干旱区水资源配置与应急调配关键技术

6　塔河流域不同干旱等级下缺水模拟
分析

6.1　阿克苏河流域及塔河干流WEAP模型构建

6.1.1　构建要素

水资源系统概化涉及计算单元、水利工程、控制性节点、断面、水源、供水或调水渠道（或管道）系统和河网水系等。将水资源系统中各类物理元素（水库、引调水工程或扬水站、计算单元和河渠道交汇点等）概化为节点，各节点间通过有向线段（河渠道或管道等）连接，绘制出水资源系统概化网络图，见图6.1～图6.3。结合WEAP软件构建要素，水资源系统概化要素包括河道来水、灌区需求点、水库、地下储水、河道渠系与水文站。

1）河道来水

阿克苏河流域河道来水为阿克苏河流域水资源可利用量，塔河干流区河道来水为塔河干流区水资源可利用量，两者按天然来水过程等比例分配到每个月。

孔雀河水源由博斯腾湖西泵站扬水及达吾提闸出流汇集而成，自1983年博湖西泵站投入运行以及1988年宝浪苏木拦河分水枢纽建成以来，孔雀河即成为受人为控制的河流。90年代孔雀河年径流量保持在12.2亿～14.1亿m3之间，年均13.15亿m3，其中西泵站扬水8.55亿m3，占65%；达吾提闸出流4.21亿m3，占32%；解放一渠输出0.39亿m3，占3%。早年，孔雀河可流到罗布湖，全长785km。60年代孔雀河下泄水量逐年减少，70年代河水仅能到达尉犁县的阿克苏甫，流程缩短504km，罗布湖因无水源补给，已于1974年完全干涸。为弥补塔河下游灌区用水不足，巴州于1976年建立了库塔干渠工程，1977年开始将孔雀河冬季部分水量输至恰拉水库，90年代以来，平均给塔河下游输水2.29亿m3。根据《塔河流域近期综合治理规划报告》规定，开－孔河流域在66分水闸节点处通过库塔干渠向塔河干流下游供水4.5亿m3，不随来水变化而变化，其中2.5亿m3水量用于灌区灌溉，2.0亿m3水量用于生态恢复（计算塔河干流区水资源可利用量时已扣除），供水过程见表6.1。各河道不同干旱等级下各月来水流量统计见表6.2。

表6.1　开－孔河流域供水过程

表6.2　塔河流域不同干旱等级下各月来水流量

2）灌区概化

阿克苏河流域灌区概化为21个需求点，塔河流域灌区概化为9个需求点，各灌区需求点的种植面积、种植结构、灌溉定额、灌溉制度等数据在第5章“研究区需水分析”中都已列出。灌区需求点分布概化见图6.1～图6.3。

图6.1　塔河流域研究区灌区需求点概化

图6.2　塔河干流区灌区需求点概化

图6.3　阿克苏河流域灌区需求点概化

3）水库

阿克苏河流域内共有灌溉水库4个，塔河流域内有7个，各水库所需输入数据包括兴利库容、死库容和蒸发渗漏损失水量，水库损失水量在“研究区需水分析”中已列出，各水库特征库容统计见表6.3。

表6.3　塔河流域研究区各水库特征库容

4）地下储水

塔河流域内有两类地下储水，一类用于模拟流域河道剩余水量，“阿克苏河剩余水量”模拟阿克苏河到达下游水量，“塔河剩余水量”模拟塔河到达下游水量。另一类用于模拟水库损失水量，包括蒸发与下渗损失水量，WEAP模型中共有11个，分别是新井子水库损失水量、多浪水库损失水量、上游水库损失水量、胜利水库损失水量、帕满水库损失水量、其满水库损失水量、大寨水库损失水量、结然力克水库损失水量、塔里木水库损失水量、喀尔曲尕水库损失水量和恰拉水库损失水量。

5）河道渠系与水文站

研究区河道渠系主要由托什干河、库玛拉克河、阿克苏河、和田河、塔河、开－孔河及各级渠道组成。阿克苏河流域内有协合拉、沙里桂兰克、西大桥和依玛帕夏4个水文站；塔河干流区内有阿拉尔、新其满、英巴扎和恰拉4个水文站。

6.1.2　运行规则

1）优先顺序

塔河流域内有两类需求点，分别是“灌溉需求点”和“水库”，其中灌溉需求点分为河道灌溉需求点和水库灌溉需求点，河道灌溉需求点仅由河道供给水量；水库灌溉需求点由河道、水库共同供给水量。WEAP模型模拟时将根据需水优先顺序依次为各类需求点供水。各类需求点在不同保证率下各月需水优先顺序见表6.4。

表6.4　塔河流域研究区各类需求点各月需水优先顺序

水库灌溉需求点由河道与水库共同供给水量，河道供水优先顺序为1，水库供水优先顺序为2。河道来水优先满足“灌溉需求点”，而河道灌溉需求点与水库灌溉需求点的需水顺序有所不同；然后满足“水库”需求点，即“灌溉需求点”的需水优先顺序总是高于“水库”需求点。水库作为一种特殊需求点，一方面在河道来水量相对充足时储存剩余水量，另一方面在河道来水量短缺时供给灌区水量，河道来水量的充足或短缺将依据各月河道来水量与灌区需水量的对比分析得出初步结论。

河道灌溉需求点仅由河道供给水量，需水满足度受河道来水影响较大，故将需水优先顺序设为1。水库灌溉需求点由河道与水库联合供给水量，在来水量相对充足的月份（7月、8月、6月），需水优先顺序与河道灌溉需求点相同，设为1，此时河道来水量聚合物除可以满足河道灌溉需求点与水库灌溉需求点的需水量外，还有剩余水量由水库储存；水库灌溉需求点在9月、10月的需水优先顺序设为2，河道来水量将优先供给河道灌溉需求点，若有剩余水量将与水库联合供给水库灌溉需求点；水库灌溉需求点与河道灌溉需求点在12月、1月、2月的需水量均为0，故需水优先顺序可设为1，河道来水量由水库储存；在河道来水量短缺时（11月、3月、4月和5月），其需水优先顺序设为1，此时由水库和河道联合供水。

2）水库调度

阿克苏河流域汛期为6～8月，非汛期为9月～翌年5月，塔河干流区汛期为7～9月，非汛期为10月～翌年6月，一般将非汛期确定为非调度期，汛期确定为调度期。干旱条件下，研究区7～8月来水量最大，是水库调度关键期，即设定7月为调度开始月份。WEAP模型模拟水库调度是从7月开始，各水库7月份月初库容均为各自死库容，7月、8月有相对剩余水量供给水库蓄水，9月、10月、11月水库供给水库灌溉需求点水量，12月、1月、2月有相对剩余水量供给水库蓄水，3月、4月、5月水库供给水库灌溉需求点水量，6月有相对剩余水量供给水库蓄水。

3）水量平衡

水量平衡方程是WEAP模型中水的月收支计算的基础：总入流等于总出流，去除任何存储变化（水库和潜水层）。

阿克苏河流域水量平衡方程如下：

　月末库容＝水库进水＋月初库容－水库损失－库灌区用水　　（6.2） 　阿克苏河流域来水量－河灌区用水－阿克苏河剩余水量＝月末库容＋库灌区用水＋水库损失－月初库容　　（6.3）

　阿克苏河剩余水量＝阿克苏河流域来水量－水库损失－用水量－月末库容＋月初库容　　（6.4）

式（6.3）由式（6.1）与式（6.2）推导得到；式（6.4）中的用水量包括阿克苏河流域河灌区用水与库灌区用水。

　塔河干流区来水量－河灌区用水－塔河剩余水量＝月末库容＋库灌区用水＋水库损失－月初库容　　（6.7）

　塔河干流区来水量－水库损失－用水量－月末库容＋月初库容＝塔河剩余水量　　（6.8）

塔河干流区来水量包括阿克苏河下泄水量、和田河下泄水量与开－孔河下泄水

量。式（6.7）由式（6.5）与式（6.6）推导得到；式6.8中的用水量包括塔河干流区河灌区用水与库灌区用水。

由式（6.4）与式（6.8）得到研究区水量平衡方程为：

　研究区来水量－水库损失－用水量－月末库容＋月初库容＝剩余水量（6.9）

式中，研究区来水量包括阿克苏河流域来水量与塔河干流区来水量，剩余水量包括阿克苏河剩余水量与塔河剩余水量。通过式（6.9）计算得到研究区剩余水量，并与模型模拟得到的“剩余水量”进行对比分析，检验模拟准确性。

6.2　塔河流域不同干旱等级下基准年模拟结果及分析

6.2.1　干旱年的基准年模拟结果及分析

1）来水量

干旱年下塔河流域研究区各月来水过程见图6.4与表6.5。

图6.4　干旱年下的塔河流域各月来水过程（百万m3）

表6.5　干旱年下的塔河流域研究区各月来水量

2）需求点满足度

塔河流域内各灌溉需求点各月需水量见图6.5与表6.6，各灌溉需求点各月用水量见图6.6与表6.7，各灌溉需求点各月满足度见图6.7与表6.8。

图6.5（彩插1）　干旱年下塔河流域各灌溉需求点各月需水量（百万m3）

图6.6（彩插2）　干旱年下塔河流域各灌溉需求点各月用水量（百万m3）

图6.7（彩插3）　干旱年下塔河流域各灌溉需求点各月满足度（%）

表6.6　干旱年下塔河流域各灌溉需求点各月需水量

（续表6.6）

表6.7　干旱年下塔河流域各灌溉需求点各月用水量

（续表6.7）

表6.8　干旱年下塔河流域研究区各灌溉需求点各月满足度

（续表6.8）

由图6.7与表6.8分析可知，研究区内各灌区在12月、1月、2月需水量为0，故满足度均为100%；在11月、3月、4月、5月满足度较低，其中3月缺水程度较为严重，大部分灌区满足度不足10%；河道灌溉需求点与水库灌溉需求点各月满足度情况有所不同，这与水库调蓄有关。

阿克苏河流域内各河道灌溉需求点各月满足度情况一致，以“阿热勒灌区”为例，7月、8月、10月、6月河道来水量相对充足，故满足度均为100%，9月、11月、3月、4月、5月河道来水量相对短缺，存在不同程度缺水，其中3月满足度仅为7.61%，作物无法正常生长。

阿克苏河流域内各水库灌溉需求点各月满足度情况有所不同，沙井子灌区由新井子水库和河道联合供水，7月、8月、10月、6月河道来水量相对充足，满足度为100%；9月仅由新井子水库供水，满足度为100%；11月、3月由新井子水库和河道同时供水，故满足度高于仅由河道供水的河道灌溉需求点；4月、5月因水库已无蓄水，仅由河道供给水量，故满足度与河道灌溉需求点相同。塔里木灌区2由胜利水库（由上游水库供水）和河道联合供水，7月、8月、10月、6月河道来水量相对充足，满足度为100%；9月仅由胜利水库供水，满足度为100%；11月、3月由胜利水库和河道同时供水，故满足度高于仅由河道供水的河道灌溉需求点，满足度为100%；4月、5月因水库已无蓄水，仅由河道供给水量，故满足度与河道灌溉需求点相同。塔里木灌区3由多浪水库和河道联合供水，7月、8月、10月、6月河道来水量相对充足，满足度为100%；9月仅由多浪水库供水，满足度为100%；11月、3月由多浪水库和河道同时供水，故满足度高于仅由河道供水的河道灌溉需求点；4月、5月因水库已无蓄水，仅由河道供给水量，故满足度与河道灌溉需求点相同。

干旱年下，阿克苏河流域大部分灌溉需求点在3月、5月满足度低于60%，作物生长受到严重影响，其中水库灌溉需求点满足度整体高于河道灌溉需求点，但水库在4月、5月调节作用不显著。

塔河干流区内各河道灌溉需求点各月满足度情况一致，以“塔河上游灌区”为例，9月、10月河道来水量相对充足，满足度均为100%；7月、8月、11月、3月、4月、5月、6月河道来水量相对短缺，存在不同程度缺水，其中11月、3月满足度低于10%，作物无法正常生长。

塔河干流区内各水库灌溉需求点各月满足度情况有所不同，大寨水库灌区由大寨水库和河道联合供水，7月、8月由大寨水库和河道同时供水，故满足度高于塔河干流区河道灌溉需求点；9月、10月河道来水量相对充足，满足度均为100%；11月、3月、4月、5月、6月仅由河道供水，水库已无蓄水，存在不同程度缺水，其中11月、3月满足度低于10%，作物无法正常生长。结然力克水库灌区由结然力克水库和河道联合供水，7月、8月由结然力克水库和河道同时供水，故满足度高于塔河干流区河道灌溉需求点；9月、10月河道来水量相对充足，满足度均为100%；11月、3月、4月、5月、6月仅由河道供水，水库已无蓄水，存在不同程度缺水，其中11月、3月满足度低于10%，作物无法正常生长。喀尔曲尕水库灌区由喀尔曲尕水库和河道联合供水，7月、8月、11月由喀尔曲尕水库和河道同时供水，故满足度高于塔河干流区河道灌溉需求点；9月、10月河道来水量相对充足，满足度均为100%；3月、4月、5月、6月仅由河道供水，水库已无蓄水，存在不同程度缺水，其中3月满足度低于10%，作物无法正常生长。帕满水库灌区由帕满水库和河道联合供水，7月由帕满水库和河道同时供水，故满足度高于塔河干流区河道灌溉需求点；9月、10月河道来水量相对充足，满足度均为100%；8月、11月、3月、4月、5月、6月仅由河道供水，水库已无蓄水，存在不同程度缺水，其中11月、3月满足度低于10%，作物无法正常生长。其满水库灌区由其满水库和河道联合供水，7月、8月、11月由其满水库和河道同时供水，故满足度高于塔河干流区河道灌溉需求点；9月、10月河道来水量相对充足，满足度均为100%；3月、4月、5月、6月仅由河道供水，水库已无蓄水，存在不同程度缺水，其中3月满足度低于10%，作物无法正常生长。塔里木水库灌区由塔里木水库和河道联合供水，7月、8月由塔里木水库和河道同时供水，故满足度高于塔河干流区河道灌溉需求点；9月、10月河道来水量相对充足，满足度均为100%；11月、3月、4月、5月、6月仅由河道供水，水库已无蓄水，存在不同程度缺水，其中11月、3月满足度低于10%，作物无法正常生长。塔河下游灌区由恰拉水库和河道联合供水，因有开－孔河下泄2.5亿m3水量供给塔河下游灌区，故各月满足度均为100%，7月、8月、11月、3月、4月、5月、6月由恰拉水库和河道同时供水，故满足度高于塔河干流区河道灌溉需求点。

干旱年下，塔河干流区大部分灌溉需求点在11月、3月满足度低于10%，作物无法正常生长，其中水库灌溉需求点满足度整体高于河道灌溉需求点，但水库在11月、3月、4月、5月调节作用不显著。

3）各水库调节平衡计算

塔河流域研究区内各水库各月月末库容模拟结果见图6.8与表6.9，各水库调节平衡计算见表6.10～表6.20。

图6.8（彩插4）　干旱年下塔河流域各水库各月月末库容（百万m3）

表6.9　干旱年下塔河流域各水库各月月末库容

表6.10　大寨水库调节平衡计算

表6.11　多浪水库调节平衡计算

表6.12　结然力克水库调节平衡计算

表6.13　喀尔曲尕水库调节平衡计算

表6.14　帕满水库调节平衡计算

表6.15　其满水库调节平衡计算

表6.16　恰拉水库调节平衡计算

表6.17　上游水库调节平衡计算

表6.18　胜利水库调节平衡计算

表6.19　塔里木水库调节平衡计算

表6.20　新井子水库调节平衡计算

4）各水库累计损失计算

研究区各月月末各水库损失水量累计值模拟结果见图6.9与表6.21。阿克苏河和塔河干流各月剩余水量均为0。

图6.9（彩插5）　干旱年下塔河流域各月月末各水库损失水量累计值（百万m3）

表6.21　干旱年下塔河流域各月月末各水库损失水量累计值

5）水量平衡验证

由式（6.9）可计算得到研究区剩余水量，与模型模拟结果“剩余水量”进行对比

（见表6.22），存在的误差是因数据四舍五入造成，模型模拟准确。

表6.22　塔河流域研究区水量平衡计算

6.2.2　重度干旱情况的基准年模拟结果及分析

1）来水量

重度干旱时塔河流域各月来水过程见图6.10与表6.23。

图6.10　重度干旱下塔河流域各月来水过程（百万m3）

表6.23　重度干旱下塔河流域各月来水过程

2）需求点满足度

塔河流域内各灌溉需求点各月需水量见图6.5与表6.6，各灌溉需求点各月用水量见图6.11与表6.24，各灌溉需求点各月满足度见图6.12与表6.25。

图6.11（彩插6）　重度干旱下塔河流域各灌溉需求点各月用水量（百万m3）

表6.24　重度干旱下塔河流域各灌溉需求点各月用水量

（续表6.24）

图6.12（彩插7）　重度干旱下塔河流域各灌溉需求点各月满足度（%）

表6.25　重度干旱下塔河流域各灌溉需求点各月满足度

由图6.12与表6.25分析可得，研究区内各灌区在12月、1月、2月需水量为0，故满足度均为100%；大部分灌区在7月、3月、4月、5月满足度较低，其中3月缺水程度较为严重，大部分灌区满足度不足10%；河道灌溉需求点与水库灌溉需求点各月满足度情况有所不同，与水库调蓄有关。

阿克苏河流域内各河道灌溉需求点各月满足度情况一致，以“阿热勒灌区”为例，8月、10月、6月河道来水量相对充足，故满足度均为100%，7月、9月、11月、3月、4月、5月河道来水量相对短缺，存在不同程度缺水，其中3月、4月满足度低于60%，作物无法正常生产。

阿克苏河流域内各水库灌溉需求点各月满足度情况有所不同，沙井子灌区由新井子水库和河道联合供水，8月、10月、6月河道来水量相对充足，满足度为100%；9月仅由新井子水库供水，满足度为23.42%；7月、11月、3月由新井子水库和河道同时供水，故满足度高于仅由河道供水的河道灌溉需求点；4月、5月因水库已无蓄水，仅由河道供给水量，故满足度与河道灌溉需求点相同。塔里木灌区2由胜利水库（由上游水库供水）和河道联合供水，8月、10月、6月河道来水量相对充足，满足度为100%；9月仅由胜利水库供水，满足度为58.20%；7月、11月、3月由胜利水库和河道同时供水，故满足度高于仅由河道供水的河道灌溉需求点，满足度为100%；4月、5月因水库已无蓄水，仅由河道供给水量，故满足度与河道灌溉需求点相同。塔里木灌区3由多浪水库和河道联合供水，8月、10月、6月河道来水量相对充足，满足度为100%；9月仅由多浪水库供水，满足度为32.08%；7月、11月、3月由多浪水库和河道同时供水，故满足度高于仅由河道供水的河道灌溉需求点；4月、5月因水库已无蓄水，仅由河道供给水量，故满足度与河道灌溉需求点相同。

重度干旱年下，阿克苏河流域灌溉需求点在3月、4月大部分满足度低于60%，作物生长受到严重影响，其中水库灌溉需求点满足度整体高于河道灌溉需求点，但水库在4月、5月调节作用不显著。

塔河干流区内各河道灌溉需求点各月满足度情况一致，以“塔河上游灌区”为例，9月、10月河道来水量相对充足，满足度均为100%；7月、8月、11月、3月、4月、5月、6月河道来水量相对短缺，存在不同程度缺水，其中11月、3月满足度低于10%，7月、4月满足度低于60%，作物无法正常生长。

塔河干流区内各水库灌溉需求点各月满足度情况有所不同，大寨水库灌区由大寨水库和河道联合供水，7月、11月由大寨水库和河道同时供水，故满足度高于塔河干流区河道灌溉需求点，11月满足度仅为14.07%；9月、10月河道来水量相对充足，满足度均为100%；8月、3月、4月、5月、6月仅由河道供水，水库已无蓄水，存在不同程度缺水，其中3月、4月满足度低于60%，作物无法正常生长。结然力克水库灌区由结然力克水库和河道联合供水，7月、8月、11月由结然力克水库和河道同时供水，故满足度高于塔河干流区河道灌溉需求点，其中11月满足度低于60%；9月、10月河道来水量相对充足，满足度均为100%；3月、4月、5月、6月仅由河道供水，水库已无蓄水，存在不同程度缺水，其中3月、4月满足度低于60%，作物无法正常生长。喀尔曲尕水库灌区由喀尔曲尕水库和河道联合供水，7月、8月、11月由喀尔曲尕水库和河道同时供水，故满足度高于塔河干流区河道灌溉需求点；9月、10月河道来水量相对充足，满足度均为100%；3月、4月、5月、6月仅由河道供水，水库已无蓄水，存在不同程度缺水，其中3月、4月满足度低于60%，作物无法正常生长。帕满水库灌区由帕满水库和河道联合供水，7月、11月由帕满水库和河道同时供水，故满足度高于塔河干流区河道灌溉需求点，其中11月满足度低于60%；9月、10月河道来水量相对充足，满足度均为100%；8月、3月、4月、5月、6月仅由河道供水，水库已无蓄水，存在不同程度缺水，其中3月、4月满足度低于60%，作物无法正常生长。其满水库灌区由其满水库和河道联合供水，7月、8月、11月由其满水库和河道同时供水，故满足度高于塔河干流区河道灌溉需求点，其中11月满足度低于60%；9月、10月河道来水量相对充足，满足度均为100%；3月、4月、5月、6月仅由河道供水，水库已无蓄水，存在不同程度缺水，其中3月、4月满足度低于60%，作物无法正常生长。塔里木水库灌区由塔里木水库和河道联合供水，7月、11月由塔里木水库和河道同时供水，故满足度高于塔河干流区河道灌溉需求点，其中11月满足度低于60%；9月、10月河道来水量相对充足，满足度均为100%；8月、3月、4月、5月、6月仅由河道供水，水库已无蓄水，存在不同程度缺水，其中3月、4月满足度低于60%，作物无法正常生长。塔河下游灌区由恰拉水库和河道联合供水，因开－孔河下泄2.5亿m3水量供给塔河下游灌区，且7月、8月、11月、3月、4月、5月、6月由恰拉水库和河道同时供水，故满足度高于塔河干流区河道灌溉需求点。

重度干旱下，塔河干流区大部分灌溉需求点在11月、3月、4月满足度低于60%，作物无法正常生长，其中水库灌溉需求点满足度整体高于河道灌溉需求点，但水库在3月、4月、5月、6月调节作用不显著。

3）各水库调节平衡计算

塔河流域内各水库各月月末库容模拟结果见图6.13与表6.26，各水库调节平衡计算见表6.27～表6.37。

表6.26　重度干旱下塔河流域各水库各月月末库容

（续表6.26）

图6.13（彩插8）　重度干旱下塔河流域各水库各月月末库容（百万m3）

表6.27　大寨水库调节平衡计算

表6.28　多浪水库调节平衡计算

表6.29　结然力克水库调节平衡计算

表6.30　喀尔曲尕水库调节平衡计算

(https://www.xing528.com)

表6.31　帕满水库调节平衡计算

表6.32　其满水库调节平衡计算

表6.33　恰拉水库调节平衡计算

表6.34　上游水库调节平衡计算

表6.35　胜利水库调节平衡计算

表6.36　塔里木水库调节平衡计算

表6.37　新井子水库调节平衡计算

4）各水库累计损失计算

塔河流域各月月末各水库累计损失水量与模拟结果见图6.14与表6.38。阿克苏河和塔河干流各月剩余水量均为0。

图6.14（彩插9）　重度干旱下塔河流域各水库损失水量与各河道剩余水量各月月末累计值（百万m3）

表6.38　重度干旱下塔河流域各月月末各水库累计损失水量值

5）水量平衡验证

由式（6.9）可计算得到研究区剩余水量，与模型模拟结果“剩余水量”进行对比（见表6.39），存在的误差是因数据四舍五入造成，模型模拟准确。

表6.39　重度干旱下塔河流域水量平衡计算

6.2.3　特大干旱情况的基准年模拟结果及分析

1）塔河流域来水量

特大干旱下塔河流域各月来水过程见图6.15与表6.40。

图6.15　特大干旱下塔河流域各月来水过程（百万m3）

表6.40　特大干旱下塔河流域各月来水过程

2）需求点满足度

塔河流域内各灌溉需求点各月需水量见图6.5与表6.6，各灌溉需求点各月用水量见图6.16与表6.41，各灌溉需求点各月满足度见图6.17与表6.42。

图6.16（彩插10）　特大干旱年塔河流域各灌溉需求点各月用水量（百万m3）

表6.41　特大干旱年塔河流域各灌溉需求点各月用水量

（续表6.41）

图6.17（彩插11）　特大干旱年塔河流域各灌溉需求点各月满足度（单位：%）

表6.42　特大干旱年塔河流域各灌溉需求点各月满足度

由图6.17与表6.42分析可得，研究区内各灌区在12月、1月、2月需水量为0，故满足度均为100%；大部分灌区在9月、11月、3月、4月、5月满足度较低，其中3月缺水程度较为严重，大部分灌区满足度不足10%；河道灌溉需求点与水库灌溉需求点各月满足度情况有所不同，与水库调蓄有关。

阿克苏河流域内各河道灌溉需求点各月满足度情况一致，以“阿热勒灌区”为例，8月、10月河道来水量相对充足，故满足度均为100%，7月、9月、11月、3月、4月、5月、6月河道来水量相对短缺，存在不同程度缺水，其中9月、11月、3月、4月、5月满足度低于60%，作物无法正常生产。

阿克苏河流域内各水库灌溉需求点各月满足度情况有所不同，沙井子灌区由新井子水库和河道联合供水，8月河道来水量相对充足，满足度为100%；7月、9月、3月由新井子水库和河道同时供水，故满足度高于仅由河道供水的河道灌溉需求点；10月、11月、4月、5月、6月因水库已无蓄水，仅由河道供给水量，故满足度与河道灌溉需求点相同（其中10月满足度低于河道灌溉需求点，因为河道来水量首先满足河道灌溉需求点，然后再供给沙井子灌区）。塔里木灌区2由胜利水库（由上游水库供水）和河道联合供水，8月河道来水量相对充足，满足度为100%；7月、9月、10月、11月、3月由胜利水库和河道同时供水，故满足度高于仅由河道供水的河道灌溉需求点；4月、5月、6月因水库已无蓄水，仅由河道供给水量，故满足度与河道灌溉需求点相同。塔里木灌区3由多浪水库和河道联合供水，8月河道来水量相对充足，满足度为100%；7月、9月、3月由多浪水库和河道同时供水，故满足度高于仅由河道供水的河道灌溉需求点；10月、11月、4月、5月、6月因水库已无蓄水，仅由河道供给水量，故满足度与河道灌溉需求点相同（其中10月满足度低于河道灌溉需求点，河道来水量首先满足河道灌溉需求点，然后再供给塔里木灌区3）。

特大干旱年，阿克苏河流域大部分灌溉需求点在9月、11月、3月、4月、5月满足度低于60%，作物生长受到严重影响，其中水库灌溉需求点满足度整体高于河道灌溉需求点，但水库在11月、4月、5月、6月调节作用不显著。

塔河干流区内各河道灌溉需求点各月满足度情况一致，以“塔河上游灌区”为例，9月、10月河道来水量相对充足，满足度均为100%；7月、8月、11月、3月、4月、5月、6月河道来水量相对短缺，存在不同程度缺水，其中11月、3月满足度低于10%，4月、5月、6月满足度低于60%，作物无法正常生长。

塔河干流区内各水库灌溉需求点各月满足度情况有所不同，大寨水库灌区由大寨水库和河道联合供水，7月由大寨水库和河道同时供水，故满足度高于塔河干流区河道灌溉需求点；8月、9月、10月、11月、3月、4月、5月、6月仅由河道供水，水库已无蓄水，存在不同程度缺水，9月、11月、3月、4月、5月、6月满足度低于60%，作物无法正常生长（其中9月、10月满足度低于河道灌溉需求点，因为河道来水量首先满足河道灌溉需求点，然后再满足大寨水库灌区）。结然力克水库灌区由结然力克水库和河道联合供水，7月、8月由结然力克水库和河道同时供水，故满足度高于塔河干流区河道灌溉需求点，均为100%；9月、10月、11月、3月、4月、5月、6月仅由河道供水，水库已无蓄水，存在不同程度缺水，9月、11月、3月、4月、5月、6月满足度低于60%，作物无法正常生长（其中9月、10月满足度低于河道灌溉需求点，因为河道来水量首先满足河道灌溉需求点，然后再满足结然力克灌区）。喀尔曲尕水库灌区由喀尔曲尕水库和河道联合供水，7月、8月、9月、10月、11月由喀尔曲尕水库和河道同时供水，故满足度高于塔河干流区河道灌溉需求点，均为100%；3月、4月、5月、6月仅由河道供水，水库已无蓄水，存在不同程度缺水，满足度均低于60%，作物无法正常生长。帕满水库灌区由帕满水库和河道联合供水，7月由帕满水库和河道同时供水，故满足度高于塔河干流区河道灌溉需求点；8月、9月、10月、11月、3月、4月、5月、6月仅由河道供水，水库已无蓄水，存在不同程度缺水，9月、11月、3月、4月、5月、6月满足度低于60%，作物无法正常生长，其中9月、10月满足度低于河道灌溉需求点，河道来水量首先满足河道灌溉需求点，然后再满足度帕满灌区。其满水库灌区由其满水库和河道联合供水，7月、8月、9月、10月由其满水库和河道同时供水，故满足度高于塔河干流区河道灌溉需求点，满足度均为100%；11月、3月、4月、5月、6月仅由河道供水，水库已无蓄水，存在不同程度缺水，满足度均低于60%，作物无法正常生长。塔里木水库灌区由塔里木水库和河道联合供水，7月由塔里木水库和河道同时供水，故满足度高于塔河干流区河道灌溉需求点；8月、9月、10月、11月、3月、4月、5月、6月仅由河道供水，水库已无蓄水，存在不同程度缺水，9月、11月、3月、4月、5月、6月满足度低于60%，作物无法正常生长，其中9月、10月满足度低于河道灌溉需求点，河道来水量首先满足河道灌溉需求点，然后再满足度塔里木灌区。塔河下游灌区由恰拉水库和河道联合供水，因有开－孔河下泄2.5亿m3水量供给塔河下游灌区，7月、8月、9月、10月、11月、3月、4月、5月、6月又由恰拉水库和河道同时供水，故满足度高于塔河干流区河道灌溉需求点。

特大干旱年，塔河干流区大部分灌溉需求点在11月、3月、4月、5月、6月满足度低于60%，作物无法正常生长，水库在9月、10月、11月、3月、4月、5月、6月调节作用不显著。

3）各水库调节平衡计算

塔河流域内各水库各月月末库容模拟结果见图6.18与表6.43，各水库调节平衡计算见表6.44～表6.54。

图6.18（彩插12）　特大干旱年塔河流域各水库各月月末库容（百万m3）

表6.43　特大干旱年塔河流域各水库各月月末库容

表6.44　大寨水库调节平衡计算

表6.45　多浪水库调节平衡计算

表6.46　结然力克水库调节平衡计算

表6.47　喀尔曲尕水库调节平衡计算

表6.48　帕满水库调节平衡计算

表6.49　其满水库调节平衡计算

表6.50　恰拉水库调节平衡计算

表6.51　上游水库调节平衡计算

表6.52　胜利水库调节平衡计算

表6.53　塔里木水库调节平衡计算

表6.54　新井子水库调节平衡计算

4）各水库累计损失计算

塔河流域各水库损失水量与各河道剩余水量各月月末累计值模拟结果见图6.19与表6.55。阿克苏河和塔河干流各月剩余水量均为0。

图6.19（彩插13）　特大干旱年塔河流域各水库损失水量与各河道剩余水量各月月末累计值（百万m3）

表6.55　特大干旱年塔河流域各水库损失水量与各河道剩余水量各月月末累计值

5）水量平衡验证

由式（6.9）可计算得到研究区剩余水量，与模型模拟结果“剩余水量”进行对比（见表6.56），存在的误差是因数据四舍五入造成，模型模拟准确。

表6.56　塔河流域水量平衡计算

6.2.4　不同干旱等级下对比分析

将塔河流域研究区内灌溉需求点分为河灌区（河道灌溉需求点）与库灌区（水库灌溉需求点）两类需求点，各水资源分区各类灌溉需求点平均满足度统计见表6.57。

表6.57　塔河流域各水资源分区各类灌溉需求点平均满足度

由图6.20可看出，阿克苏河流域缺水月份主要分布在9月、3月、4月与5月，其中3月缺水程度比较严重，不同干旱等级下，3月份河灌区满足度仅为7.5%左右，库灌区满足度均低于71%。不同干旱等级下，库灌区各月满足度整体上大于河灌区各月满足度，水库调蓄作用明显。随着干旱的加重，河灌区与库灌区满足度整体呈下降趋势，极端干旱条件下，河灌区和库灌区在3月、4月与5月满足度均未达到60%，无法满足作物正常生长。

图6.20　不同干旱等级下阿克苏河流域不同灌区满足度对比

由图6.21可看出，塔河干流区缺水月份主要分布在11月、3月、4月与5月，其中11月与3月缺水程度比较严重，不同干旱等级下，11月河灌区满足度低于9.3%，库灌区满足度低于46%；3月河灌区与库灌区满足度均低于22%，无法满足作物正常生长。不同干旱等级下，库灌区各月满足度整体上大于河灌区各月满足度，水库调蓄作用显著。随着来水保证率的提高，河灌区与库灌区满足度整体呈下降趋势，极端干旱条件下，河灌区和库灌区在11月、3月、4月、5月与6月满足度均未达到60%，无法满足作物正常生长。

图6.21　不同干旱等级下塔河干流区不同灌区满足度对比

6.3　叶尔羌河流域的WEAP模型构建

根据叶尔羌河流域内水资源调配的实际状况，基于叶尔羌河流域内的水源条件和引、用水关系［52］［53］，结合流域实际行政分区，将水资源系统中的主要要素水源以及用户进行了概化，将研究区划分为叶城、泽普、莎车、麦盖提、巴楚、岳普湖和前海7个计算子分区，分区水源主要是河道水源、水库水源和地下水源。考虑到地表供水实际情况，将部分分区分开概化，得到叶尔羌河流域水资源系统概化图（见图6.22）。

图6.22（彩插14）　叶尔羌河流域灌区WEAP模型概化图

叶尔羌河流域灌区共概化为21个水库，57个需求点、7个地下水和4条河流。

水库：包括保拉水库、宗郎一及宗郎二水库（合并）、白来克其亚水库、苏盖提水库、桑水库、米吉冬水库和墩巴格水库（合并）、吉仁力玛水库、汗克尔水库、塔合其水库、色里勿衣水库、艾力西湖水库、东方红上库、东方红下库、邦克尔水库、卫星水库、红海子水库、草龙水库、苏库恰克水库、小海子水库、永安坝水库和依干其水库。

需求点：分别是叶城灌区1、叶城灌区2、泽普灌区、莎西灌区、莎东灌区1、莎东灌区2、麦西灌区、麦东灌区1、麦东灌区2、麦东灌区3、岳普湖灌区、巴楚北灌区、巴楚南灌区、前进灌区、小海子灌区、叶城城乡、叶城工业、叶城牲畜1、叶城牲畜2、叶城渔业1、叶城渔业2、泽普城乡、泽普工业、泽普牲畜、泽普渔业、莎车城乡、莎车工业、莎西牲畜、莎西渔业、莎东1牲畜、莎东1渔业、莎东2牲畜、莎东2渔业、麦盖提城乡、麦盖提工业、麦西牲畜、麦西渔业、麦东1牲畜、麦东1渔业、麦东3牲畜、麦东3渔业、岳普湖城乡、岳普湖工业、岳普湖牲畜、岳普湖渔业、巴楚城乡、巴楚工业、巴楚北牲畜、巴楚北渔业、巴楚南牲畜、巴楚南渔业、农三师、前海工业、前进牲畜、前进渔业、小海子牲畜和小海子渔业。

地下水：分别是叶城地下水、泽普地下水、莎车地下水、麦盖提地下水、岳普湖地下水、巴楚地下水和前海地下水（各地下水节点用来储存对应灌区内的水库、河道、渠系渗漏水量）。

河流：分别是叶尔羌河、提孜那甫河、柯克亚河和乌鲁克河。

用水关系根据水资源供给现状进行概化。模型的输入包括需水量、入流量和有关参数。其中需水量包括农业、城乡、工业、牲畜、渔业需水量。入流量为河流来水量。有关参数包括水库库容、河道损失、供给优先顺序等。

6.3.1　河流来水量

河流来水量指的是不同干旱等级下进入到研究区系统的水量。不同干旱等级下，各月河流来水量见表6.58。

表6.58　叶尔羌河流域不同干旱等级下的月河道来水量

6.3.2　需求点概化

叶尔羌河流域分为叶城灌区、泽普灌区、莎车灌区、麦盖提灌区、麦东灌区1、岳普湖灌区、巴楚灌区、前海灌区8个灌区。各灌区包含若干需求点，为方便模型运行和考虑实际情况，将莎车灌区、麦盖提灌区、巴楚灌区和前海灌区分成莎西灌区、莎东灌区1、莎东灌区2，麦西灌区、麦东灌区1、麦东灌区2、麦东灌区3，巴楚北灌区、巴楚南灌区，前进灌区、小海子灌区。研究区各灌区种植结构图见图6.23。

图6.23　各灌区种植结构

6.4　不同干旱等级的基准年模拟结果及分析

WEAP模型运行结果可以以图片和表格等形式输出，现总结整理不同干旱等级情况下的模拟结果见表6.59。

表6.59　不同干旱等级下的叶尔羌河灌区供需平衡模拟成果

从现状年水资源供需分析的计算结果来看，现状年叶尔羌河流域平原灌区的全年总需水量为71.307　7亿m3，通过模型对叶尔羌河流域不同来水频率下的水资源供需分析计算得：干旱年下，灌区全年总供水量为60.711亿m3，缺水10.597亿m3，开采地下水10.22亿m3（包含泉水1.605亿m3）。在重度干旱年下，灌区全年总供水量为56.559亿m3，缺水14.749亿m3，开采地下水10.22亿m3（包含泉水1.605亿m3）。在特大干旱年下，灌区全年总供水量为55.164亿m3，缺水16.143亿m3，开采地下水10.22亿m3（包含泉水1.605亿m3）。不同干旱等级下的各分灌区供需平衡见表6.60～表6.65。

从现状年水资源供需分析的计算结果来看，叶尔羌河流域现状年干旱情况下缺水较为严重，不同干旱等级下的缺水量分别为10.597亿m3、14.749亿m3和16.143亿m3，分别占总需水量的14.86%、20.684%和22.639%。缺水主要集中在3～6月，为农业灌溉季节性缺水。通过分析，流域缺水主要有以下几个方面的原因：①叶尔羌河流域径流年内分布不均，干旱年来水总量极小，现状又缺乏山区控制性水库，干流和支流的来水得不到有效地控制和调节，汛期水量得不到充分利用，从而造成了春季农业灌溉严重缺水。②平原水库的蒸发、渗漏损失较大。叶尔羌河流域平原水库多年水库损失为2.3亿m3，约占水库需水总量的30%左右，成为流域内缺水的一个重要原因。③河道损失水量很大。在不同干旱等级下，叶尔羌河和提孜那甫河的天然来水总量分别为63.365亿m3、56.638亿m3和53.855亿m3，沿程损失水量分别达11.607亿m3、10.503亿m3和9.491亿m3，全年河道损失水量占河道来水量的18%，在扣除河道损失后，灌区内的供水量仅有51.758亿m3、46.135亿m3和44.364亿m3。因此，河道损失也是造成流域缺水的一个重要原因。由于叶尔羌河流域是一个狭长型区域，从卡群水文站到最后一级引水渠首——艾里克塔木渠首之间的河道长323km，即使将大部分河段渠道化，其损失水量仍然很大。④全流域的综合灌溉水利用系数较低。流域现状年的综合灌溉水利用系数仅为0.41，水量在输水的过程和田间蒸发渗漏损失较大，水资源得不到有效利用。

利用WEAP软件得出不同干旱程度下的需求点各月满足度见图6.24～图6.29所示。

图6.24（彩插15）　干旱年下的各个需求点各月满足度图示

图6.25（彩插16）　重度干旱年下的各个需求点各月满足度图示

图6.26（彩插17）　特大干旱年下的各个需求点各月满足度图示

图6.27（彩插18）　干旱年下的流域平原水库库容变化模拟图示

图6.28（彩插19）　重度干旱年下的流域平原水库库容变化模拟图示

图6.29（彩插20）　特大干旱年下的流域平原水库库容变化模拟图示

通过分析WEAP软件模拟得出的结果，可以看出模拟的程度非常好，比较能真实反映叶尔羌河流域在不同干旱等级下的供水和需水情况。

6.5　本章小结

本章对塔河干流区、阿克苏河流域和叶尔羌河流域的水资源系统中的主要要素、水源以及用户进行了概化，采用WEAP模型建立了各流域的水资源优化配置模型，并对不同干旱等级下各流域现状供需平衡进行模拟计算。结果表明：阿克苏河流域缺水月份主要分布在9月、3月、4月与5月，其中3月缺水程度比较严重；不同干旱等级下，库灌区各月满足度整体上大于河灌区各月满足度，水库调蓄作用明显；随着干旱的加重，河灌区与库灌区满足度整体呈下降趋势，极端干旱条件下，河灌区和库灌区在3月、4月与5月满足度均未达到60%，无法满足作物正常生长。

塔河干流区缺水月份主要分布在11月、3月、4月与5月，其中11月与3月缺水程度比较严重；3月河灌区与库灌区满足度均低于22%，无法满足作物正常生长；不同干旱等级下，库灌区各月满足度整体上大于河灌区各月满足度，水库调蓄作用显著；随着干旱的加重，河灌区与库灌区满足度整体呈下降趋势，极端干旱条件下，河灌区和库灌区在11月、3月、4月、5月与6月满足度均为达到60%，无法满足作物正常生长。

叶尔羌河流域现状年干旱情况下缺水较为严重，不同干旱等级下的缺水量分别为缺水10.597亿m3、14.749亿m3和16.143亿m3，分别占总需水量的14.86%、20.684%和22.639%。缺水主要集中在3～6月，为农业灌溉季节性缺水。