水利工程科技需求展望与思考

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摘要：“十四五”时期，为进一步缓解水资源供需不平衡、水安全保障程度不高等问题，阿克苏地区计划开工建设一批重要水利工程。在工程前期和建设过程中，需要进一步针对重大问题开展科学研究。通过分析阿克苏地区水资源、工程设计施工、水生态和智慧水利等方面存在的问题，提出了阿克苏地区水利工程方面的科技需求和研究方向，可为今后开展科学研究和水利工程建设提供参考。

关键词：水利工程；科技需求；展望；阿克苏地区

0引言

阿克苏地区位于新疆维吾尔自治区中部，塔里木盆地北缘，行政区域总面积13．13万km2，G314国道及南疆铁路穿境而过，交通便利，区位优势明显，是“一带一路”核心区的重要节点。2021年阿克苏地区GDP1564．54亿元，在新疆14个地州市中位列第三位。“十四五”期间，阿克苏地区水利规划投资599亿元，创历史新高，其中包括重大水资源配置工程、水库工程、农村供水保障工程、防洪工程、河湖连通、水生态水环境和智慧水利工程等，这些工程项目的启动面临新的问题与挑战，一大批关键技术亟待取得突破性进展，急需新的水利科技来支撑。

1阿克苏地区水资源概况

阿克苏地区地处亚欧大陆腹地，属典型的暖温干旱气候地区，多年平均气温10．7℃，极端最高气温37．9℃，极端最低气温－20．3℃，年日照时数为2795～3305h，年平均无霜期214d，年平均降水量88．9mm，年蒸发量1200～1500mm。阿克苏地区是新疆水资源总量较多的地区之一，境内冰川面积4098km2，储水2154亿m3，境内主要有阿克苏河、渭干河、塔里木河三大水系，地表水资源总量133．4亿m3；地下水资源量为49．95亿m3，近期地下水可开发潜力24．37亿m3，是南疆地下水开发潜力最大的地区之一［1］。新中国成立以来，阿克苏地区已逐步建成了引、输、蓄、灌、提、排、防洪、发电、农村安全饮水等一批水利基础设施。建成引水渠首和引水口85座，灌溉渠道36262km；建成大、中、小型水库21座，总库容10．93亿m3；建成排水渠总长17182km，各类堤防1259km；建成并正在运行的水电站28座，总装机容量51．6万kW，年发电量21．95亿kW·h；农村自来水集中供水工程75座，受益人口162．27万人［2］。当前，阿克苏地区水利工程建设已初具规模，水利事业蓬勃发展，为地区的经济发展奠定了坚实的基础。

2科研现状及存在的问题

阿克苏地区从事水利科技研究的机构较少，仅有塔里木大学下属的水利与建筑工程学院在从事水利科技方面的研究，该大学也是南疆区域内唯一设有水利专业的高等院校，主要研究方向是农业高效节水方面。塔里木河流域管理局依托目前世界最高的混凝土面板坝———大石峡水利枢纽开展了有关工程建设方面的课题研究，提出了“智慧大石峡”的概念。阿克苏地区水利局站在政府管理角度，立足于地区实际，针对当前阿克苏地区乃至全新疆水利界最棘手的问题———水资源短缺的问题，委托中国水科院开展了变化条件下阿克苏地区水资源承载力及综合调控研究。阿克苏地区各县（市）水利部门自2019年以来，为摸清地下水的情况，相继委托有关单位开展了地下水资源方面的研究。目前，阿克苏地区各有关水利部门虽然开展了一些研究，但仍然不能满足新时代水利发展的需求，特别是在水资源、水利工程设计与施工、水生态建设和智慧水利等方面依然存在明显的短板，很多重大涉水问题依然需要深度探索和研究，水利科技人才仍然需要大力培养和充实。

3水资源方面

3．1河流水资源总量

阿克苏地区境内主要有阿克苏河、渭干河、塔里木河三大水系。由于阿克苏地区地域面积大，无人区多，三大水系各支流纵横交错，实测水文资料缺失严重，各河流的水资源量，特别是一些规模较小的河流水资源量长期以来都没有较准确的数据，这也给后续的工程建设带来了较大的困扰。因此，研究并准确评价各条河流的水资源总量是水资源研究首先要解决的问题。

3．2气候变暖条件下的水资源配置

进入21世纪，全球气候变暖加剧，阿克苏地区各河流明显进入丰水年组，河道来水量偏大，研究丰水期水资源的开发利用和生态恢复之间的关系显得愈发迫切。同时，气候变暖导致冰川融化加剧，雪线明显上移，应尽快开展冰川变化对河川径流影响方面的研究，从而较好地预测未来存在的风险，积极寻求相应的减缓措施和相应对策。

3．3跨界河流水资源开发

阿克苏河是阿克苏人民的母亲河，主要由托什干河和库玛拉克河两大支流汇合而成，两大支流均发源于吉尔吉斯斯坦境内，其中，托什干河主河道全长457km，境内河长344km，境外河长113km；库玛拉克河主流全长293km，境内河长118km，境外河长175km［3］。境外上游河段的开发将直接影响改变下游河道的来水过程，对此，可先期开展跨界河流水资源开发利用方面的研究，以应对未来的风险挑战。

3．4渭干河“黑匣子”和托什干河回归水

阿克苏地区的木扎提河、喀普斯浪河、台勒维丘克河、卡拉苏河、克孜尔河等5条河流在克孜尔千佛洞附近汇合成渭干河，再经却勒塔格山进入新和县、库车市境内。根据30多年的水文资料显示，渭干河在流经却勒塔格山的短短20km河段，每年的径流量损失达2亿m3，存在水资源损失的“黑匣子”。探明并合理利用该部分水量对下游的新和县、库车市意义重大。阿克苏境内的乌什县位于托什干河两岸，县域内地下水丰富，泉水众多，被誉为“丝路泉城”。上游引水灌溉，下游又出露回归，但长期以来，引用水和回归水的关系始终没有定论，给乌什县水资源的合理开发利用带来了很大的困扰，因此，应尽快开展有关方面的课题研究。

3．5地下水资源合理开发利用

2013年，新疆维吾尔自治区人民政府发布实施了最严格的水资源管理三条红线控制指标，水资源管理日趋严格。截至2020年底，通过国控项目及地区水利信息化建设，地表水的管理已经基本实现总量可控。地下水的开采主要通过机电井提取，隐蔽性强，由于阿克苏地区地域辽阔，因此，地下水的监管一直是水资源管理的短板。进入21世纪以来，随着社会经济的快速发展，地下水开采量快速增加，因开采布局不合理，局部区域出现了不同程度的地下水超采或水质恶化现象。对于地处干旱地区的新疆来讲，地下水资源在生活、生产和生态供水中发挥着不可替代的作用，因此，进一步深入研究地下水资源的合理开发利用显得尤为重要。

4工程设计与施工方面

4．1水工建筑物冲沙、排沙

阿克苏地区气候干燥，风力强劲，植被稀疏，气温日差较大，风化作用强烈。在暴雨或冰雪融水作用下，山区积存的第四纪松散物质极易进入河流，导致阿克苏地区的河流含沙量普遍偏大［4］。阿克苏地区境内主要河流含沙量如表1所示。泥沙往往会对工程使用寿命及安全运行造成极大的影响，在多泥沙河流上修建水库应根据泥沙特点，认真研究减少水库淤积的措施；修建引（供）水工程，应尽可能使泥沙少进入隧洞、管道或渠道，以提高工程使用寿命。位于阿克苏地区拜城县的克孜尔水库仅运行28年，淤积量已达到3．2亿m3以上，占总库容的50％；温宿县的小石峡水电站、柯坪县的苏巴什水库也存在同样的问题。

4．2深厚覆盖层建坝

“十四五”时期，阿克苏地区共规划水库7座，其中山区水库4座，有3座位于深厚覆盖层上，特别是拜城县木扎提河枯木拔里水库拟推荐坝址处河床覆盖层厚度达355m，超出目前常规设计范畴。因此，需要深入开展覆盖层地基工程特性的原位测试、地基材料静动力特性试验研究，完善分析评价方法；深入研究渗流控制和防渗设计新技术；完善发展深厚覆盖层地基的设计理论与方法，提出配套设计标准。

4．3长距离输水隧洞施工

阿克苏地区资源性缺水与工程性缺水并重，国家拟在“十四五”末开工建设的重大水资源配置工程地质条件复杂，隧洞最大埋深2497m，单工作面最长开挖长度达17．8km。超长距离输水隧洞的TBM与配套系统适应性设计、洞内物料运输和通风技术、施工风险控制技术、施工超前地质预测预报技术、不良地质洞段综合处置技术、全寿命周期（BIM）数字化综合管理等都需要开展持续的研究和创新［5］。

4．4长距离输水管道安全保障

阿克苏地区所辖的9个县（市），只有柯坪县、阿瓦提县、沙雅县实现了城乡供水一体化，尚有6个县（市）仍然没有实现城乡供水一体化。在“十四五”期间，阿克苏地区将继续深入推进城乡供水一体化建设，力争完成阿克苏市、新和县城乡供水一体化建设；库车市在有条件的地区实现城乡供水一体化；拜城县、温宿县、乌什县以高水高用、低水低用为原则，扩大并小，逐步实现农村人口和城市人口饮用水同水质、同服务［6］。在大力推进农村城乡供水一体化和规模化供水的同时，输水距离将越来越长，如何提高长距离输水的保证率将是水利工程界面临的重要课题。在适合的条件下选择合适的管材、设置水锤防护安全设备、做好在线监测与反馈是长距离管道输水工程的重点研究方向。

5水生态方面

5．1湖泊生态水位

阿克苏地区现有湖泊13个，一个时期以来，由于人类活动增多，耕地面积持续增大，加之阿克苏地区气候极端干旱，湖泊蒸发量大，部分湖泊水位下降，甚至面临干涸的危险。2018年，阿克苏地区全面实行河湖长制，湖泊的修复日益引起人们的重视，也成为当前研究的热点。有一种观点认为，要尽可能地增加湖泊的面积以改善当地的生态条件，但阿克苏地区地处西北内陆干旱区，社会经济发展已经到了无水可用的境地，且每条河流的生态用水情况不同。因此，需要针对干旱区湖泊的基本特点以及每个湖泊的自身情况研究配置不同的生态水量，使其发挥最大的生态效益。阿克苏地区境内主要湖泊特性见表2。

5．2胡杨林补水

阿克苏地区天然胡杨林面积44．3万ha。胡杨林是阿克苏地区的天然生态屏障。自2019年胡杨林拯救行动启动以来，塔里木河流域已经有近40万ha胡杨林再现生机，但由于阿克苏地区胡杨林面积大、分布广，生态补水常态化机制还没有建立起来，胡杨林拯救行动依然任重而道远。柯坪县境内喀什噶尔河下游的哈拉坤胡杨林，由于没有落实生态用水指标，已经出现大面积死亡，因此，研究天然胡杨林的生态补水机制和生态补水通道十分迫切和重要。

5．3塔里木河干流生态水量

阿克苏河地表水多年平均径流总量为80．6亿m3，是唯一一条常年给塔里木河下泄生态水的源流，多年平均下泄给塔里木河水量为34．2亿m3，占塔里木河多年平均径流总量的74％，在塔里木河流域中占有特殊的地位，阿克苏河源流区的开发与治理，直接影响到塔里木河干流的生存与发展［3］。目前，经过21年的生态补水，塔里木河干流两岸生态初步恢复，下游尾闾台特玛湖面积已经达到511km2。近年，阿克苏地区先后又启动了阿克苏河、渭干河和空台里克区域3个百万亩生态工程，目前，这3个百万亩生态工程已陆续完成，但由于在塔里木河一期综合治理过程中未考虑上游阿克苏地区的生态用水指标，这3个百万亩生态工程缺乏水资源保障，生态用水问题十分突出，已经严重制约生态建设可持续发展。因此，统筹考虑塔里木河上、下游生态用水，合理分配阿克苏河水量的问题值得进一步深入探索。

6智慧水利方面

阿克苏地区水利信息化工作起步于20世纪90年代末，在新疆属于起步较早的地市，但由于建设理念、运行管理等诸多原因，导致水利信息化没有形成系统，仍然处于较落后的状态。水利信息化是智慧水利的基础，长期以来，阿克苏地区水利信息化建设都是跟随具体工程项目设计、施工，没有制定统一的技术要求和标准，项目建设存在着各自为政的现象，导致低水平重复建设；信息资源比较分散，开发利用效益不高，数据跨部门、跨层级、跨地区汇聚融合和深度利用困难重重，与智慧水利的要求差距还很大。研究如何实现水利部门上下级、流域管理机构、各相关部门的数据互联互通，为水利工作服务，将是智慧水利建设首先要解决的问题［7］。

7结语

通过对阿克苏地区水利科技需求的展望，可以得出以下结论：1）阿克苏地区地处西北内陆，气候干燥，降雨量少，水资源不足已经成为制约经济可持续发展的主要问题之一。地区水利相关部门结合当地实际，依托大石峡水利枢纽等重大水利工程开展了有关方面的科学研究，但仍然不能满足新时代水利发展的需求。2）今后一个时期，阿克苏地区水利建设任务艰巨，仍然有很多重大问题需要研究，面临的水利科技需求旺盛，集中体现在水资源、水利工程设计与施工、水生态和智慧水利等4个方面。水利科技工作将会在未来的水利发展中发挥越来越重要的作用，设想不久的将来，在一批重大水利项目建设完成后，水资源得到充分利用，干旱少雨的阿克苏地区将真正成为美丽的“塞上江南”。

作者:李鹤 单位:新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司