近50年來塔里木河流域水域環(huán)境現(xiàn)狀及其驅(qū)動力分析

楊家軍，吐爾遜·哈斯木，阿迪力·吐爾干，阿不力提甫·吾甫爾，郝永娟

（新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊830046）

塔里木河是我國境內(nèi)最長的內(nèi)陸河，全長1 321 km，流域總面積102萬km2，占我國國土總面積的11%，具有自然資源豐富和區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱的雙重特點。塔里木河流域肖夾克以上曾經(jīng)有阿克蘇河、喀什噶爾河、葉爾羌河、和田河，在干流上段有渭干河和庫車河；在中游段有迪那河和孔雀河［1］，但近些年由于人類的不合理開發(fā)利用，喀什噶爾河已于20世紀(jì)40年代，無水匯入塔里木河；導(dǎo)致與其有天然水力聯(lián)系的水系從9條減少到4條，現(xiàn)今又減少到3條，即阿克蘇河，和田河和開都河—孔雀河，流域面積縮小，流域水量不穩(wěn)定，水質(zhì)礦化度升高，水域環(huán)境正在不斷地惡化。鑒于塔里木河水域環(huán)境的變化對生態(tài)環(huán)境演變的重要性，分析塔里木河水域環(huán)境的惡化現(xiàn)狀及其驅(qū)動力對塔里木河生態(tài)環(huán)境整治以及農(nóng)業(yè)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

新疆塔里木河地處我國西部干旱區(qū)，整個流域經(jīng)過的地區(qū)都是塔克拉瑪干沙漠的北緣，氣候干燥，蒸發(fā)強(qiáng)烈，區(qū)域生態(tài)環(huán)境十分脆弱。流域的水資源是保障塔里木盆地綠洲經(jīng)濟(jì)、自然生態(tài)和各族人民生活的生命線。整個流域在地域上包括塔里木盆地周邊向心聚流的九大水系和塔里木河干流、塔克拉瑪干沙漠及東部荒漠區(qū)［2］。隨著歷史的變遷以及近代人類活動影響的加劇，目前與塔里木河干流有天然水利聯(lián)系的僅有3條水系：和田河、葉爾羌河和阿克蘇河，稱之為上游三源流，開都—孔雀河通過庫塔干渠向塔里木河下游送水，加上干流并稱為“四源一干”。目前，在匯入塔里木河干流的三源流中，阿克蘇河是塔里木河干流水量的主要補(bǔ)給來源，補(bǔ)給量占73．2%，和田河占23．2%，葉爾羌河僅占3．6%［3］。在過去50a里，塔里木河在人類農(nóng)業(yè)，經(jīng)濟(jì)活動的過度干擾下，流域水域環(huán)境發(fā)生了顯著變化，水資源開發(fā)過程中的經(jīng)濟(jì)與生態(tài)的矛盾日益突出。上游三源流向干流輸送的水量逐年減少，水質(zhì)不斷惡化，下游320km的河道斷流。尾閭臺特瑪湖干涸，塔里木河干流地下水位下降，源流條數(shù)不斷減少。本研究主要結(jié)合塔里木河近50a的水文、經(jīng)濟(jì)資料及新疆統(tǒng)計年鑒和新疆統(tǒng)計公報的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過數(shù)理統(tǒng)計分析得出塔里木河水域環(huán)境惡化的現(xiàn)狀及驅(qū)動力。

2 塔里木河流域水域環(huán)境現(xiàn)狀及驅(qū)動力分析

2．1 四源流出山口徑流量變化

2．1．1 四源流出山口徑流量 塔里木河處于沙漠干旱、半干旱氣候區(qū)，降水稀少，蒸發(fā)量大，河流主要通過冰雪融水和暴雨補(bǔ)給，在徑流組成中，冰川融水占48．2%，雨、雪混合補(bǔ)給占27．7%，河川基流占24．4%［4］，是一個封閉式的系統(tǒng)，干流主要由四源流來水進(jìn)行補(bǔ)給。1956—2005年劃分成的6個時間段可以看出四源流出山口徑流量都在增加，上升趨勢最為明顯的是阿克蘇河（圖1），阿克蘇河的出山口來水量在同一時段都比其它3條河流要高，從1956—1959年到2000—2005年阿克蘇河、葉爾羌河、和田河、開—孔河出山口流量分別增加了23．95億m3，4．69億 m3，0．60億 m3，7．55億 m3。其中葉爾羌河出山口徑流量在四源流中位于第二位，但補(bǔ)給塔里木河水量僅占到3．6%，這是由于葉爾羌河河流長，流域面積大，支流多，流域內(nèi)有大中型水庫37座和水文站6個，使得葉爾羌河的出山口水量到達(dá)塔里木河時大量消耗。特別是20世紀(jì)90年代以后，各源流普遍進(jìn)入豐水期，圖1數(shù)據(jù)顯示除和田河在90年代源流出山口徑流量與多年平均值相比有小幅下降外，其余各源流出山口徑流量在90年代和2000年以后都有不同程度的增加。這是由于90年代天山南麓的阿克蘇河受我國西北部增溫增濕的影響，降水有所增加。據(jù)統(tǒng)計［5］，塔里木河流域多年平均降水量為1．164 3×1011m3，占全新疆降水總量的45．3%（流域面積占全新疆面積的60%），為典型的干旱少雨地區(qū)，降水量呈現(xiàn)出北多南少，西多東少的特點；且山地多于平原，山地一般為200～500mm，盆地為50～80mm，東南緣為20～30mm，盆地中心約為10mm，全流域多年平均年降水量為116．8mm，對于全長1 321km的塔里木河來說這些降水無法產(chǎn)生正常的河流水循環(huán)。

圖1 塔里木河四源流出山口徑流量

在過去的50a中，四源流的來水量主要是靠冰川融水補(bǔ)給的。冰川融水的多少主要受到溫度的影響，溫度上升會加速冰川的融化，補(bǔ)給塔里木河的水量則增加，反之亦然。但溫度太高，又會加大水的蒸發(fā)。相關(guān)研究表明［6］，塔里木河流域年均氣溫隨時間變化表現(xiàn)出上升的趨勢，在近50a里，阿克蘇河、葉爾羌河、和田河的溫度分別以0．33，0．12，0．21℃／10a的速率增加。從塔里木河年平均氣溫變化來看（圖2），其上、中、下游的平均氣溫均呈上升趨勢，尤其是1990s是溫度增高最快的10a，且越往下游增暖趨勢越明顯［7］。因此可以認(rèn)為近50a來4條源流的氣溫總體仍然是上升的，氣溫的增加，將會導(dǎo)致春季冰川和積雪的消融，在不同程度上將會影響四源流徑流的變化。而根據(jù)吳素芬等［8］利用投影回歸模型對塔里木河流域進(jìn)行預(yù)測所得出的結(jié)論：“降水增加，氣溫必然會降低，使冰雪融水減少。降水增加幅度較小時，冰川融水增加量大，當(dāng)降水增加幅度大時，冰川融水增加量小”?！半S著降水增加，塔里木河流域水資源呈減少趨勢，而對冰川融水比重小的河流，降水增加則年徑流增大［8］，但塔里木河主要是一條冰川融水比重大的河流（表1），和田河水系下的玉龍喀什河、喀拉喀什河的冰川融水分別占到了64．9%，54．1%，葉爾羌河水系下的葉爾羌河、昆馬力克河的冰川融水分別占到了64%，52．4%，這兩條河流主要靠冰川融水補(bǔ)給塔里木河流域的水量。降水和氣溫彼此有一定的消長作用，總體四源流出山口徑流量呈上升態(tài)勢，但這些補(bǔ)給河流真正進(jìn)入干流以后的水量要少得多，導(dǎo)致塔里木河干流水量不斷下降。

圖2 塔里木河流域年平均氣溫變化［7］

表1 塔里木河主要源流徑流組成

2．1．2 匯入干流水量 近50a來四源流出山口徑流量在不斷的增加，但是，由于人們在源流區(qū)山前大量引水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，以及源流區(qū)用水量的增加，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，和田河、葉爾羌河、阿克蘇河灌溉面積由1949年的35．12萬hm2增加到1993的77．66萬hm2［9］，由于塔里木河自身不產(chǎn)流，水資源全部來自四源流的補(bǔ)給，四源流水資源在源流區(qū)大量消耗，使得匯入塔里木河干流的水量從20世紀(jì)50年代的50．27億m3減少到2000年以后的46．05億m3，1950s，1960s四源流合計凈入干流水量達(dá)到最大值，分別為50．27，51．68億 m3，從1970s一直到2005年四源流匯入塔里木河干流的水量呈明顯的下降趨勢（圖3），把時間向前向后推1／2個周期，分別得到三源流和四源流匯入塔里木河干流水量的趨勢預(yù)測線性方程y3，y4，其中y3，y4的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0．847 7，0．573 2，表示方程中下一年匯入塔里木河干流的水量與上一年成高度的負(fù)相關(guān)，在短時間內(nèi)水量還會減少。據(jù)統(tǒng)計2002年3條源流入塔里木河的水量為52．48億m3，占出山口天然總徑流量的20．6%，在3條源流中僅阿克蘇河完成了向塔里木河的輸水任務(wù)，而葉爾羌河是唯一無水輸入塔里木河的的源流［10］。1956—1979年三源流和四源流匯入塔里木河干流的水量相同是由于在這期間開—孔河無水補(bǔ)給塔里木河干流，三源流水量從20世紀(jì)50年代的50．27億m3，減少到90年代的42．54億m3。50a減少了7．73億 m3，減少15．4%，平均年減少率0．15億 m3。由于上、中游耗水量的不斷增加，進(jìn)入下游的水量急劇減少，下游徑流節(jié)點控制站（恰拉站）20世紀(jì)50年代平均徑流量為13．5億m3，而到90年代僅為2．5億m3，近40a減少了11．1億m3，平均年減少率為0．3億 m3。

圖3 塔里木河三源流，四源流入塔里木河干流徑流量

2．2 四源一干河流斷流長度和斷流時間分析

2．2．1 源流斷流長度與時間分析

（1）葉爾羌河自1963年第一次出現(xiàn)全年斷流至今的40a中，有20a斷流，只在1994年、1999年和2001年的大洪水年才約有3．21億m3的水量注入塔里木河干流，其余15a斷流，構(gòu)成艾力克他木到干流肖夾克站間320km河床干涸［11］；（2）和田河是一條季節(jié)性河流，每年洪水期的7—9月中有水量補(bǔ)給塔里木河，其余9個月無水量入塔里木河。特別是1993年塔里木河特枯水年時，該河僅有720萬m3水量到達(dá)塔里木河口的肖塔站，但完全被人為引入勝利水庫，因此1993年和田河無水補(bǔ)給塔里木河，這在歷史上也是第一次，到了2003年和田河下游河道1月1日—7月1日和10月1日—12月31日斷流共計274d，占全年天數(shù)的75．1%，斷流河道長度約為300 km［11］；（3）開都—孔雀河從1969—1980年都無水補(bǔ)給塔里木河，自1980起通過孔雀河庫—塔干渠的恰拉水庫分水閘在干流中游下段補(bǔ)給塔里木河，20a平均入塔里木河水量僅有1．0億m3，入水量主要在每年汛期，而春季、秋季和冬季無水輸入塔里木河；（4）阿克蘇河從1956年至今全年有水補(bǔ)給塔里木河，也是塔里木河流域4條源流中最大的源流和補(bǔ)給塔里木河水量最多的河流。

2．2．2 干流斷流長度與時間分析 塔里木河干流自身不產(chǎn)水，歷史上是一條自然耗散性河流［12－13］。自20世紀(jì)70年代初大西海子水庫建成后，其下游321 km的河道開始出現(xiàn)斷流，臺特瑪湖也于1974年干涸，下游地下水位大幅度下降，靠地下水維系生存的天然植被大面積衰敗和死亡，沙漠化擴(kuò)張，生態(tài)系統(tǒng)退化，生物多樣性銳減，荒漠生態(tài)系統(tǒng)受損。20世紀(jì)90年代，斷點上移到塔里木河下游的卡拉斷面，斷流長由20世紀(jì)70年代的321km增加到428km，進(jìn)入21世紀(jì)，開始實施塔里木河流域綜合整治工程，并于2000年實施了向塔里木河下游間歇性應(yīng)急輸水工程，下游生態(tài)環(huán)境得到一定程度的改善，但塔里木河斷點上移的趨勢依然存在，英巴扎（2001年、2004年、2005年和2006年）和新渠滿（2007年）斷面相繼出現(xiàn)間歇性斷流［14］。在近20a里塔里木河斷流位置已經(jīng)由下游的卡拉斷面上溯到中游的英巴扎、甚至上游段的新渠滿斷面，斷流上移了約770km［15］（圖4）。從水文形勢來看，匯入塔里木河干流的水量不斷減少，加上塔里木河干流中、上游隨意開荒取水，耗水量不斷增加，致使到達(dá)下游恰拉斷面的水量日益減少。事實上塔里木河自20世紀(jì)90年代就已經(jīng)成為一條季節(jié)性河流了［15］，這是塔里木河斷流的間接驅(qū)動力。

圖4 20世紀(jì)70年代以來塔里木河干流斷流距離狀況［15］

從開發(fā)與保護(hù)的角度看最直接的驅(qū)動力是源流區(qū)灌溉面積的增加，有效灌溉面積基本上與耕地面積呈同步增長趨勢（圖5）［16］。耕地面積呈現(xiàn)波動增加的趨勢，且耕地面積的增長一直大于有效灌溉面積。1949—2008年耕地面積增加98．70萬hm2，年均增加2．37%，在59a間，耕地面積總量最多的年份是2008年，達(dá)169．34萬hm2，最小的年份是1949年，為70．65萬hm2。有效灌溉面積1979—2008年凈增44．73萬hm2（因缺乏1979年以前的數(shù)據(jù)無法分析），年均增加1．62%。灌區(qū)水資源利用率低，過去大部分都是漫灌，水資源不能充分、高效利用，河流兩岸存在跑水溝，水資源流失嚴(yán)重，上、中游水資源分配不合理，農(nóng)業(yè)用水大量擠占生態(tài)用水，水利工程建設(shè)布局不合理，治理措施不協(xié)調(diào)［17］。另外亂墾、亂伐現(xiàn)象嚴(yán)重。隨著干流人口的增加，特別是上游人口的增長（圖6），人們大量樵采兩岸的樹木，致使塔里木河周邊環(huán)境惡化，沙丘移動加劇，地表徑流量減少，河流泥沙含量增加，河道淤積、阻塞，河道水流不暢通，上游來水無法順利通過河道輸送到下游，導(dǎo)致下游水域環(huán)境進(jìn)一步惡化，水量減少，河流縮短，斷流時間加長。

圖5 塔里木河流域綠洲耕地和有效灌溉面積變化趨勢

圖6 塔里木河干流區(qū)上中下游人口數(shù)量變化

2．3 塔里木河干流地下水位變化

中游地下水位在20世紀(jì)90年代比60，70年代下降了0．5～1．5m。下游地區(qū)地下水埋深下降明顯，下降幅度較小，70年代初為0．92～5．13m，到80年代末至90年代初為1．07～7．45m，變幅為0．15～2．23m，平均下降1．64m。大西海子以下至臺特瑪湖段下降最為明顯（表2），50—60年代據(jù)文獻(xiàn)［18］記載地下水埋深1．0～5．0m，70年代初調(diào)查2．3～7．9 m，較60年代下降1．3～2．9m。80年代以來為3．0～12．75m，較70年代初下降0．7～4．85m。1997年調(diào)查為5．6～12．92m，較80年代又下降2．6～0．17m。據(jù)1999年塔河中下游實地踏勘考察組實測英蘇、阿拉干、考干等地的地下水位與50年代相比平均下降4～6m，分別達(dá)到9．50，11．2，11．4m［19］。塔里木河地下水位逐年下降主要受氣象、水文等因素的嚴(yán)格控制，農(nóng)業(yè)灌溉對水位也有一定的影響。流域年蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降水量，上游來水量減少，中游水量大量散失，導(dǎo)致進(jìn)入下游的水量大大減少。隨著地表水資源的減少，地下水得不到及時補(bǔ)給，水位就隨之下降。

表2 塔里木河下游地下水位埋深情況［19－21］

2．4 塔里木河水質(zhì)變化

塔里木河在1958年以前是一條淡水河，干流河水礦化度平均為1．0g／L［22］。從塔里木1985—1998年塔里木河各站月平均礦化度變化［23］（圖7）中可以看出，塔里木河三站監(jiān)測到的水質(zhì)礦化度都較高，其中阿拉爾站位于塔里木河的上游，1985年10月至1986年9月，有9個月超過1．0g／L，其中有6個月大于3．0g／L，有2個月超過5．0g／L，最高值超過了6．0g／L。新渠滿位于塔里木河上游下段，1985至1998年各月平均礦化度有11個月超過1．0g／L，5月份超過了6．0g／L，達(dá)到6．247g／L，只有8月份小于1．0g／L?？ɡ挥谒锬竞酉掠危?985—1998年這13a中，月平均礦化度有11個月大于1．0g／L，最高3個月集中在6月、7月和12月，分別達(dá)到2．157，2．484，2．764g／L。

圖7 1985－1998年塔里木河各站月平均礦化度變化

塔里木河水質(zhì)出現(xiàn)高礦化度主要受到自然驅(qū)動因子和人為驅(qū)動因子的影響，自然驅(qū)動方面［24］塔里木河是一條內(nèi)陸耗散性河，在山區(qū)形成的徑流，進(jìn)入平原后，再無新的支流接納，由于滲漏、蒸發(fā)損失，水分逐漸減少，使鹽分增加后得不到稀釋。氣候干燥，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，有利于河水鹽分濃縮使礦化度提高。流域周邊低山帶和平原區(qū)，沉積物和土壤中的易溶鹽含量高，鹽源充足，可隨水進(jìn)入塔里木河。人為驅(qū)動方面主要是大量高礦化度農(nóng)田排水匯入，塔里木河上游的阿克蘇流域及干流上游墾區(qū)，1949年以后開墾的土地，絕大部分是重鹽堿土，1m土層中的含鹽量達(dá)到20～50g／kg，通過淋洗，壓鹽及種稻改良，現(xiàn)1．0m土層的含鹽量大部分降至5g／kg以下，適合作物生長。從土壤中脫出的鹽分在阿拉爾墾區(qū)以上農(nóng)田排入塔里木河的水量達(dá)7．04億m3，礦化度2．28～9．57g／L，每年帶入塔木河的鹽分達(dá)467．4萬t。

此外，人類活動導(dǎo)致徑流損耗增大，陳忠升［14］等選取塔里木河流域社會經(jīng)濟(jì)活動指標(biāo)：人口自然增長率、農(nóng)業(yè)人口、城市化水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)效益五大指標(biāo)，運用權(quán)重加權(quán)法，得出塔里木河人類活動強(qiáng)度指標(biāo)權(quán)重。然后以20世紀(jì)70年代來水量為基準(zhǔn)來水量，分別求出80，90年代和2000—2008年時段實際來水量與基準(zhǔn)來水量之間的差值，得出徑流的損耗量，建立人類活動強(qiáng)度指數(shù)與徑流損耗之間的相關(guān)關(guān)系，從圖8來看，二者的變化趨勢具有較強(qiáng)的一致性，呈明顯的正相關(guān)性，說明人類活動導(dǎo)致了塔里木河流域徑流量減少，進(jìn)而使水質(zhì)的離子濃度升高，水質(zhì)逐漸惡化。

圖8 人類活動強(qiáng)度指數(shù)與徑流損耗量變化

3 結(jié) 論

（1）通過對塔里木河近50a的水文資料分析，發(fā)現(xiàn)四源流出山口徑流量在過去的幾十年并沒有減少，甚至有一定程度的增加。而塔里木河干流水量卻呈逐年遞減的趨勢。這一結(jié)果表明，塔里木河四源流進(jìn)入干流的水量減少并不是氣候環(huán)境因素變化所致。流域人類活動是造成水域環(huán)境惡化的根本原因。人類活動強(qiáng)度指數(shù)與人為徑流損耗量相關(guān)性分析結(jié)果表明，二者之間具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，說明自20世紀(jì)70年代中期開始，人類活動對徑流損耗的干擾就處于一個擴(kuò)大和加重的過程。

（2）河流斷流長度增加、斷流時間加長、地下水位下降、水質(zhì)惡化與人類的不合理開發(fā)直接相關(guān)。對造成這一結(jié)果的分析表明，人口的快速增長，使得流域周圍的人們?yōu)榱俗非蠼?jīng)濟(jì)利益大量開墾耕地種植棉花，不合理的引塔里木河水進(jìn)行灌溉，導(dǎo)致綠洲的面積不斷擴(kuò)大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的集約化程度提高，各種水利設(shè)施，人工渠道改變了流域的水循環(huán)，從而直接影響了流域正常的水環(huán)境運行。

（3）由于長期的人類活動和和自然因素的作用，流域的水域環(huán)境將面臨嚴(yán)峻的考驗，未來塔里木河要保持水域環(huán)境的良性發(fā)展就需要加大力度控制好耕地面積，要高效、合理的分配水資源，加大水資源的管理力度；突破現(xiàn)有灌溉技術(shù)，做到更加節(jié)約每一滴塔河水資源。要保護(hù)好生態(tài)植被，使其真正起到防風(fēng)固沙作用，以減少塔里木河河道的泥沙，保證上、中、下游水流的暢通性。

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