新疆的水资源--新疆气象手册（27）第2篇第6章

 2020 01 31

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第6章 新疆的水资源

1 水资源

1．1 水资源概念

一般把在当前技术水平下可以利用的淡水称为水资源（咸的海水和难以利用的极地的冰，目前不作为水资源看待）。大气中的降水（雨、雪、雹等）是可利用的淡水。所以降水就是水资源（原生的水资源）。草场、森林和多数的农田所需要的水分大多直接来自降水资源。在寒区，降雪使极地成为冰原、使高山有了冰川，在比较温暖的地区，降水（雨、雪、雹等）促成了河流的发育、也补充了地下水。河水、地下水等都是次生水资源。

由于降水年年有，河水年年不断，把降水、河水、可恢复的地下水看作是“可再生资源”。可再生水资源的数量是以每年可以提供的淡水数量的多少来计量的。其基本单位是每年多少立方米的水（简称为“方”）。由于1m³水是1t（水的密度是1t/m³），所以说每年多少立方米的水或者每年多少吨水，它们在数值上是相同的（单位不同）。

极地的冰川、地下水、大的湖泊的储水量大而周转量（每年的进出量）比较小。它们的储量对应于不可再生的静储量，它们的周转量部分才是可再生的动储量。

1．2 降水资源公式

各地的气象站和水文站测量当地每场雨、雪所形成的水层的厚度，它就是所谓的“降水量”。把一年里所有的降水量都加起来，就得到了“年降水量”，即一年下的雨水（雪也折合为雨）的总厚度。它的单位是每年的毫米数，即毫米/年，mm/a。

如果测量了多年的年降水量，就可以求得当地的多年降水量的平均值。一个地区如果有很多个气象站，就可以得到这个地区的平均降水量（对面积的平均）。

一个面积为A的地区的多年平均降水量如果是R，那么降水资源量Q的计算公式就是

 Q=AR

Q的单位是m³/a，A的单位是km²，R的单位是mm/a。计算时要注意单位的换算（见下表）。附表是一些降水资源计算的例子。

 从降水量、面积计算水资源量的例子

最后三个例子是针对农田灌溉的，它体现了雨量与灌溉量的关系。如果把降水资源计算公式用到某年或一个具体时间段，就得到该时间段内该地域的降水资源量。

1．3 新疆的降水资源量

新疆的降水资源量（多年平均的每年的立方米数值）应当用平均降水量乘面积的公式计算。针对新疆山区降水量大而盆地小的特点，它需要分区进行。一个办法是在地理底图上分析年平均降水量的等雨量线，得到各个等雨量区。求出每个等雨量区的面积与它对应的雨量相乘，就得到每个分区的降水资源量。最后把各个分区的值加起来就是新疆的总降水资源量。一个比较权威的计算结果见下表。它给出新疆的降水资源总量大约是2500×10⁸m³/a。对应的年平均降水量大约是150mm。

 新疆不同降水量占的面积和形成的水资源量

1．4 河水资源量的计算

对于一个地区（如一个省、县）其水资源可以是直接的降水，也可能是外来的河水、地下水。由于河水、地下水比较容易控制，人们也计算它们的每年的数量。

目前水利部门计算的某地域的河水资源量是指该地域每年（或者某年形成的）靠降水量生成的水量（不是河床的储水量）。对于入海的河流（如黄河），其流量是指每年的入海水量，而且应当是沿河没有人类引水条件下的流量（如果人类引用了，要把引用的量计算出来再加回去）。这样定义的水资源量意味着人类最大的可能利用数量，而如果它们全部入海又表示我们没有利用这些水量。对于不流入海洋的内陆河流，人们计算它的年流量最大的位置（通常在出山口）处的年流量（年径流量）。如新疆的河流一般形成于山区，河水从山上往下流，并且得到补充使水量加大，到了出山口，流量最大。出山以后河水就逐步散失。所以新疆一般是以出山口处的水文站测量到的河水年径流量作为水资源量（也是认为山区没有人为引水，或者把引水部分还原）。

河水资源的计算不仅与降水有关，也与地下水有关。河水资源的计算显然比降水资源计算要复杂。水资源计算中还包括地下水的计算，它比地表面的河水的计算还要复杂。

1．5 径流深度

位于一个流域下游的水文站可以测量到该高程以上的流域内每年形成的总来水量（通过水文站流出的水量）。用对应的流域的面积去除这个水量，就得到另外一个数值，它就是“年径流深度”（有时简称为径流深度）。水量的单位是体积/时间，被流域面积去除以后就是深度/时间。所以径流深度的常用单位是一年多少毫米。这个单位与年降水量是相同的。它表示每年要流出这么多的河水，它依靠流域面积每年都要提供这么深的水（一般都是依靠降水提供）。水文学是通过流量（水资源量）反算径流深度，气象学是通过降水深度（降水量）乘面积计算降水资源总量。

1．6 新疆的河水与地下水资源量

新疆的河流水量来自大气降水（含雪）或者由山区降水转化而来的山区地下水和冰川，其总量793×10⁸m³/a，另外有从国外流入的河水91×10⁸m³/a补充它，合计884×10⁸m³/a（见后面的水分循环图）新疆河水资源在时间和空间上分布很不均匀。以降雨单一补给的河流地表水资源的丰水期在4～8月，高山积雪、冰川对地表水资源具有多年调节作用。

新疆的地下水可以分为山区地下水和平原地下水两部分。新疆山区的地下水主要转化为河水从山里流出，另外一部分直接补给了平原的地下水（71×10⁸m³/a）。新疆盆地的地下水有来自山区的地下水补给（71×10⁸m³/a），有自然降水的补给25×10⁸m³/a。它还有河水和农田灌溉水的下渗的补给（299×10⁸m³/a），见后面的水分循环图，它固然不是独立于河水的水源，但是可以利用）。新疆每年有237×10⁸m³的水流出境外。每年约有400～420×10⁸m³河川径流通过水利工程引入灌区，对新疆国民经济的发展起着极为重要的作用。

1．7 空中水资源

1．7．1 空中水资源概念

由于城市发展使用水紧张，人们在考虑新的淡水来源。滨海地区把极地海域浮冰拖来融化是一个方案，另一个就是开发“空中水资源”。空中水指空中的气体状态的水汽、云中的水和尚没有落地的雨滴、雪花等。按照“空中”水资源的思路可以问空中究竟有多少水汽、云或者雨滴（类似静态资源）。据计算全球各地大气中含有的水汽的数量的平均值大约是25mm水层。即把空气中全部的水汽挤干变成雨水，它仅相当于2.5cm水层。这主要是指气体状态的水汽。而大气中云里的含水量很小，一般计算空中水分时都忽略云里的含水量。

也可以分析动态空中水资源。动态空中水资源是每天（每月）有多少吨水汽、云、雨滴从本地（单位横截面）经过。计算表明，每年流经中国的空中的水汽的流量大约是18×10¹²t，新疆为每年1.1×10¹²t。无论是静态的大气含水量还是动态的水汽的流量，它们固然与降水量有关，但是它们的关系很复杂，远不是含水量大（或者水汽的流量大），降水量必然大的简单关系。在一般没有产生降水的情况下，大量的空中水来到本地域，又浩浩荡荡地离开了当地。只有在特殊大气环流背景下的水汽才在当地变成了雨雪而落地。

1．7．2 新疆的动态空中水（汽）资源量（空中水汽的流量）

空气里有水汽，空气的流动自然也带动了水汽的流动。对于某个截面，我们可以分析单位时间流过单位截面（或者全截面）的水汽数量是多少。它需要利用高空气象观测中各个高度上的风和水汽的数据进行计算。针对新疆，考虑阿勒泰、乌鲁木齐、库车、和田这4个探空气象站位于纵剖新疆的断面上，利用它们观测的高空风和水汽含量的逐日数据就可以计算横跨新疆的水汽的流量（动态水汽）。伊宁、乌鲁木齐、哈密在横切新疆的断面上。利用它们观测的高空风和水汽含量的数据就可以计算纵跨新疆的水汽的流量（动态水汽）。把这两个计算数据做向量加法，就可以知道单位时间内流经新疆的总水汽的数量（它与地理位置有关并且与横截面的长度、维持时间的长度成正比例）。计算表明，冬季三个月流经新疆上空的水汽大约是1470×10⁸t，夏季三个月为4930×10⁸t，春、秋分别为2810×10⁸t和2330×10⁸t，全年为11540×10⁸t。新疆空中的水汽主要是从西方向东输送。这些水汽的一部分就是新疆降水的水汽来源，另外一部分水汽进了新疆又从空中离开了新疆（主要是进入中国东部）。（南庆红）

1．7．3 新疆空中的含水（汽）量

空中的含水量是指某时刻（瞬间）从地面直到高空的空气里的总含水量，它对应的是静态水汽资源，与流过新疆的水汽通量不是一个含义。它是通过对各个高度（一般计算到拔海9km）上的空气含水量的累加而计算出来的。新疆各地大气中含有的水汽量是夏季多冬季少。

 四季代表月新疆各地空中含水（汽）量表（g/cm²）

注：g/cm²，或理解为水层的厘米厚度

上表中给出了新疆6个点的上空的单位面积含水量的数据。它表示即便在含水量大的夏季，把本地上空所有空气里的水汽都凝结为雨而落地，它形成的雨量，也仅是20～30mm厚的水层（一场大雨）。

新疆大气中的瞬时总含水量见下表（四季）。平均起来，新疆大气里含有的水汽是163×10⁸t。折合为163×10⁸m³的水。如果平铺新疆各地，有1cm厚（世界平均值是2.5cm）。

 四季代表月新疆空中含水总量表 （单位：10⁸t）

空中的水汽主要集中在大气的低层。离地面5000m上空的水汽一般仅是地面附近的水汽量的1/10。

这样计算得到的空中含水量的物理意义类似静态的空中水资源。它固然与地下的煤矿资源有类似的意义，但是由于空气本身有流动性，如果我们通过人工的方法把这里的水分取走，空气也会自动把水分再补充进来。所以把它看作是不可再生资源也是不妥当的。（南庆红）

1．8 新疆的冰川

新疆有很高的山，高山在6、7月份的温度依然在零度以下。那里基本不下雨，只有降雪。降落的雪的一部分直接蒸发进入大气，其他的部分就在地形有利的地方累积，年复一年，它们形成了永久积雪或者压成了冰川冰。冰川沿山坡慢慢地向山下移动，其冰舌伸到了温度高的地方就使冰川在暖季消融。新疆的阿勒泰山、天山、昆仑山上都有冰川。

冰川是固体的水库。暖季消融的冰雪会补充到河里，成为河水的一部分。冰川也是水资源。冰川和永久积雪既有每年的补充和消融，也有多年积存量。目前积存的冰川可以看作是静态的水资源。新疆冰川占的面积为26358km²。新疆冰川的常年积存量见下表。表里的单位是亿立方米(冰川的密度大约是0.85～0.91t/m³，注意它与水的每1立方米1吨是不同的)。

 新疆冰川的体积（10⁸m³）

从数值上看，新疆冰川的数量很大。但是我们要认识它是数百乃至上千年的降雪累积的（除去蒸发，消融）。它对应于所谓静储量。我们每年只能利用它的消融部分。消融部分仅是总量的很小的一部分。如果新疆的目前的河水流量单纯靠冰川补给，不要30年，冰川就消失了。

1．9 新疆的湖泊

20世纪50年代，新疆的面积大于5km²的湖泊有52个，总面积8594km²。后来由于引水灌溉等原因，天然湖泊面积逐步缩小。据1987年统计，新疆天然湖泊总面积的面积为5136km²（列中国各省区的第4位）。而罗布泊（1900km²）、玛纳斯湖（550km²）、台特马湖（88km²）都基本消失。新疆湖泊总储水量为520×10⁸m³。但是其中只有23×10⁸m³为淡水。而每年可再生的淡水约8×10⁸m³。人工修的水库也是湖泊，到21世纪初，新疆有平原水库470座，总面积2000km²。

湖泊的水源是靠河水、地下水、降水的补给。天然蒸发耗去了大量的湖水，有的湖泊也向下游输出水（人工的水库的主要用途就是灌溉）。新疆湖泊的水面蒸发力大约是900～1300mm/a。五千多平方公里的湖泊一年就蒸发掉60×10⁸m³的水分。在干旱的新疆这是一个很大的数字。湖泊和人工水库也是水产业的基地。应当让这些水分在蒸发前创造尽可能多的经济价值。

2 水分循环和水分平衡

2．1 水分循环和水分平衡概念

各地每年都会有雨雪降落，这些雨雪来自空气里的水分，而大气水分又靠海洋和陆地上不断进行的水分蒸发过程来补充。所以地球上的水分是不断进行着“水分循环”，“水文循环使我们的星球生气勃勃”。认识地球上的水分的自然循环有重要意义。

我们可以定量研究整个地球的水分循环，也可以定量研究一个国家、地区、流域的水分循环。水分循环研究揭露了不同形态水体的来龙去脉（转化规律），它可以避免单独对降水、河水、湖泊、冰川或者地下水进行定量研究中的片面性，它也是水利工程开始前必须做的分析。

水分循环中的各个分量（雨水、河水等）的每年的周转量很大，而且每年不可能都一样。但是在一个气候阶段（30年到数百年）内每种水体的补充量和消耗量是基本持平的（相等）。如大气通过降水而消耗的水分与通过蒸发补充的水分应当相等，河水通过入海而消耗的水分与通过降水等过程而补充的水分应当相等。水分在循环中所保持的这种动态的平衡就是所谓的“水分平衡”。

2．2 新疆的水分循环和平衡图

新疆的水分循环就是要定量说明每年活动在新疆的各种主要水体（水汽、降水、河水、冰川、地下水、蒸发等）的来龙去脉。从多年平均的情况分析，以上各个成分的数量必须收入与支出相等（否则新疆就变成了海洋或者完全干枯），这就是水分平衡。

下面是（多年平衡）每年水分循环的各个成分的数量和转化关系图--新疆的水分循环和平衡图。

 新疆水分循环和平衡图（单位：108m3/a，亿方/年，多年平均）

在这个多年平均的新疆水分循环与水分平衡图上可以看到每年大气降水2429×10⁸m³。其中有1505×10⁸m³/a直接蒸发（包括通过草、树、部分农田的蒸腾）返回大气，有384×10⁸m³/a补给了新疆的各个河流，有354×10⁸m³/a、161×10⁸m³/a分别补给了山区地下水和高山的永久积雪和冰川，有25×10⁸m³/a补给了盆地的地下水，其输入和输出的合计值是平衡的（2429×10⁸m³/a）。

又如新疆的河流每年从国外河水入境、自然降水、山区地下水、冰川这几个途径分别收到91×10⁸m³/a、384×10⁸m³/a、325×10⁸m³/a、84×10⁸m³/a的水量，它们形成了每年的884×10⁸m³的入帐。而各个河流的来水量又通过流出国境（237）、转为盆地地下水（299）、蒸发（348）而消耗掉了（其蒸发部分中有很大一部分是通过草场、森林、农田而蒸发的，它们是被利用的水分）。

在上图中各种水体的收入和支出是相等的（平衡的）。

3 新疆水资源问题的讨论

3．1 新疆不存在水源枯竭问题

很多人居住在新疆干旱少雨的山麓，看着远方山里终年有雪以及从山里流出来的河水，容易认为新疆的河水来自高山冰雪的消融。这个观点的逻辑延伸就是如果山里的冰雪融化完了，新疆也就水源枯竭了。这种认识把新疆的河水看成是用完为止的不可再生的“水矿”。于是激进论者要人工消融高山的冰雪，增加河水流量，发展农业；而消极论者认为新疆水资源终究有一天要枯竭。新疆是否会水源枯竭成了大问题。

新疆的水分循环和水分平衡图告诉我们河水的根本来源是山区的降水，那里一年有大约2000×10⁸m³的降水收入。而它是可再生资源，足以维持每年的884×10⁸m³的河水从山里流出（其中91×10⁸m³来自境外山区降水）。新疆的水源不是水矿，它不存在水源枯竭问题。认识山区降水量远大于山里流出来的河水水量对正确认识这个问题具有根本意义。

3．2 蒸发在新疆水分循环中的地位

水、冰、雪变成水汽的过程称为蒸发。蒸发水分的数量就是蒸发量。一个地区如果只有降水没有蒸发，那么地面就积水成海。如果地面没有水分，也就没有蒸发。从多年平均情况分析，新疆的降水量与出入国境的水量的差额必然等于蒸发量。新疆平均的年蒸发量大约是140mm/a，即平均每年要蒸发14cm厚的水层。

蒸发是看不见的气象过程，是免费净化污水的自然过程。通过植物体的蒸发称为蒸腾，蒸腾的量越大，我们得到的农业收成（作物、牧草、木材）就越多。没有蒸发也就没有草场、森林、农田。

根据蒸发量与降水量的关系可以把新疆分为三种地区。广大的沙漠、戈壁地区是一类地区，那里的降水量很少，降水都就地蒸发了。这个地区的实际蒸发量恰好等于当地的降水量。在水文上它是径流系数等于零的地域。在高山区是另外一类，那里温度低而降水（雪）量多，当地蒸发量小于当地降水量，所以那里才可以形成了河流，使水分从山里流出。第三类地区是农田、湖泊、沼泽等湿地，它们有外来的水分补给（河水灌溉、地下水补给），当地的蒸发量大于当地的降水量。

气象站过去通过20cm蒸发皿测量水源充分条件下的蒸发，它得到的“蒸发量”很大（如哈密一年的蒸发超过4m深的水层），它代表不了自然蒸发量。它仅能说明蒸发的能力。引用这类数据要十分谨慎。

3．3 高山冰雪在新疆水源中的地位与年际调节作用

新疆山高，那里在暖季依然有冰雪，这是新疆的特点和优点。高山地区每年有新收入的降雪补充，它也融化124×10⁸m³的雪水补给了河流。它大约是河水的年径流量884×10⁸m³的14%，即14%的河水的来源是高山的冰雪（有42×10⁸m³经过山区地下水，不同河流的比例不同）。每年124×10⁸m³的高山冰川、积雪（不包括中山带的季节雪）对河水的补给说明了它在新疆水源中的地位（尽管这些水分依然是靠降雪补充）。

不同年份山区的雨雪数量有多有少，这导致河水有丰有欠，并且影响灌溉农业。可喜的是山区降水量少的年份温度高一些，高山冰雪消融的也多一些，它恰好对河水流量进行了年度的调节，使新疆每年的河水数量的变化比内地很多河流要小。这是新疆水源的一个优点。

3．4 降水不均匀是新疆的优点

新疆干旱，平均年降水量接近150mm。如果这些水分均匀分布在新疆各地，它不能形成农业。实际的新疆降水量的分布不均匀，在雨量稀少的地区固然形成了大片的沙漠，但是在山区由于雨雪多而形成草场、森林和河流。河流再把山上的雨水，融雪水引到热量比较多的山麓，从而有了新疆的灌溉农业。起伏不平的地形配合分布不均的降水量才形成了新疆的丰富的自然景观（沙漠、冰川、草场、森林、湖泊、河流、农田……），降水量不均匀是新疆的优点。

参考文献

⑴ 张学文，新疆气象论文选（2）中的“新疆的水分循环和水分平衡”，1962：63-81，

⑵ 张学文，新疆的水源问题，自然杂志，1998，0[8]：597－600，571

⑶ 周聿超，新疆河流水文水资源，新疆科技卫生出版社，1999：19，137

⑷ 陈志恺等，西北地区水资源配置生态环境建设和可持续发展战略研究，科学出版社，2004：86

⑸ 新疆百科全书，北京：中国大百科全书出版社，2002