1. 引言
新疆位于中国西北内陆,是典型的干旱和半干旱地区,气候条件极为严酷,年均降水量少,蒸发量大,水资源匮乏成为制约该地区经济社会发展的主要瓶颈之一。新疆的水资源主要依赖于高山冰川融水、河流水系及地下水资源,但这些水资源的时空分布极不均匀,且受气候变化和人类活动的影响较大。随着人口的持续增长和经济的快速发展,水资源供需矛盾日益突出,如何实现水资源的优化配置成为亟待解决的重要问题。优化配置水资源不仅是实现新疆可持续发展的重要保障,也是整个干旱地区面临的共同挑战。因此,研究新疆水资源优化配置的关键问题及应对策略,对于促进区域经济发展、改善生态环境、提高居民生活质量具有重要意义。
本文旨在通过对新疆水资源现状和主要问题的分析,探索水资源优化配置的理论和方法,结合新疆的实际情况,提出科学、可行的应对策略,为区域水资源管理提供参考。本文采用文献研究、实地调研、数据分析等多种研究方法,通过对相关文献的系统梳理和分析,结合新疆水资源现状的实地调研,运用数据分析方法,全面揭示新疆水资源的分布、利用现状及其存在的主要问题,并提出相应的优化配置策略。
2. 水资源现状分析
2.1. 水资源分布特点
新疆的水资源分布具有显著的不均衡性[1]。主要河流包括塔里木河、伊犁河和额尔齐斯河等,这些河流主要发源于天山、昆仑山等高山地区,水源主要依赖于高山冰川融水和降水。天山、昆仑山等高山地区因其独特的气候和地理条件,成为新疆水资源的主要供给区(如图1所示)。每年夏季,随着气温的升高,高山冰川开始融化,形成大量的冰川融水,这些融水通过河流和溪流汇入下游,成为塔里木河、伊犁河和额尔齐斯河的重要水源。
然而,平原和盆地地区的水资源相对匮乏。根据《新疆2022年水资源公报》,新疆各地级行政区多年平均水资源量详见表1。其中,作为新疆最大内陆盆地的塔里木盆地降水稀少,年降水量不足100 mm,而年蒸发量却高达2000 mm以上,使得地表水极为稀缺。在这种情况下,地下水成为这些地区的重要补充水源。通过开采地下水,能够在一定程度上缓解水资源短缺问题,但长期过度开采地下水可能导致地下水位下降,进而引发一系列生态环境问题[2]。
另外,新疆的水资源利用也存在区域性不均衡,具体表现为北多南少、西多东少的特点。东部的哈密地区和南疆的喀什地区水资源相对短缺,而北疆的伊犁河谷地带水资源较为丰富。伊犁河谷地带降水较多,水资源相对充足,这里有丰富的草原和农田,是新疆重要的农业和牧业区。而喀什地区则依赖于塔里木河及其支流的灌溉,但塔里木河流域的水资源开发利用已达到极限,生态环境压力较大。
在农业方面,由于传统的灌溉方式效率低下,导致了水资源的大量浪费。滴灌等高效灌溉技术的推广虽然在一定程度上缓解了这一问题,但总体上新疆水资源利用效率仍需进一步提高[3] [4]。
工业和城市用水方面,水资源的分配也存在不均衡性[5]。乌鲁木齐作为新疆的首府和最大的城市,人口密集,工业发达,用水需求量大,对周边地区的水资源造成了较大的压力。此外,随着经济的发展,工业废水和城市污水排放量增加,对水质造成了污染,进一步加剧了水资源的短缺问题。
综上所述,新疆水资源分布的不均衡性显著,不同地区、不同用途的水资源供需矛盾突出。要实现新疆的可持续发展,必须加强水资源的统一管理和科学调配,综合运用地表水和地下水资源,提高水资源利用效率,保护和恢复生态环境,确保水资源的长期可持续利用[6]。
2.2. 水资源利用现状
新疆2022年用水结构如图2所示,农业灌溉是全疆的用水大户,根据《新疆2022年水资源公报》,其占总用水量比例高达91%,其次是工业和生活用水。除乌鲁木齐以外,其它地市农业用水量占总用水量比例均超过50%,博州、阿克苏、阿勒泰等8个州(地区)农业用水量占比超过90%,详见表2。新疆2022年供水结构如图3所示,在各大水系源头区以地表水源供水为主,在下游地区以地下水源供水为主,其中哈密市地下水源供水量占总供水量比例达到58.6%,详见表3。
农业用水方面,新疆灌溉方式相对中国东南部较为落后,总体上水资源利用效率较低,浪费较严重。传统
图1. 新疆维吾尔自治区水系图
表1. 新疆行政分区多年平均水资源量情况表
序号 |
地级行政区 |
降水量(mm) |
地表水资源量(亿m3) |
地下水资源量(亿m3) |
水资源总量(亿m3) |
1 |
乌鲁木齐市 |
1.95 |
10.430 |
5.093 |
11.285 |
2 |
克拉玛依市 |
0.47 |
0.048 |
2.115 |
0.426 |
3 |
吐鲁番市 |
2.12 |
6.097 |
4.466 |
7.205 |
4 |
哈密市 |
5.64 |
10.500 |
7.279 |
12.317 |
5 |
昌吉回族自治州 |
8.38 |
29.250 |
15.260 |
32.071 |
6 |
博尔塔拉蒙古自治州 |
4.65 |
23.630 |
14.300 |
25.582 |
7 |
巴音郭楞蒙古自治州 |
27.54 |
112.300 |
68.440 |
115.717 |
8 |
阿克苏地区 |
11.22 |
69.800 |
83.730 |
78.449 |
9 |
克孜勒苏柯尔克孜自治州 |
11.01 |
57.780 |
23.190 |
59.893 |
10 |
喀什地区 |
12.63 |
72.440 |
60.550 |
75.124 |
11 |
和田地区 |
19.85 |
93.600 |
64.350 |
98.628 |
12 |
伊犁哈萨克自治州 |
19.13 |
155.500 |
69.100 |
159.775 |
13 |
塔城地区 |
15.65 |
49.170 |
29.470 |
53.427 |
14 |
阿勒泰地区 |
17.49 |
100.700 |
36.920 |
104.405 |
|
全疆 |
157.74 |
791.245 |
484.263 |
834.304 |
的灌溉方式如漫灌和渠灌在新疆仍然广泛使用,这些方式虽然简单易行,但蒸发和渗漏损失较大。近年来,虽然滴灌、喷灌等高效节水灌溉技术有所推广,但总体覆盖面有限,尚未得到全面普及。
工业用水方面,新疆的工业结构以资源型产业为主,水资源消耗较大。石油、化工和矿业等部门是用水大户。石油、矿业(尤其是煤炭和有色金属矿)开采和加工过程中需要大量的水用于注水开采和冷却,化工业同样需要大量水用于生产过程中的反应和冷却。这些工业部门在为新疆经济发展做出贡献的同时,也对水资源带来了巨大的压力。此外,工业废水处理不当也会导致水质污染,进一步加剧了水资源的短缺问题。
生活用水方面,主要集中在城镇居民、建筑业及第三产业用水。随着新疆城市化进程的加快和居民生活水平的提高,生活用水需求也在不断增加。城市人口的集中使得供水压力增大,特别是在吐鲁番、哈密等水资源相对匮乏的城市。农村居民生活用水相对较少,但由于分布分散,供水设施相对滞后,供水保障程度较低。此外,农村地区的生活用水多依赖地下水源,由于地下水资源有限且质量参差不齐,部分地区存在用水安全隐患。
为了应对水资源利用中存在的问题,新疆采取了一系列措施,例如推广节水灌溉技术、加强工业用水管理、改善城市供水系统和农村供水设施等[7]。具体措施包括:
农业方面:积极推广滴灌、喷灌等高效节水灌溉技术,提高灌溉用水的有效利用率。同时,实施农业用水价格改革,鼓励农民节约用水,减少浪费。
工业方面:推动工业企业采用节水工艺和技术,提高水资源循环利用率。对高耗水、高污染企业进行严格监管,确保其废水排放达到环保标准。
生活方面:改造和升级城市供水管网,减少漏损,提高供水效率。在农村地区,加强供水基础设施建设,保障居民安全用水。
综合管理:建立和完善水资源管理制度,加强水资源的统一调度和科学管理。
图2. 新疆维吾尔自治区各地级行政区2022年用水结构示意图
表2. 2022年新疆行政分区用水量情况表
序号 |
地级行政区 |
农业用水占比(%) |
工业用水占比(%) |
生活(含建筑业及三产) 用水占比(%) |
生态用水占比(%) |
用水总量(亿m3) |
1 |
乌鲁木齐市 |
38.5 |
20.2 |
27.1 |
14.1 |
11.13 |
2 |
克拉玛依市 |
58.3 |
10.4 |
7.1 |
24.2 |
6.15 |
3 |
吐鲁番市 |
83.9 |
4.6 |
4.2 |
7.4 |
12.02 |
4 |
哈密市 |
74.1 |
8.5 |
7.4 |
10 |
8.98 |
5 |
昌吉回族自治州 |
87.7 |
4.7 |
5 |
2.7 |
38.06 |
6 |
博尔塔拉蒙古自治州 |
95.9 |
0.8 |
2.5 |
0.8 |
16.48 |
7 |
巴音郭楞蒙古自治州 |
89.7 |
2.5 |
3.1 |
4.7 |
48.03 |
8 |
阿克苏地区 |
95.7 |
1.1 |
1.7 |
1.5 |
109.73 |
9 |
克孜勒苏柯尔克孜自治州 |
91.8 |
1.6 |
3.4 |
3.2 |
10.55 |
10 |
喀什地区 |
93.3 |
0.3 |
2.5 |
3.9 |
112.00 |
11 |
和田地区 |
93.4 |
0.3 |
3.2 |
3.1 |
45.07 |
12 |
伊犁哈萨克自治州 |
91.1 |
1.8 |
4.6 |
2.5 |
52.20 |
13 |
塔城地区 |
92.9 |
1.5 |
2 |
3.5 |
59.51 |
14 |
阿勒泰地区 |
95.1 |
0.7 |
1.3 |
2.8 |
32.43 |
|
全疆 |
91.0 |
2.0 |
3.4 |
3.6 |
562.32 |
图3. 新疆维吾尔自治区各地级行政区2022年供水结构示意图
表3. 2022年新疆行政分区供水量情况表
序号 |
地级行政区 |
地表供水量占比(%) |
地下供水量占比(%) |
供水总量(亿m3) |
1 |
乌鲁木齐市 |
65.7 |
34.3 |
11.13 |
2 |
克拉玛依市 |
72.8 |
27.2 |
6.15 |
3 |
吐鲁番市 |
46.1 |
53.9 |
12.02 |
4 |
哈密市 |
41.4 |
58.6 |
8.98 |
5 |
昌吉回族自治州 |
58.9 |
41.1 |
38.06 |
6 |
博尔塔拉蒙古自治州 |
54.0 |
46.0 |
16.48 |
7 |
巴音郭楞蒙古自治州 |
73.0 |
27.0 |
48.03 |
8 |
阿克苏地区 |
85.6 |
14.4 |
109.73 |
9 |
克孜勒苏柯尔克孜自治州 |
91.4 |
8.6 |
10.55 |
10 |
喀什地区 |
83.3 |
16.7 |
112.00 |
11 |
和田地区 |
87.2 |
12.8 |
45.07 |
12 |
伊犁哈萨克自治州 |
91.0 |
9.0 |
52.20 |
13 |
塔城地区 |
49.3 |
50.7 |
59.51 |
14 |
阿勒泰地区 |
98.9 |
1.1 |
32.43 |
|
全疆 |
76.9 |
23.1 |
562.32 |
2.3. 主要问题
水资源短缺与需求增长的矛盾:随着新疆人口的增长和经济的快速发展,水资源的需求量急剧增加。这种需求的增加不仅体现在居民日常生活用水的增加上,还体现在工业生产和农业灌溉等方面。然而,受水资源分布不均的影响,南疆和东疆的平原、盆地长期面临严重的水资源短缺问题,导致这些地区的人口活动和经济发展受限[7]。
水资源利用效率低:新疆的水资源利用方式较为传统,存在严重的浪费现象。在农业方面,南疆地区的大水漫灌不仅造成了水资源浪费,且由于灌溉不均匀,导致农作物产量难以突破[8]-[11]。在工业用水方面,北疆工矿企业的水资源重复利用量偏低,废水处理不到位。生活用水方面,整体节水器具普及率不高。所有这些因素都导致了水资源利用效率的低下。
水污染问题:随着新疆工业化和城市化进程的加快,工农业废水和城市污水的排放量增加,导致水体污染严重,如巴州博斯腾湖。有害化学物质、化肥农药和生活垃圾进入水体后,导致水质下降,使得本已紧张的水资源问题进一步加剧。此外,污染还对生态系统造成了严重影响,破坏了水生生物的生存环境。
生态环境恶化:不合理的水资源开发和利用对生态环境造成了一定破坏[12]。作为河源地区的克州,其境内盖孜河、库山河、依格孜牙河、叶尔羌河四大水系下游受过度渠系化影响,断流频率逐年递增。此外,由于频繁抽取地下水导致东疆地区地下水位下降,河湖萎缩和湿地退化现象严重,这不仅影响了沿岸居民的生活用水,还对生态系统造成了不可逆转的破坏,加剧了水资源短缺问题。
3. 水资源优化配置的关键问题
3.1. 水资源分配不均衡
新疆水资源在空间上的分布极不均衡。水资源主要集中在天山、昆仑山等高山地区以及河流流域,这些地区的水资源丰富,主要来源于高山冰川融水和降水。然而,由于地理位置和地形因素,这些水资源难以充分利用。高山地区的冰川融水形成了塔里木河、伊犁河和额尔齐斯河等主要河流,然而这些河流的水资源利用率不高,部分水资源未能有效输送到需要的地区。
另一方面,平原和盆地地区,如塔里木盆地、准噶尔盆地等,严重缺水。这些地区的降水量少,蒸发量大,地表水资源非常有限。随着人口的增加和经济的快速发展,农牧区和城市的用水需求不断增加,这种供需矛盾日益突出。农牧区依赖于灌溉农业和畜牧业,需水量巨大,而城市的工业化和居民生活用水需求也在持续增长。如何科学合理地调配高山地区和河流流域的水资源,保障平原和盆地地区的用水需求,成为亟待解决的问题。
3.2. 水资源利用效率低下
新疆的农业灌溉方式传统且落后,以大水漫灌为主,导致水资源利用效率低下。漫灌方式不仅浪费大量水资源,还导致土壤盐碱化、肥料流失等问题,进一步影响农作物的生长和农业生产的可持续性。
此外,工业和城市生活用水也存在浪费现象。许多工业企业缺乏节水意识和技术,废水处理不当,水资源利用率低。城市供水系统老化,管网漏损严重,导致大量水资源浪费。城市居民生活用水中也存在浪费现象,节水意识有待提高。提高水资源利用效率,推广节水技术和设备,实施科学的用水管理,是提高水资源利用效率的重要途径。
3.3. 水资源管理体制问题
现有的水资源管理体制缺乏科学性和统一性,各部门之间缺乏协调,导致管理效率低下[13]。新疆的水资源管理职能分散在多个部门之间,如水利部门、环保部门、农业部门等,缺乏统一的管理和调控机制,导致水资源管理的科学性和有效性不足。
此外,水资源管理政策和法规不健全,执行力度不够。部分地区的水资源管理还停留在粗放型管理阶段,缺乏精细化和科学化的管理手段。需要建立健全的水资源管理体制,强化各部门之间的协调与合作,制定科学合理的水资源管理政策,提升管理效率和执行力度,确保水资源的优化配置和可持续利用[14] [15]。
3.4. 水污染和水质问题
水污染问题加剧了新疆水资源的紧张状况,尤其是在工业发达和农业集中的地区,水体污染严重,影响了水资源的可持续利用。工业废水和农业面源污染是主要污染源,污染物主要包括重金属、有机物和农药残留等。
工业方面,部分企业的废水处理设施不完善,排放不达标,导致河流和地下水受到污染。例如,化工、冶金、石油等行业排放的废水中含有大量的有毒有害物质,严重威胁水体环境和生态系统健康。农业方面,过量使用化肥和农药导致大量农田径流污染水体,农药残留和化肥中的氮磷等元素进入河流湖泊,导致水体富营养化,水质恶化。
此外,城市生活污水处理设施不完善,污水处理率低,大量生活污水未经处理直接排放,也对水环境造成了严重污染。水质问题不仅影响了居民的饮水安全和健康,还对水资源的再利用形成了障碍。
4. 水资源优化配置的应对策略
新疆作为中国西北地区的重要省份,其水资源的优化配置对于区域经济发展、生态环境保护以及社会稳定具有重要意义。为了应对新疆水资源分配不均、利用效率低下、管理体制不完善以及水污染等问题,需要采取一系列科学合理的应对策略。
4.1. 综合水资源管理
建立统一的水资源管理机构,负责全区水资源的统一调度和管理,制定科学的管理制度,提升水资源利用效率。通过制定统一的水资源管理政策,协调各部门之间的关系,避免管理职能分散和重复建设。根据水资源的时空分布特征和用水需求,制定科学的水资源规划和调度方案,实现水资源的合理配置[16]。
加强水资源监测,建立完善的水资源信息系统,为水资源管理提供科学依据。通过实时监测和数据分析,掌握水资源的动态变化情况,确保水资源管理的科学性和及时性。加强生态水资源保护,保障河流、湖泊、湿地等生态系统的健康和功能。通过实施生态恢复工程,修复受损的河流和湖泊,保护湿地生态系统,维护生态平衡。
4.2. 推广节水灌溉技术
引进和推广滴灌、喷灌等先进的节水灌溉技术,减少农业用水量,提高水资源利用效率。通过示范推广和技术培训,提高农民对节水灌溉技术的认识和应用水平。对传统的大水漫灌方式进行改进,推广节水型灌溉技术,如微喷灌、渗灌等,提高灌溉水利用效率。
通过农田水利工程建设,改善灌溉条件,提高农业用水效率。制定和实施节水政策,鼓励和支持节水灌溉技术的应用。通过政策引导和经济激励措施,提高农民节水意识,促进节水灌溉技术的普及和推广。确保农业生产的可持续性,同时减少对水资源的过度消耗。
4.3. 加强水污染防治
加大对工业污染源的监管力度,推广清洁生产技术,减少工业废水排放。通过实施环保工程,改造落后的生产工艺和设备,降低污染物排放量,提高废水处理水平。加强对农业面源污染的控制,推广有机农业和生态农业,减少农药和化肥的使用量。
通过实施农田保护工程,减少农田径流和土壤侵蚀,防止污染物进入水体。建立完善的水质监测和管理体系,及时掌握水质变化情况,采取有效措施防止和控制水污染。通过制定水质标准和污染物排放限值,严格控制污染物排放,保障水质安全。
4.4. 开展水资源保护和修复
实施河湖保护工程,修复受损的河流和湖泊,恢复其生态功能。通过建立自然保护区和生态保护区,加强对重要河湖的保护,维护水生态系统的健康和稳定。加强湿地保护,恢复和保护湿地生态系统。通过实施湿地恢复工程,增加湿地面积,改善湿地环境,提升湿地生态功能。
加强地下水保护,防止地下水过度开采和污染。通过制定地下水开采管理制度,控制地下水开采量,防止地下水位下降和地面沉降现象的发生。确保地下水资源的可持续利用,保护地下水生态系统的健康和稳定。
4.5. 提高水资源利用的科技水平
加强水资源利用和管理的科技研究,推广应用先进的水资源管理技术和设备。通过科技创新,提高水资源利用效率,降低用水成本,实现水资源的可持续利用。应用信息化技术,建立水资源信息管理系统,实现水资源管理的智能化和信息化[17]。
通过加强水资源信息的采集、处理和分析,提高水资源管理的科学性和准确性。加强对水资源管理人员和用水户的技术培训,提高他们的技术水平和管理能力。通过技术培训,提高他们对水资源优化配置的认识和应用能力,促进水资源管理水平的提升。
4.6. 建立水资源监测与预警系统
建立完善的水资源监测网络,实时监测水资源的动态变化。通过布设监测站点,采集水量、水质等数据,为水资源管理提供科学依据。建立水资源预警系统,及时预警水资源短缺和水质恶化等问题。通过建立预警指标体系,分析和预测水资源的变化趋势,采取预防措施,避免水资源危机的发生。
4.7. 加强公众水资源保护意识
通过宣传教育,提高公众的水资源保护意识,形成全社会共同参与的水资源保护氛围。通过开展水资源保护宣传活动,提高公众对水资源现状和问题的认识,增强他们的保护意识。鼓励社会各界参与水资源保护工作,形成政府、企业、公众共同参与的水资源保护机制。
通过建立公众参与平台,广泛听取公众意见,调动公众参与水资源保护的积极性。制定和完善水资源保护的法律法规,加强对水资源保护的法制保障。通过法律手段,规范和约束用水行为,保障水资源的合理利用和有效保护。
5. 结论
通过对新疆水资源现状和主要问题的分析,本文提出了一系列优化配置水资源的应对策略。这些策略不仅适用于新疆,也可为其他干旱地区的水资源管理提供借鉴。新疆的水资源问题具有显著的区域特征,解决这些问题需要综合运用多种策略,协同推进。
首先,综合水资源管理是实现水资源优化配置的基础。建立统一的水资源管理机构,协调各部门之间的关系,制定科学的水资源规划和调度方案,能够有效提高水资源利用效率,避免资源浪费和管理混乱。通过加强水资源监测和信息系统建设,为科学管理提供数据支持,并在此基础上实施生态恢复工程,保障生态系统的健康和功能。
其次,推广节水灌溉技术是提高农业用水效率的关键。农业是新疆水资源消耗的主要领域,传统灌溉方式的低效利用导致了大量水资源浪费。引进和推广滴灌、喷灌等先进节水灌溉技术,通过示范推广和技术培训,提升农民的技术水平和节水意识,可以大幅度减少农业用水量,提高水资源利用效率。
再次,加强水污染防治是保障水质安全的重要手段。通过对工业污染源的严格监管,推广清洁生产技术,改造落后生产工艺,可以减少工业废水排放,降低对水体的污染。控制农业面源污染,推广有机农业和生态农业,减少化肥和农药的使用量,可以有效改善农业污染问题。建立完善的水质监测和管理体系,制定严格的水质标准和污染物排放限值,是防止和控制水污染的有效措施。
此外,实施水资源保护和修复工程,修复受损的河流和湖泊,恢复湿地生态系统,防止地下水过度开采和污染,是维护生态平衡和保障水资源可持续利用的必要措施。通过加强科技研究和创新,推广应用先进的水资源管理技术和设备,提高水资源利用效率,实现水资源管理的智能化和信息化,可以大大提升管理水平和效果。
建立水资源监测与预警系统,实时监测水资源动态变化,及时预警水资源短缺和水质恶化等问题,可以有效避免水资源危机的发生。加强公众水资源保护意识,通过宣传教育、公众参与活动等,提高全社会的保护意识,形成政府、企业和公众共同参与的水资源保护机制,是实现水资源可持续利用的重要保障。
未来,需要进一步深化对新疆水资源优化配置的研究,结合区域实际情况,探索更加科学、合理的水资源管理模式。加强对水资源管理技术和方法的研究,推广应用先进的管理手段,提高水资源管理水平。同时,通过政策支持和法制保障,确保各项措施的有效实施,最终实现区域经济和社会的可持续发展。综合来看,新疆水资源的优化配置是一项系统工程,涉及多个领域和环节。通过综合运用以上策略,可以有效应对新疆及其他干旱地区的水资源问题,实现水资源的合理配置和可持续利用,为区域经济发展、生态环境保护和社会稳定提供有力保障。
基金项目
水库群汛期运行水位上下阈值界定及区间控制专题(2022YFC3202803-Z)。
NOTES
作者简介:李千珣,女,工程师,硕士,研究方向为水文学与水资源。Email: qianxunli@whu.edu.cn
*通讯作者Email: chenyingjian_xl@163.com