刍议沙漠地区生态水利工程规划设计

雷 臻

(新疆水利电力建设总公司，乌鲁木齐830000)

1 工程概况

1.1 整体概况

新疆占我国国土面积的1/6，其中荒漠和沙漠面积占70%，绿洲面积占4.2%。新疆灌区具有悠久的灌溉历史，南疆有大片耕地的山前倾斜平原，农牧业发展的自然条件优越，但水资源短缺，时空分布不均。整个新疆地区年平均径流深48.2 mm，为全国平均值的17%;多年平均降雨量约为154.5 mm，为全国平均值的23%;年平均蒸发量约为2 000～3 000 mm，是典型的干旱气候，蒸发量远远大于降水量，干旱指数一般在30以上，生态环境较为脆弱，许多骨干水利工程建设标准低，规划设计不完善，资源利用率低，农业用水的利用率只有40%左右，严重影响了新疆的可持续发展。

1.2 案例工程概况

某水利工程所处区域全年晴多雨少，年均日照率高达62% ～64%，月际差别较大，年平均风速2.1 m/s，6—7月份是蒸发量最大月份，沙尘暴主要发生在4—9月。水源主要来自于四条河流和地下水，已建成5座引水枢纽工程，工程性防渗渠道3 000余km，排水渠道1 000余km，年引水量约12亿m3，总体经多年建设完善较建设前取得了较好的经济效益，社会指标有了一定增长，但工程质量不高，引水工程配套不完善，生态环境面临着严重的影响。同时，人为的河流整治和渠道建设改变了河流的流动性和多样性，使得该工程所在区域的水深、水温和水文规律发生了变化，对生态系统造成的影响不容忽视。

2 面临的问题

2.1 对农业生态环境的影响

新疆为保证粮食的生产和工业原料的供应，在冲积扇以下的冲积平原上认为的改造形成了大面积的人工灌溉绿洲，并把大面积的湿地和坡地改造成了旱地或水田，水土流失严重，生态失衡明显。开荒破坏了植被，造成土地沙化;由于前期的水利工程规划未从整体上考虑其生态功能，水利工程建成后，弊病开始暴露;同时，部分水利工程年久失修，渗漏灌溉网上水的渗漏使得地下水位普遍升高，灌溉水经渠道引水灌溉防渗和工程技术不完善造成水大量蒸发和渗漏，出现盐化，对农业生态环境造成了一定的影响。

2.2 水资源过度开采

新疆属水资源紧缺地区，由于水资源的过度开采和不合理使用，造成了大量浪费，建成的水利工程虽缓解了这一问题，但前期的过度开采和水利工程的部分区域不合理规划使得该区域河流流域的地下水位下降惊人，高达近10 m，部分河流的主干支流甚至出现断流和干涸。同时，水利工程建成后灌溉引水量增长较快，减少了维护自然生态的用水，造成该区域天然林、草地的枯死衰败，绿州面积减少，干旱区自然生态的动植物多样性逐渐变得单一。

2.3 水资源污染

水资源的污染使得可利用水减少，水利工程所包含的河流及灌溉渠在区域内的水环境自净化能力接近0，排入的有害物质难以稀释和降解，水的矿化度上升，其中1条河流的淡水只约占其年径流量的35%，淡咸水反而占了大多数。该区域某3条河流矿化度近几次的变化曲线如下:

图1 某3条河流矿化度近几次测定值

3 水利工程问题分析

3.1 控制性调蓄水库缺乏

该地域干旱少雨，天然来水和灌区需水并不同步，难以满足农牧业灌溉的需要。春季来水量有时还不能达到全年的10%，水库调蓄能力的不足在农作物需水高峰期暴露无遗，使得灌区旱情严重。由于缺少灌溉调节水利工程，加上农牧业基础较为薄弱，春秋季来水与用水矛盾突出，夏季来水占全年来水量的60%左右，而冬季的闲水又不能充分利用，对水资源的合理开发利用造成了不利影响。由于缺乏控制性骨干水利工程，且工程配套不完善，使得水面蒸发量与渗漏量较大达到了40% ～60%，水库调蓄能力不足，超标准的短期水流量使泥沙淤积等问题十分突出，引水工程也受到了不同程度的破坏。

3.2 引水渠首工程规划设计不完善

该区域建成的5座引水枢纽工程及几千公里的防渗渠道和排水渠道由于配套不完善，设施设备逐渐老化，效益降低较快。引水工程的供水能力不足设计供水量的80%。某些灌区引水口为标准较低或者临时性的设施，引水保证率无法保证;某些渠首规划太集中，泥沙综合处理存在问题;渠首引水比逐步提高，减少了冲沙水，造成引水渠首下游淤积抬高，河床断面改变较大;另外，有的引水渠首位于宽阔的河床，主流摆动很频繁，泄洪水流过于分散。

3.3 生态水利工程规划意识不足

由于部分水利工程规划设计时更多的是考虑经济效益，忽略了对环境的影响，工程建成后后期配套设施仍按原规划设计进行建造，环境效益随时间的推移逐步下降。正是由于意识不足，才出现了在技术相对发达的今天和配套相对完善的条件下，利用率仍没有得到很大改善。同时，相关激励机制还不完善，存在动机机制问题。水资源的污染和过度开发也与此存在较大联系。

4 生态水利工程规划设计

4.1 明确规划设计的原则

4.1.1 安全性与经济性相结合原则

生态水利工程属于综合性工程，在水利综合治理中不但要满足人的需求，更要兼顾生态系统的可持续性发展。工程设施必须满足设计标准，使其能够承受自然力的荷载，如河流治理时要充分考虑河流泥沙输移、淤积、侵蚀和冲刷等，确保河流生态修复工程的耐久性。同时要遵循风险最小和效益最大原则，在规划设计时对带有一定风险程度的生态水利工程进行方案比选，针对生态系统的定点监测和评估要足够重视。

4.1.2 自我恢复原则

生态工程规划设计是一种“指导性”的设计，需要依靠水利工程生态系统的自设计和自组织功能，由水利工程联接区域的自然界选择合适物种，以此形成合理结构，完成和实现规划设计。因此，新水利工程的建设和旧水利工程的改造都必须放弃原始的控制自然界的动机，树立崭新的工程理念，利用生态系统的自我恢复功能实现人与自然的和谐。

4.1.3 反馈调整原则

生态水利工程系统的成长和形成是一个较为长期的过程，发展的趋势是增加和提高结构的复杂性、生物群落的多样性、系统的有序性和内部的稳定性，同时，整个水利生态系统对外界干扰的抵抗力也逐渐增强，这是一个长期的过程，期望水利系统的修复能够短期奏效是不现实。为尽快完成系统的建立，规划设计时可模仿成熟的水利工程生态系统结构，建立最终可形成的健康、可持续的生态系统。由于时间较长和水利工程生态系统的自我修复能力的存在，在形成成熟系统的过程中充满了许多不确定性，这就需要不断进行生物和水文监测并尽快反馈进行评估。通过对话和协商寻求共同利益，加强多学科的交流和融合，提高设计的科学性。

4.2 改善措施

4.2.1 加固水利工程

对于进水闸泥沙沉积和引水量不能满足引水要求的弯道渠首，改建时主要是对弯道进行缩窄，加大弯道曲率，利用用水少的间歇过程和汛期集中畅泄。根据原有淤积现状及渠道的特点对其进行改造和除险加固。位于高烈度区的水库，除险加固要加宽加厚坝体，增强其稳定性，插入土坝部分的黏土区土料要尽可能采用高塑性含黏量的土料填筑。明渠排水在该区占有很大比重，仍以排水干、支渠为主控制地下水位，应逐步开展灌区竖井排灌。在地下水位较高、适于开采的区域建立水源地，开采地下水，以控制地下水位，减少无效蒸发。

4.2.2 引入节水灌溉技术

该区灌溉面积中绝大部分为地面灌溉，浪费比较严重，节水潜力很大。目前，膜上灌、低压灌、滴灌、喷灌和压管灌等灌溉新技术具有明显的节水功效。《新疆绿州农业学》以种植棉花为例对各类灌溉技术的成本和效益进行了对比，见表1。

表1 不同灌溉技术的成本与效益比较

根据上表的对比，结合该区域各地实际情况，选择合适的灌溉新技术。该区域蒸发强烈，渗漏厉害，建议采用膜下节水滴灌，减少蒸发的时候也同时降低盐碱在耕作层表面的积累，改造该区的低产田及改善灌区下游生态环境。

5 结论

新疆是沙漠面积大，是一个干旱缺水的地区，水利工程的建设不但要结合实际不断调整和完善，更要注重可持续发展。要尽量做到水资源利用效率的提高与灌区保护和下游生态环境保护相结合，合理开发利用地下水，控制地下水位。做好水利工程的规划设计，促成生态环境的良性循环，促进地区经济的可持续发展。

［1］张红丽.新扭节水生态农业系统理论与制度创新研究［D］.武汉:华中农业大学，2004.

［2］李山，李擎坤.新疆农牧灌区建设与水利工程规划设计［J］. 灌溉排水学报，2004，23(3):56-60.

［3］张俊芝.水利水电工程理论研究及技术应用［M］.武汉:武汉工业大学出版社，2000.

［4］彭东华.生态水利工程规划设计［J］.江西建材，2012(3):180-182.