石籠護(hù)腳+下漿砌石結(jié)構(gòu)+上現(xiàn)澆板襯砌防護(hù)堤、格賓石籠防沖+帶排水孔混凝土襯砌護(hù)坡防護(hù)堤的優(yōu)劣性；馬蘇文[11]從經(jīng)濟(jì)性等方面系統(tǒng)對(duì)比了全堤防模式下的防洪工程布局；彭兆軒、翟超[12-13]等學(xué)者明確指出和田河防洪主要問題之一便是已建堤防建設(shè)質(zhì)量差，防洪標(biāo)準(zhǔn)低，并就相應(yīng)防洪形式進(jìn)行了探索。雖然大量學(xué)者多角度對(duì)比了“三源一干”堤防形式的優(yōu)劣性，但截至目前，尚未構(gòu)建一套較為科學(xué)的流域堤防評(píng)價(jià)體系。

2.3 “四預(yù)”體系不完善

(1)針對(duì)“四預(yù)”體系——算據(jù)，流域內(nèi)的水利部門信息資源整合化嚴(yán)重滯后，水利基礎(chǔ)設(shè)施信息不全，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及其標(biāo)準(zhǔn)存在差異性，在不同層級(jí)、機(jī)構(gòu)之間存在“重采集、重存儲(chǔ)，輕整理、輕分析”的現(xiàn)象；以流域、地方等分散性建設(shè)的信息基礎(chǔ)設(shè)施條塊分割、相互封閉，制約了水利統(tǒng)合性算據(jù)效益的良性發(fā)揮。水利行業(yè)之外的相關(guān)部門資源共享程度不足，尤其是在防洪、抗旱等極端性災(zāi)害現(xiàn)象是，其氣象數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)等，還未能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)共享。

(2)針對(duì)“四預(yù)”體系——算力，以當(dāng)前構(gòu)建流域數(shù)字孿生系統(tǒng)，現(xiàn)有數(shù)據(jù)系統(tǒng)目前仍采用物理部署的方法架設(shè)，購入大量的算力設(shè)備，而非使用云算力軟架構(gòu)[14]，未能形成流域內(nèi)相互調(diào)用算力的“水利云”軟架構(gòu)。面對(duì)當(dāng)前推進(jìn)的數(shù)字孿生流域建設(shè)，計(jì)算能力存在兩極分化現(xiàn)象，一方面是云計(jì)算能力嚴(yán)重不足，大量影像信息和空間信息分析、大數(shù)據(jù)挖掘、基于高精度分布式水文模型的洪水預(yù)報(bào)等缺乏足夠“算力”；另一方面存在過度算力冗余現(xiàn)象，在滿足提高系統(tǒng)可靠性、可利用性和效率基礎(chǔ)上，大量物理型算力設(shè)備因網(wǎng)絡(luò)隔離造成算力浪費(fèi)。

(3)針對(duì)“四預(yù)”體系——算法，流域內(nèi)各水利單位雖然在水文、洪水預(yù)測預(yù)報(bào)等方面開發(fā)了部分模型，但就模型嵌入系統(tǒng)運(yùn)行而言，與實(shí)際情況有較大差距，在當(dāng)前氣候邊界條件復(fù)雜多變情況下，模型優(yōu)化性難以持續(xù)，同時(shí)也缺乏專人維護(hù)，流域內(nèi)自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境變化較快，尤其是針對(duì)南疆多變的地理環(huán)境，加之塔河擺蕩式河流的特點(diǎn)，單一的模型很難滿足流域水資源管理需求。流域整體性、系統(tǒng)性的模型尚未統(tǒng)一構(gòu)建，許多開發(fā)的模型從針對(duì)性、功能性而言較為單一，對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)建模還剛剛開始，對(duì)視頻數(shù)據(jù)分析、互聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)分析等智慧化技術(shù)還未展開。

2.4 流域防洪規(guī)劃尚未完全獲批且內(nèi)容亟需修改

防洪規(guī)劃是江河、湖泊治理和防洪工程設(shè)施建設(shè)的基本依據(jù)。重視編制防洪規(guī)劃，全面考慮防洪工作，嚴(yán)格執(zhí)行防洪規(guī)劃，方能保證防洪工作的有序進(jìn)行，減少重復(fù)建設(shè)，避免人力、財(cái)力和物力的浪費(fèi)，使各項(xiàng)防洪措施發(fā)揮最佳的防洪效益。截至目前，塔河流域“三源一干”防洪規(guī)劃中，葉爾羌河流域防洪規(guī)劃于2003年獲自治區(qū)人民政府批復(fù)；和田河流域防洪規(guī)劃于2003年獲和田地區(qū)行署批復(fù)；阿克蘇河流域防洪規(guī)劃于2000年由自治區(qū)人民政府報(bào)送水利部；塔里木河干流防洪規(guī)劃于2012年編制完成。目前防洪規(guī)劃所面臨批復(fù)年限過長，內(nèi)容無法滿足先行防洪需要和未來防洪要求等問題。

2.5 流域蓄滯洪區(qū)建設(shè)滯后

蓄滯洪區(qū)是我國流域防洪減災(zāi)體系的重要組成部分，是保障重點(diǎn)防洪安全，減輕災(zāi)害的有效措施，基本保障了江河中下游重要城市和重要防洪地區(qū)的安全。根據(jù)《蓄滯洪區(qū)修訂名錄》(2010)，1950—2021年國家蓄滯洪區(qū)有98處，主要分布在長江、黃河、淮河和海河四大河流兩岸的中下游平原，其中的66處蓄滯洪區(qū)共啟用424次[15]，累計(jì)蓄滯洪量1400多億m3，其中長江流域的荊江分洪區(qū)1954年3次開閘分洪，蓄滯洪水122.6億m3，足見蓄滯洪區(qū)的作用，但據(jù)調(diào)查，塔河流域“三源一干”未建立相應(yīng)的蓄滯洪區(qū)，尤其是在暖濕氣候影響下，面對(duì)豐水年，尤其2022年為特豐水年，“三源”來水量為291.62億m3，較多年平均多85.59億m3，受限于當(dāng)前水利工程，造成分洪引洪能力不足，同時(shí)流域(尤其是塔河干流)蓄滯洪區(qū)規(guī)劃、建設(shè)與管理滯后，既不利于洪水資源化利用，也成為流域防洪體系的薄弱環(huán)節(jié)，一旦發(fā)生流域性洪水，難以利用蓄滯洪區(qū)分蓄洪水，不利于流域防洪能力提升。

2.6 流域洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作開展較晚

加強(qiáng)自然災(zāi)害防治，建立高效科學(xué)的自然災(zāi)害防治體系，提高全社會(huì)自然災(zāi)害防治能力，關(guān)系國計(jì)民生，關(guān)乎社會(huì)穩(wěn)定。大量學(xué)者就流域洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面做了大量研究。王天久[16]開展了黃河內(nèi)蒙古段冰凌洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作，田玉剛[17]等對(duì)洞庭湖地區(qū)洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)開展了評(píng)估工作。塔河流域管理局于2022年8月委托設(shè)計(jì)單位開展了洪水淹沒圖、洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖和防治區(qū)劃圖的編制工作，目前已取得相應(yīng)成果，但仍反映出流域洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估區(qū)劃工作開展時(shí)間較晚，工作滯后，不利于流域防洪體系的構(gòu)建。

3 新形勢下流域“三源一干”防洪保障體系構(gòu)建

針對(duì)塔河流域面臨新形勢，按照“補(bǔ)短板、提標(biāo)準(zhǔn)、消隱患、強(qiáng)監(jiān)管”的要求，在已有防洪工程體系的基礎(chǔ)上，形成針對(duì)已有“堤庫結(jié)合”總體布局補(bǔ)齊防汛短板為重點(diǎn)，以提質(zhì)升級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)提升為核心，以消除薄弱環(huán)節(jié)和風(fēng)險(xiǎn)隱患為關(guān)鍵，完善防洪減災(zāi)工程體系，即形成“山區(qū)庫蓄+堤防建設(shè)+蓄滯洪區(qū)”的防洪工程體系布局；以強(qiáng)化監(jiān)測預(yù)警為基礎(chǔ)，防洪風(fēng)險(xiǎn)控制為保障，構(gòu)建防洪減災(zāi)非工程體系，即形成“四預(yù)建設(shè)+數(shù)字孿生流域+風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估+水庫聯(lián)合調(diào)度”的防洪工程體系布局；著力打造塔河流域安全型、智慧型、生態(tài)型流域，構(gòu)建“工程措施+非工程措施”相結(jié)合的防洪減災(zāi)安全保障體系，全面提升流域防洪減災(zāi)能力。防洪保障體系如圖2所示。

圖2 塔里木河流域“三源一干”防洪保障體系

4 對(duì)策與建議

構(gòu)建“工程措施+非工程措施”相結(jié)合的流域防洪減災(zāi)安全保障體系，相關(guān)措施在相應(yīng)政策、資金、管理措施等有效保障下，均可實(shí)現(xiàn)，并發(fā)揮相應(yīng)效益。

(1)加快山區(qū)控制性水庫建設(shè)?；谒恿饔蚝樗恿骱樗愋投?，洪災(zāi)發(fā)生頻繁特點(diǎn)，尤其是近10年來豐水年趨勢，僅以當(dāng)前已建成的烏魯瓦提水利樞紐、阿爾塔什水利樞紐及下坂地水利樞紐，難以滿足防洪調(diào)度需求，需加快推進(jìn)大石峽水利樞紐、玉龍喀什水利樞紐建設(shè)，同時(shí)加快推進(jìn)阿合奇水利樞紐前期工作，以便盡早發(fā)揮防洪效益。

(2)與時(shí)俱進(jìn)開展防洪規(guī)劃修編工作。防洪規(guī)劃在實(shí)施大規(guī)模江河防洪治理、提升洪澇災(zāi)害防御能力、抵御洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等方面發(fā)揮了重要作用，施取得了顯著的防洪減災(zāi)效益。當(dāng)下，流域防洪減災(zāi)工作面臨新形勢、新要求、新挑戰(zhàn)，按照水利部印發(fā)的《關(guān)于開展七大流域防洪規(guī)劃修編工作的通知》及任務(wù)書要求，在綜合評(píng)價(jià)葉爾羌河流域防洪規(guī)劃基礎(chǔ)上，重啟該流域防洪規(guī)劃修編工作，并加快阿克蘇河、和田河、塔河干流的防洪規(guī)劃報(bào)送、審批工作。同時(shí)結(jié)合流域洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估區(qū)劃所劃定的洪水淹沒圖、洪水風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖和防治區(qū)劃圖，重新規(guī)劃河道岸線保護(hù)范圍，進(jìn)一步明確河道堤防整治范圍，為優(yōu)化“庫堤結(jié)合”模式奠定基礎(chǔ)。

(3)盡快開展水庫群模擬調(diào)度研究。水庫群聯(lián)合調(diào)度可以捕捉徑流入庫時(shí)的時(shí)空差異，充分發(fā)揮多水庫的庫容補(bǔ)償與水文補(bǔ)償作用，最大限度的削減洪峰流量，充分發(fā)揮水庫滯洪庫容作用，提升水庫削峰滯洪能力，進(jìn)一步提高流域?qū)λY源在時(shí)空上的優(yōu)化配置能力。建議研究流域的防洪現(xiàn)狀，分析下坂地水利樞紐、阿爾塔什水利樞紐電力生產(chǎn)情況，以歷史典型洪水為基礎(chǔ)，分析不同來水情況的梯級(jí)水庫防洪調(diào)度策略，形成防洪調(diào)度策略集，從而在洪水不成災(zāi)前提下，抓穩(wěn)防洪、蓄水兩個(gè)效益。

(4)開展數(shù)字孿生流域的試點(diǎn)工作。數(shù)字孿生流域要以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主線，以數(shù)字化為主線、智能化模擬、精準(zhǔn)化決策為路徑，從而構(gòu)建物理流域時(shí)空數(shù)據(jù)為底座，實(shí)現(xiàn)與物理流域同步仿真運(yùn)行、虛實(shí)交互、迭代優(yōu)化、支撐“四預(yù)”，要優(yōu)化頂層設(shè)計(jì)謀劃，切忌一哄而上，借助七大流域已構(gòu)建的數(shù)字孿生平臺(tái)，盡快開展塔河流域開都-孔雀河數(shù)字孿生流域試點(diǎn)工作，為日后構(gòu)建塔河流域數(shù)字孿生奠定基礎(chǔ)，為新階段塔河流域高質(zhì)量發(fā)展提供有力支撐和強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)。