阿克蘇灌區(qū)水資源研究現(xiàn)狀與地下水調(diào)控思路探討

【摘要】水資源的有效、可持續(xù)管控對(duì)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的影響。本文針對(duì)阿克蘇灌區(qū)，圍繞阿克蘇流域水資源水資源供需狀況、存在問(wèn)題的現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)，提出了基于生態(tài)友好的阿克蘇河綠洲地下水調(diào)控研究的思路，指明了今后灌區(qū)地下水研究的方向，對(duì)促進(jìn)區(qū)域人類-環(huán)境生態(tài)友好型可持續(xù)發(fā)展具有一定的作用。

【關(guān)鍵詞】研究現(xiàn)狀；調(diào)控思路；阿克蘇流域

1、引言

受水資源自然條件、經(jīng)濟(jì)社會(huì)規(guī)模與發(fā)展階段以及全球氣候變化等因素的綜合影響，中國(guó)正面臨著水資源供需矛盾、水環(huán)境污染、水生態(tài)退化以及極端與突發(fā)事件頻繁等突出問(wèn)題。在西北干旱區(qū)，水資源是制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、影響生態(tài)安全的關(guān)鍵要素，對(duì)未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。阿克蘇河流域位于塔里木盆地西北部的阿克蘇-阿拉爾一帶，地處阿克蘇三角洲和塔里木河上游平原地區(qū)，氣候干燥，多年平均降水量約45mm，20m2水面蒸發(fā)量1500mm，年太陽(yáng)輻射總量為6000MJ/m2，農(nóng)業(yè)全部依靠灌溉。該區(qū)光熱資源豐富，氣候、土壤和水文條件適合長(zhǎng)絨棉生長(zhǎng)，是新疆南部最大的長(zhǎng)絨棉生產(chǎn)基地，也是中國(guó)中藥的棉花生產(chǎn)區(qū)。阿克蘇河在阿克蘇地區(qū)甚至新疆占用重要的位置，對(duì)地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有直接影響。因此系統(tǒng)綜述當(dāng)前阿克蘇灌區(qū)水資源研究現(xiàn)狀，提出將來(lái)開展研究的主要思路，從水可達(dá)性、水利用滿足度、旱澇災(zāi)害及土壤鹽堿化角度探討綠洲地下水調(diào)控機(jī)制，對(duì)促進(jìn)區(qū)域人類-環(huán)境生態(tài)友好型可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。

2、阿克蘇灌區(qū)水資源研究現(xiàn)狀

阿克蘇河是塔里木河水量最大的源流，長(zhǎng)224km。上游兩大支流的北支庫(kù)瑪拉克河水量大，西支托什干河流程長(zhǎng)。兩河均發(fā)源于天山西段，河水由山地降水及冰雪融水補(bǔ)給，在溫宿附近匯合（圖1）。阿克蘇河流至阿拉爾附近肖夾克與和田河匯流，注入塔里木河。阿克蘇綠洲是典型的荒漠綠洲，北部山區(qū)、中部平原、南部沙漠。平原地帶處于天山南麓，塔里木盆地北緣。東西最長(zhǎng)處513 km，南北最寬處為368 km，平原面積13萬(wàn)平方公里。平原北部分布有天然草場(chǎng)，阿克蘇綠洲處在洪積沖積平原上和塔里木河干流兩岸。流域的水系作為整個(gè)綠洲生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育的主要因素，決定著綠洲發(fā)展的基本格局。

阿克蘇地區(qū)水資源的補(bǔ)給類型主要是降水和冰雪融水。受氣候變化的影響，阿克蘇河流域1396-2005年降水年際變化極不均勻，曾經(jīng)歷多次偏干或偏濕的變化，洪水、干旱、雪災(zāi)等自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，阿克蘇河流域存在14年左右的年代干濕周期和5年左右的年際干濕周期。自1960年以來(lái)，流域內(nèi)降水呈不顯著的增加趨勢(shì)，降水年際變化較大，相對(duì)較不穩(wěn)定。近30年來(lái)，流域內(nèi)年降水量以5.62mm/10a趨勢(shì)上升，增濕的速度較大。面雨量的增加速率要比徑流量大一些，年際變化幅度也要大。近十幾年來(lái)，以冰川融水補(bǔ)給為主的阿克蘇河流域主要水系5-9月的徑流量增加顯著，氣溫升高使冰川融水徑流增加顯著是主要原因。由于高山地區(qū)冰川融水的多年調(diào)節(jié)作用，阿克蘇河等徑流量略有增加。

阿克蘇河流域徑流補(bǔ)給具有垂直地帶性和多樣化特點(diǎn)，徑流時(shí)序特征與徑流的補(bǔ)給來(lái)源有密切關(guān)系；徑流年內(nèi)分配極不均勻，集中程度高。徑流量的多年變化特征明顯，表現(xiàn)出顯著的豐枯變化，1957-1993年為枯水期，1994-2005年為豐水期。在過(guò)去的近50a中，阿克蘇河的年徑流量在1966年存在一次突變，從1996年開始，阿克蘇河的年徑流量顯著增加；阿克蘇河年徑流量存在較為明顯的周期特征，其顯著周期為18a、14a和4a。

近50a來(lái)，阿克蘇河流域徑流量呈顯著的增加趨勢(shì)，其中冰川融水是其主要貢獻(xiàn)量。但2009年地表徑流總量為69.28×108 m3 ， 比多年平均值80.6 ×108 m3 少11.32 ×108 m3 ， 在1957 —2009 年的53 a 水文系列排名第48 位， 為偏枯水。年際、年內(nèi)及時(shí)段積雪消融規(guī)律對(duì)氣候變化有較好的響應(yīng)關(guān)系。從季節(jié)上看，影響阿克蘇河春季徑流的主導(dǎo)氣候因子是前冬降雪和春季溫度， 春季徑流對(duì)前冬降雪、春季溫度具有正相關(guān)關(guān)系。阿克蘇河近十幾年徑流增加的1/3左右來(lái)源于冰川徑流增加，因此，需要尋求面向冰川加速消融、水資源利用與洪水災(zāi)害防治的綜合適應(yīng)技術(shù)與對(duì)策。

由于徑流補(bǔ)給的不穩(wěn)定，該區(qū)旱洪災(zāi)害較為頻繁。托什干河洪水以融雪型、融雪疊加暴雨型兩種類型為主， 庫(kù)瑪拉克河洪水以融雪（冰）型、融雪（冰）疊加冰湖潰壩型為主，阿克蘇河干流洪水以混合型最多見，其次是融雪（冰）型。暴雨山洪有時(shí)比河道洪峰危害還大，一般發(fā)生在5-7月份，最大山洪溝的洪峰量可達(dá)2 0 m3/s，烏什的空臺(tái)洪溝和阿音柯的沙依里克洪溝，每隔5-8 年就有一次大洪災(zāi)。一般山洪溝洪水30-80 m3/s， 山洪的特點(diǎn)是來(lái)勢(shì)猛， 歷時(shí)短， 破壞性大，沖毀田園、村落、渠道和交通道路， 其危害程度之重不能低估。

阿克蘇河沖積平原灌區(qū)主要引用外來(lái)地表水資源， 極少或者基本不利用灌溉入滲后形成的淺層地下水， 造成下游淺層地下水位抬升， 使大量地下水以潛水蒸發(fā)的形式垂直排向大氣， 加重了灌區(qū)排水負(fù)擔(dān)，且由于西部和南部地下水位較高， 土壤次生鹽堿化比較嚴(yán)重。地下水埋深年際變化呈明顯遞增趨勢(shì)， 地下水埋深在1.23- 7.37 m之間， 2001-2006 年共增加了0.58 m ， 年平均增加0.096 m； 地下水平均礦化度2.47 g/ L， 變化不大， 一直處于較平穩(wěn)狀態(tài)，地下水水質(zhì)總體水平較好。阿克蘇河流域地下水資源量為32.9×108m3，評(píng)價(jià)可開采量為19.8×108m3，現(xiàn)開采量為0.8×108m3，可增加開采量為19×108m3。另有修正數(shù)據(jù)表明，阿克蘇河平原地下水開采潛力為30.77×108m3/a。地下水開發(fā)利用在水資源合理配置中的定位是補(bǔ)充調(diào)節(jié)作用、水位調(diào)控作用、生態(tài)保障作用和高效利用作用。

阿克蘇河流域綠洲耕地面積呈現(xiàn)波動(dòng)增加的態(tài)勢(shì)，年均增長(zhǎng)率0.77%。綠洲耕地空間變化的區(qū)域差異明顯， 隨著流域綠洲耕地面積的擴(kuò)大，消耗水量同步增加，51a間綠洲耕地面積增長(zhǎng)為38.48%，同期消耗水量增長(zhǎng)約40.05%。阿克蘇河流域土地變化從前期（1960-1990 年）的準(zhǔn)平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楹笃冢?990 -2008 年）的不平衡狀態(tài)， 后期LUCC 的速度是前期的2.1倍，農(nóng)業(yè)灌溉用水正面臨著資源型缺水。阿克蘇河流域水資源雖然比較豐富，但長(zhǎng)期以來(lái)，春季缺水十分嚴(yán)重，困擾著阿克蘇河流域農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展，每年春季缺水3-5億立方米，受旱面積30-50 萬(wàn)畝。阿克蘇河流域自然環(huán)境獨(dú)特，更有著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)基地的基礎(chǔ)條件，發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)得天獨(dú)厚。然而，生態(tài)環(huán)境脆弱、植被破壞嚴(yán)重、土地沙漠化、鹽堿化等問(wèn)題的凸顯卻嚴(yán)重制約了這一流域的生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展。

針對(duì)內(nèi)陸河流域水資源供需矛盾突出、水資源配置結(jié)構(gòu)不合理、生態(tài)環(huán)境仍惡化、用水管理不夠完善和管理制度不健全等方面存在問(wèn)題，部分學(xué)者提出了幾種模式，其一是生態(tài)環(huán)境綜合治理、地表水與地下水聯(lián)合調(diào)度和流域水資源集成管理的內(nèi)陸河流域水資源管理模式，其二是內(nèi)陸河流域生態(tài)用水效益的計(jì)算方法，建立了內(nèi)陸河流域基于生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益統(tǒng)一度量的水資源合理配置模型，其三是綠洲地均水資源潛力指標(biāo)的設(shè)計(jì)思路及計(jì)算流程。這對(duì)有效開展流域水資源管控具有重要的參考價(jià)值。

3、阿克蘇灌區(qū)地下水調(diào)控研究思路

開展阿克蘇灌區(qū)地下水調(diào)控研究，應(yīng)該重點(diǎn)考慮該區(qū)區(qū)域水量平衡基礎(chǔ)上的水資源可達(dá)性和水資源滿足度，結(jié)合水資源變化引起的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題（旱澇災(zāi)害、鹽堿化等）探討地下水資源開發(fā)利用目標(biāo)定位及利用規(guī)劃，定量描述地下水資源開發(fā)利用背景下的環(huán)境生態(tài)效益，提出基于生態(tài)友好的綠洲地下水資源調(diào)控對(duì)策。具體思路應(yīng)該是從降水與冰雪融水入手，考慮阿克蘇河流域“四水”循環(huán)，優(yōu)先討論地表水利用條件下的水可達(dá)性、需水滿足度及旱澇災(zāi)害與鹽堿化問(wèn)題，利用地下水資源的開發(fā)利用作為優(yōu)化和解決上述問(wèn)題的手段，從而達(dá)到基于友好的阿克蘇河綠洲地下水調(diào)控的目的。

而對(duì)于水資源的可達(dá)性研究，是指水用戶取水的難易程度，空間上可以量化為一種基于格元的水資源可獲取性評(píng)價(jià)，旨在探討區(qū)域內(nèi)部每個(gè)空間點(diǎn)取水的難易程度，其最終成果區(qū)域內(nèi)部水可達(dá)性分布圖，它可為可視化水資源利用規(guī)劃提供重要依據(jù)。需水滿足度研究是針對(duì)區(qū)域內(nèi)部的主要水資源利用類型（生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水和生態(tài)用水）的滿足程度，旨在探討區(qū)域水資源的供需平衡，其最終成果包括水用戶滿足度數(shù)據(jù)與區(qū)域水資源滿足度分布圖，它是水資源調(diào)控的重要依據(jù)。

因此，今后阿克蘇灌區(qū)可借助3S技術(shù)，采用高分遙感影像數(shù)據(jù)，開展阿克蘇河綠洲水資源的可達(dá)性、阿克蘇河綠洲水資源對(duì)區(qū)內(nèi)需水的滿足度的研究，為全面調(diào)控優(yōu)化灌區(qū)水資源管理服務(wù)。

4、結(jié)論

阿克蘇灌區(qū)作為新疆南部最大的長(zhǎng)絨棉生產(chǎn)基地，也是中國(guó)中藥的棉花生產(chǎn)區(qū)；而區(qū)內(nèi)徑流主要來(lái)自降水和冰雪融水，灌區(qū)更多的農(nóng)業(yè)灌溉來(lái)自地下水，因此區(qū)內(nèi)水資源管控非常關(guān)鍵。本文圍繞阿克蘇流域徑流的變化，系統(tǒng)綜述了近幾十年來(lái)阿克蘇流域水資源研究的現(xiàn)狀，結(jié)合阿克蘇河流域地下水資源相對(duì)豐富、利用不足的特點(diǎn)，提出了從水可達(dá)性、水利用滿足度、旱澇災(zāi)害及土壤鹽堿化角度探討綠洲地下水調(diào)控機(jī)制的思路，對(duì)促進(jìn)區(qū)域人類-環(huán)境生態(tài)友好型可持續(xù)發(fā)展具有一定的指導(dǎo)意義。

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