策勒綠洲生態(tài)與灌溉用水對(duì)地下水埋深的影響

錢劍平, 趙建平, 桂東偉, 馮新龍

(1.新疆大學(xué) 數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)學(xué)院, 新疆 烏魯木齊 830046; 2.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所, 新疆策勒荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站, 新疆 烏魯木齊 830011)

綠洲是干旱區(qū)重要的生態(tài)系統(tǒng)，有著獨(dú)特的人地關(guān)系和自然景觀。新疆和甘肅境內(nèi)的綠洲是學(xué)者研究的主要區(qū)域，重點(diǎn)研究焦點(diǎn)放在綠洲的水土資源合理配置、生態(tài)需水量、綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境建設(shè)、城鎮(zhèn)發(fā)展特點(diǎn)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等方面[1-9]。由于水資源是綠洲發(fā)展最重要的限制因子，直接決定綠洲的存在與發(fā)展，決定了在研究綠洲問(wèn)題時(shí)始終避不開對(duì)綠洲水資源的討論。近些年來(lái)，綠洲地區(qū)經(jīng)濟(jì)有較快的發(fā)展與轉(zhuǎn)型，這都是以大規(guī)模土地開發(fā)利用和超負(fù)荷的地下水開采為代價(jià)支撐的發(fā)展模式[10]。隨著地下水的開采規(guī)模變大，地下水水位的下降速度也在加快，使得地區(qū)發(fā)展面臨巨大困難與挑戰(zhàn)。因此，針對(duì)當(dāng)前嚴(yán)峻的用水態(tài)勢(shì)，開展相應(yīng)的綠洲用水需求與地下水埋深變化的研究有著迫切的現(xiàn)實(shí)需要，對(duì)綠洲的生態(tài)安全與可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。

綠洲地下水資源受到人類活動(dòng)與自然條件的共同影響，灌溉用水及地表來(lái)水是影響地下埋深動(dòng)態(tài)變化的主要因子[11-12]。近年來(lái)有許多圍繞地下水埋深動(dòng)態(tài)變化及其影響因素的研究工作，諸多成熟的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法已被廣泛地運(yùn)用于研究中，諸如回歸分析、因子分析、主成分分析、層次分析、Mann-Kendall趨勢(shì)分析及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[13-20]等。其中回歸分析應(yīng)用最多，然而此方法在使用中存在諸多弱點(diǎn)：要求數(shù)據(jù)必須是典型分布且樣本規(guī)模要大；計(jì)算繁雜；易出現(xiàn)正負(fù)相關(guān)顛倒。為克服回歸分析的不足和弊病，也有研究利用灰色關(guān)聯(lián)分析方法探究主成分分析確定下的影響地下水埋深動(dòng)態(tài)變化主要驅(qū)動(dòng)因子的敏感程度[21]，將這2種方法結(jié)合運(yùn)用到地下水埋深動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)中去。需要說(shuō)明的是，地下水埋深是地下水資源量變化最直接的表現(xiàn)，因此，以上研究均期望找到影響地下水埋深動(dòng)態(tài)變化的影響因素及其之間的線性關(guān)系。預(yù)測(cè)地下水埋深動(dòng)態(tài)變化時(shí)，只需預(yù)測(cè)各影響因素未來(lái)變化趨勢(shì)即可。描述一個(gè)區(qū)域地下水水位埋深現(xiàn)狀時(shí)，人們希望以一個(gè)平均埋深來(lái)反應(yīng)該地區(qū)的地下水水位狀態(tài)[22]。目前計(jì)算區(qū)域平均值的方法很多，常用的有等值線法、算術(shù)平均法、泰森多邊形法等，泰森多邊形法最適合區(qū)域內(nèi)數(shù)值分布不均的情況，是中國(guó)計(jì)算區(qū)域平均降雨量的常用方法，并廣泛應(yīng)用于水利、氣象、環(huán)境等學(xué)科[23-25]。影響地下水埋深動(dòng)態(tài)變化的因素是多方面的，它不僅受人為因素的影響也受自然氣候條件的影響。以上對(duì)地下水動(dòng)態(tài)變化的研究適用于區(qū)域較大、影響因素偏多的區(qū)域，對(duì)于物質(zhì)循環(huán)較為封閉的小型綠洲區(qū)域便不再適用。原因是區(qū)域內(nèi)影響埋深的因素之間相關(guān)性較強(qiáng)，使得構(gòu)建的模型誤差變大，對(duì)于這樣情況只需考慮區(qū)域內(nèi)水資源使用的盈虧關(guān)系，便能準(zhǔn)確分析影響地下水埋深動(dòng)態(tài)變化的關(guān)鍵因素。

本研究擬以此為出發(fā)點(diǎn)，選取塔里木盆地南緣中部的策勒綠洲為典型研究區(qū)，依托策勒荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站(下簡(jiǎn)稱策勒站)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)資料。從綠洲用水總需求量的角度出發(fā)，考慮策勒綠洲扇形區(qū)域生態(tài)和農(nóng)業(yè)需水總量與綠洲水資源補(bǔ)給量之間的盈虧關(guān)系，得到在綠洲用水需求影響下的地下水埋深動(dòng)態(tài)變化。利用策勒站提供策勒綠洲扇形綠洲區(qū)25口地下水固定觀測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)并借助ArcGIS 10.1模擬出綠洲地下水埋深等水位線圖，觀測(cè)地下水埋深動(dòng)態(tài)變化，驗(yàn)證綠洲滿足生態(tài)與灌溉用水對(duì)地下水埋深影響關(guān)系，分析綠洲地下水利用與恢復(fù)是否合理，最終為綠洲管理者在制定綠洲長(zhǎng)期發(fā)展策略時(shí)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

塔里木盆地位于中國(guó)西北部的新疆，是世界上最大的內(nèi)陸盆地。塔里木盆地南緣分布著數(shù)量眾多的綠洲,雖然綠洲的大小不一，但是有著相似的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)[26]，因此，可以選取典型的綠洲作為研究塔里木盆地南緣綠洲用水需求對(duì)地下水埋深影響的典型。本研究把地處新疆塔里木盆地南緣的策勒綠洲扇形綠洲區(qū)(以下簡(jiǎn)稱策勒綠洲)，作為綠洲生態(tài)與灌溉用水需求對(duì)地下水埋深影響的典型研究區(qū)。

策勒綠洲位于策勒河下游(地理坐標(biāo)36°54′—37°09′N，80°37′—80 °59′E),隸屬于新疆和田地區(qū)策勒縣，綠洲主體部分加外圍荒漠植被過(guò)渡帶總面積274.64 km2[27]。策勒綠洲地處昆侖山北麓中段，總體地勢(shì)南高北低，海拔高度為1 296.5～1 370.5 m。區(qū)域內(nèi)年均氣溫11.9 ℃，全年干燥少雨，降水量不到40 mm而年均蒸發(fā)量達(dá)2 700 mm，年均蒸發(fā)量數(shù)據(jù)來(lái)自1960—2010年策勒站使用直徑20 cm的蒸發(fā)皿對(duì)此地的實(shí)際測(cè)量[28]。維系策勒綠洲生存與發(fā)展的水源只依靠一條起源于昆侖山山脈的策勒河，1960—2015年策勒河年均徑流量為1.28×108m3。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

策勒綠洲由4種生態(tài)景觀類型組成，包括沙漠植被生態(tài)景觀、防風(fēng)林景觀、農(nóng)田景觀和河岸生態(tài)景觀。根據(jù)2010年提供的LandsatTM遙感衛(wèi)星圖像解析數(shù)據(jù)，得到策勒綠洲外圍沙漠植被景觀的面積數(shù)據(jù)。圖像的比例尺為1∶47 000，根據(jù)圖像對(duì)策勒綠洲地表植被類型進(jìn)行鑒別，結(jié)果得到策勒綠洲河岸林與防風(fēng)林面積為50 km2(主要樹種為胡楊樹),綠洲荒漠植被高覆蓋率草地69.34 km2(植被覆蓋率60%～90%)，中等覆蓋率草地22.54 km2(植被覆蓋率20%～60%)和低覆蓋率草地20.28 km2(植被覆蓋率5%～20%)[29](表1)。關(guān)于遙感衛(wèi)星圖像解析數(shù)據(jù)的精確度，在2010年分類數(shù)據(jù)表明 系數(shù)接近93%[30]。因此，利用遙感衛(wèi)星圖像的解析數(shù)據(jù)鑒別研究區(qū)地表植被覆蓋類型，能夠準(zhǔn)確反映研究區(qū)域內(nèi)地表植被的覆蓋類型。

表1 維持不同覆蓋率草地在高、中、低3種水平下需要的需水面積

Xue等[31]在早期對(duì)策勒綠洲生態(tài)需水量做過(guò)詳細(xì)的研究，綠洲生態(tài)需水量在此分為綠洲自然景觀需水量和綠洲河岸生態(tài)需水量?jī)纱蟛糠?，并估算出維持綠洲自然景觀和河岸生態(tài)所需生態(tài)需水量。文章中把維持河岸生態(tài)所需生態(tài)需水量細(xì)分為3類，包括維持河流流動(dòng)性、河流內(nèi)清淤輸沙與河道自然蒸散所需生態(tài)需水量?？紤]1960—1980年這段時(shí)期策勒綠洲河岸環(huán)境維持著較好的自然生態(tài)，期間還沒有開始修建水庫(kù)且沒有出現(xiàn)水資源的過(guò)度開采，故而受到人為因素影響較小，因此，使用這段時(shí)期水文數(shù)據(jù)進(jìn)行估算維持河岸生態(tài)系統(tǒng)各項(xiàng)生態(tài)功能的需水量。維持綠洲河岸生態(tài)穩(wěn)定的3類生態(tài)需水量結(jié)果分別是1.60×106,1.40×106和3.40×106m3。以往研究中對(duì)塔里木河下游綠色走廊地區(qū)自然景觀需水配額進(jìn)行過(guò)詳細(xì)的討論，估計(jì)出荒漠植被草地在高、中、低3種水平及河岸林與防風(fēng)林在此地區(qū)的需水配額[32]。因此，荒漠植被的3種覆蓋率草地分別在高、中、低3種水平下所需生態(tài)需水量分別為1.69×107,1.37×107和1.05×107m3。此外，河岸林和防風(fēng)林所需的生態(tài)需水量為1.70×107m3(表2)。

表2 策勒綠洲不同自然景觀植被生態(tài)需水量配額

策勒綠洲自然景觀植被需水量受綠洲外圍荒漠草地植被長(zhǎng)勢(shì)影響，因此，綠洲外圍荒漠植被在高、中、低3種需水水平下，綠洲自然景觀植被與河岸生態(tài)所需生態(tài)需水量總量分別為3.89×107,3.57×107和3.26×107m3，它們分別占到策勒河年均徑流量的30.4%,27.9%和25.5%。

基于統(tǒng)計(jì)年鑒及策勒站提供資料，策勒綠洲扇形區(qū)域農(nóng)作物灌溉面積約為8 667 hm2。當(dāng)前綠洲扇形區(qū)域內(nèi)主要種植石榴、紅棗和核桃這幾類經(jīng)濟(jì)林作物，這幾類作物占到綠洲農(nóng)作物種植面積的近8成，除綠洲內(nèi)部種值小麥、玉米等作物外，也在經(jīng)濟(jì)林作物中套種少量小麥、玉米等作物，在綠洲東北邊緣地下水埋深較淺處也種植有部分棉花[33]。為方便統(tǒng)計(jì)與計(jì)算不同農(nóng)業(yè)景觀種植面積，這里只考慮策勒綠洲種植石榴、紅棗和核桃的面積，并把其他作物種植面積按石榴、紅棗、核桃的種植面積比例全部轉(zhuǎn)化為3類經(jīng)濟(jì)林作物。這3種經(jīng)濟(jì)林作物的單位面積年均灌水量區(qū)間分別為[12.8,14.3]×103，[10.0,11.4]×103和[10.2,11.2]×103m3/hm2。表3給出把綠洲其他農(nóng)作物按3種主要經(jīng)濟(jì)林作物的種植面積比例轉(zhuǎn)化為石榴、紅棗和核桃的種植面積，此后研究只考慮其他作物轉(zhuǎn)化成這3類作物后的需水量。

表3 綠洲各經(jīng)濟(jì)林種種植面積及單位面積灌溉用水量

注：灌區(qū)經(jīng)濟(jì)林作物種植面積及作物灌水量資料由策勒站提供。

策勒綠洲地下水資源主要是由策勒河自昆侖山北麓流經(jīng)至策勒綠洲過(guò)程中在山區(qū)逐步形成，而在綠洲盆地和平原內(nèi)進(jìn)行開發(fā)利用。近年策勒綠洲人工開墾的耕地面積不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致綠洲用水需求變大，開采地下水資源成為常態(tài)[34]。綠洲的地下水埋深近年來(lái)下降得非常明顯，并且沒有減緩的趨勢(shì)，但這種發(fā)展策略必定不能長(zhǎng)久。由于策勒綠洲的氣候條件地區(qū)內(nèi)常年降水量稀少，因此鮮有上層滯水；再者，目前策勒綠洲地下水埋深基本不超過(guò)70 m，故策勒綠洲使用的地下水類型主要是潛水。因此，下文中提及的策勒綠洲地下水，本文統(tǒng)一考慮成潛水。地下水埋深數(shù)據(jù)來(lái)自策勒站在策勒綠洲建立的長(zhǎng)期固定25口地下水觀測(cè)井位數(shù)據(jù)，以此數(shù)據(jù)為出發(fā)點(diǎn)監(jiān)測(cè)綠洲用水狀況。

2 研究方法

地下水平均埋深使用Thiessen多邊形法進(jìn)行計(jì)算，其基本思想是每個(gè)樣點(diǎn)上的地下水埋深并不只代表該點(diǎn)的地下水埋深，而是更多地反應(yīng)它周圍區(qū)域的地下水埋深，每個(gè)點(diǎn)代表的區(qū)域一般不是規(guī)則的多邊形[35]。具體步驟為： ①將區(qū)域井位點(diǎn)的位置進(jìn)行連線，形成三角網(wǎng)； ②對(duì)每個(gè)三角形各邊做垂直平分線； ③選取每個(gè)井位點(diǎn)周圍的垂直平分線，構(gòu)成以這個(gè)點(diǎn)為核心的多邊形。則地下水平均埋深的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

(1)

式中：z——綠洲區(qū)地下水平均埋深(m)；ai——第i個(gè)井位點(diǎn)周圍的多變形面積(m2)；zi——第i個(gè)井位點(diǎn)的地下水埋深(m)；A——綠洲面積(m2)；ωi——面積權(quán)重；zi——第i個(gè)井位點(diǎn)的地下水埋深(m)。

策勒綠洲使用的地下水類型主要是潛水，于是潛水含水層的儲(chǔ)水量數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

W=μ·V=μ·S·h

(2)

式中：W——地下水的儲(chǔ)藏量(m3)；V——潛水含水層的體積(m3)；μ——潛水含水層給水度；S——研究區(qū)面積(m2)；h——潛水含水層厚度或下降高度(m)。根據(jù)策勒綠洲地下巖層結(jié)構(gòu)及埋深狀況，潛水含水層給水度取值設(shè)定為0.07[36]。

3 結(jié)果與分析

3.1 策勒綠洲農(nóng)業(yè)需水量

策勒綠洲內(nèi)農(nóng)業(yè)灌溉用水依賴于引水灌溉，大部分農(nóng)田灌區(qū)是直接抽取地下水灌入水渠對(duì)目標(biāo)農(nóng)田進(jìn)行灌溉。當(dāng)前策勒綠洲的總用水需求大于綠洲水資源補(bǔ)給量，從用水管理策略的角度考慮，應(yīng)在枯水期或枯水年限制經(jīng)濟(jì)效益小的作物的用水量，保證區(qū)域地下水埋深不會(huì)在短期內(nèi)劇烈變化。但從綠洲實(shí)際情況考慮，在灌溉用抽水井處并沒有限制抽水量，而農(nóng)民不會(huì)接受因?yàn)橄拗谱魑锕嗨慷斐勺陨淼慕?jīng)濟(jì)損失，因此當(dāng)前策勒綠洲均是對(duì)農(nóng)田進(jìn)行充分灌溉，并且綠洲絕大部分農(nóng)田依靠漫灌方式對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行澆灌。因此，策勒綠洲主要經(jīng)濟(jì)林作物實(shí)際年均灌水量會(huì)高于策勒站實(shí)驗(yàn)樣地得出的最優(yōu)灌水量，故各類經(jīng)濟(jì)林作物均是給予其最大灌水量保證其最優(yōu)的效益產(chǎn)出。于是石榴、紅棗、核桃這3類經(jīng)濟(jì)林作物單位面積年均灌水量取值設(shè)定為1.43×104，1.14×104，和1.12×104m3/hm2，通過(guò)計(jì)算估計(jì)出石榴、紅棗和核桃每年灌水量分別為1.78×107，4.93×107和3.35×107m3，策勒綠洲每年農(nóng)業(yè)用水總需求為1.01×108m3。根據(jù)策勒站提供當(dāng)?shù)剞r(nóng)副產(chǎn)品價(jià)格資料，知3類特色果林作物單位面積收益為5.245×104，5.025×104和4.71×104元/hm2，由此可看出種植紅棗能獲得的收益更多，并且給予的灌水量相對(duì)較少。這也是策勒綠洲扇形區(qū)域內(nèi)紅棗的種植面積占果林面積大部分份額的原因，但考慮到綠洲區(qū)域種植結(jié)構(gòu)比較單一，使綠洲經(jīng)濟(jì)受作物價(jià)格變化影響較大和抗風(fēng)險(xiǎn)能力偏低。這也是紅棗雖有這些優(yōu)勢(shì)的情況下，紅棗的種植面積還控制在3347.6 hm2，占林果類作物面積的48.8%。

3.2 策勒綠洲地下水位變化趨勢(shì)

策勒綠洲位于昆侖山北麓，總體地勢(shì)南高北低，西南向東北傾斜，順著策勒河延伸至塔克拉瑪干沙漠南部邊緣地區(qū)，這種南北地勢(shì)的差異是造成策勒綠洲地下水分布呈現(xiàn)南深北淺特點(diǎn)的主要原因。南部一帶海拔是整個(gè)綠洲最高的區(qū)域，因此地下水埋深普遍比其他區(qū)域要深，北部與東部地勢(shì)較低，地下水流向該區(qū)域，使得東北位置地下水埋深較淺?；诓呃照驹诓呃站G洲建立的長(zhǎng)期固定25口地下水觀測(cè)井位的數(shù)據(jù)，可知綠洲南部一帶地下水埋深最深值71.95 m(2014年6月)，東北部地下水埋深最淺處值為1.4 m(2011年6月)。由于人力物力資源限制觀測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的采樣是按月進(jìn)行，并且抽樣時(shí)間和抽樣時(shí)機(jī)(抽水灌溉前或抽水灌溉后)均不固定；因?yàn)椴蓸訒r(shí)間和時(shí)機(jī)不固定，可能使得不同年份在相同月份的數(shù)值對(duì)比時(shí)差異性較大；再者測(cè)量設(shè)備陳舊，導(dǎo)致某些井位數(shù)據(jù)長(zhǎng)期缺失。這些測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題可能導(dǎo)致后期模擬的地下水等值線圖(圖1)與實(shí)際情況有出入，只能大概估計(jì)出策勒綠洲地下水埋深分布與動(dòng)態(tài)變化。

圖1 策勒綠洲地下水埋深分布

綠洲外圍防風(fēng)沙侵蝕作用的過(guò)渡帶荒漠草地植被在高、中、低3種需水水平下綠洲生態(tài)需水量與農(nóng)業(yè)需水量之和分別為1.395×108，1.363×108和1.332×108m3。策勒綠洲常年炎熱干燥并且極少降雨，水資源補(bǔ)給僅依靠策勒河這條年均徑流量為1.28×108m3的內(nèi)陸河，因此，需要透支抽取的地下水量分別為1.15×107，8.30×106和5.20×106m3。根據(jù)公式(2)當(dāng)需要抽取此量的地下水時(shí)，策勒綠洲扇形區(qū)域潛水層水位平均下降高度分別為0.60，0.38和0.27 m。策勒綠洲生態(tài)需水量會(huì)隨綠洲自然景觀植被長(zhǎng)勢(shì)不同而變化，需水量為3.26×107～3.89×107m3，占到策勒河年均徑流量近3成。策勒綠洲消耗大量水資源用于維持綠洲生態(tài)，但仍然余下近7成河流徑流量可用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。只要能夠合理開發(fā)利用這部分水資源進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，仍然能夠?qū)崿F(xiàn)綠洲的可持續(xù)發(fā)展。但由于策勒綠洲農(nóng)業(yè)用水灌溉方式與用水管理策略水平落后，使得綠洲農(nóng)業(yè)用水總需求量達(dá)1.006×108m3。綠洲總用水缺口為5.20×106～1.15×107m3，最大用水缺口占到策勒河年均徑流量近一成，這部分水量需要從綠洲地下水中抽取。雖然每年透支抽取地下水的數(shù)額不多，但是綠洲中儲(chǔ)藏有地下水的面積并不大，使得抽取的這部分份額能夠影響到綠洲地下水的整體分布。使用ArcGIS 10.1中普通克里金差值功能，利用策勒綠洲25口地下水長(zhǎng)期觀測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)模擬出地下水埋深等值線圖(圖1)。由此，可觀測(cè)到綠洲地下水埋深在空間尺度上變化明顯。

根據(jù)式(1)的Thiessen多邊形法計(jì)算2008—2014年6月的地下水平均埋深(表4)依次為20.78 m(2008年6月)，22.01 m(2009年6月)，22.32 m(2010年6月)，19.58m(2011年6月)和20.90m(2014年6月)，可以看出綠洲地下水平均埋深有升有降，基本維持在21 m上下，整體變化不大。

表4 2008-2014年策勒河徑流量與策勒綠洲地下水平均埋深

說(shuō)明策勒綠洲的地下水埋深趨于穩(wěn)定，并未出現(xiàn)異常波動(dòng)的情形。究其原因是由于近幾年策勒河徑流量充足，這加快了對(duì)地下水的補(bǔ)給速度，使得綠洲地下水平均埋深沒有出現(xiàn)預(yù)期中的下降。近幾年策勒綠洲地下水埋深在空間結(jié)構(gòu)上變化顯著，說(shuō)明地下水資源的連通性在增加，此時(shí)脆弱性也在增加[37](圖 1)。當(dāng)策勒河來(lái)水量減少時(shí)，必定會(huì)促使綠洲加強(qiáng)對(duì)地下水的開采力度，使得地下水埋深變化明顯，致使地下水水位難以恢復(fù)。盡管近幾年策勒河徑流量充足，但綠洲每年都需抽取6.0×107～1.0×108m3地下水進(jìn)行綠洲農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。原因在于策勒河屬于高山融雪形成的河流，每年6—8月是徑流高峰期，占河流全年流量70%，而作為綠洲用水需求最大份額的農(nóng)業(yè)需水期為4—9月，并且每個(gè)月份需水量相對(duì)均衡，這造成策勒綠洲用水需求與供給時(shí)間不相吻合，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水在河流汛期前后都需抽取地下水進(jìn)行灌溉。并且綠洲離策勒河較遠(yuǎn)的區(qū)域是直接抽取地下水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，而徑流對(duì)地下水的補(bǔ)給速度遠(yuǎn)不及地下水的抽取速度。正如2011—2014年策勒河徑流補(bǔ)給量巨大，但地下水的平均水位卻沒有明顯上升；而當(dāng)2008—2009年策勒河徑流不足時(shí)，地下水位平均埋深下降明顯。因此，影響策勒綠洲地下水埋深空間分布變化的最主要因素有2個(gè)，首先是策勒綠洲常年抽取地下水灌溉而通過(guò)策勒河汛期補(bǔ)給地下水的生產(chǎn)方式，其次為策勒河徑流量的不確定性。

4 討 論

農(nóng)業(yè)灌溉作為綠洲水資源消耗的主體，策勒綠洲每年消耗1.006×108m3水資源進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。本文粗略估計(jì)出維持策勒綠洲生態(tài)需水與滿足農(nóng)業(yè)灌溉用水時(shí)綠洲每年用水缺口為5.20×106～1.15×107m3，雖然綠洲用水缺口占策勒綠洲每年徑流補(bǔ)給量的比例很小，但整個(gè)策勒綠洲面積很小抽取等量的地下水補(bǔ)足綠洲用水缺口時(shí)，會(huì)使綠洲平均地下水埋深下降0.27～0.60 m。策勒河徑流量以年尺度下觀察波動(dòng)幅度較大，使得只依靠徑流補(bǔ)給的策勒綠洲地下水，每年的地下水平均埋深變動(dòng)幅度較大。因此，4，5 a短期觀察不出地下水埋深是否變大，但若是考慮10～15 a中長(zhǎng)期對(duì)地下水埋深的影響，這種變化卻是非常劇烈。這不僅使得地下水平均埋深下降3～5 m，由于策勒綠洲地下水資源由南向北匯集的分布特點(diǎn)，更會(huì)使得綠洲南部地下水埋深下降地更加明顯，甚至這部分地區(qū)地下水資源會(huì)出現(xiàn)枯竭的嚴(yán)重后果。再者，近年來(lái)策勒縣總?cè)丝趶?008年的14.75萬(wàn)增加到2015年的16.67萬(wàn)，策勒綠洲這樣以農(nóng)業(yè)驅(qū)動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展模式，人口數(shù)量的增長(zhǎng)導(dǎo)致人均耕地面積減少，不僅對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生巨大壓力，同時(shí)對(duì)糧食的基本需求也在增加。因此，促進(jìn)綠洲發(fā)展的首選必然是擴(kuò)張人工綠洲，人工綠洲的擴(kuò)張將導(dǎo)致灌區(qū)耕地面積的擴(kuò)大，這將加大對(duì)地下水資源的開發(fā)強(qiáng)度，使得地下水埋深下降速度進(jìn)一步加快。綠洲地下水埋深的下降和人工綠洲的擴(kuò)張過(guò)程導(dǎo)致流域內(nèi)過(guò)渡帶植被和天然綠洲的退化和面積萎縮，這會(huì)導(dǎo)致維護(hù)綠洲安全的生態(tài)屏障功能下降，進(jìn)而威脅到綠洲社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

策勒綠洲人口的增長(zhǎng)和人工綠洲的擴(kuò)張加劇了綠洲地下水的開采強(qiáng)度，這種趨勢(shì)未來(lái)幾年不會(huì)衰減。因此，策勒綠洲在未來(lái)幾年水資源會(huì)更加緊缺，為了減輕綠洲水資源緊缺對(duì)綠洲的影響，當(dāng)?shù)卣畱?yīng)加強(qiáng)對(duì)農(nóng)業(yè)用水的管理，并投入資金建設(shè)節(jié)水設(shè)施，提高對(duì)水資源的利用效率。策勒綠洲農(nóng)業(yè)節(jié)水設(shè)施建設(shè)發(fā)展現(xiàn)處于起步階段，扇形綠洲區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉方式幾乎全為引水漫灌，節(jié)水設(shè)施建設(shè)潛力巨大。綠洲節(jié)水設(shè)施的建設(shè)目前只停留在工程節(jié)水上，即修建更新引水渠，降低引水時(shí)水滲透造成的浪費(fèi)。雖然當(dāng)?shù)卦谵r(nóng)業(yè)發(fā)展中投入資金很多，但基本投入到傳統(tǒng)糧食作物轉(zhuǎn)型經(jīng)濟(jì)林作物和農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼上，而作物轉(zhuǎn)型現(xiàn)已接近尾聲，在今后幾年會(huì)有大量資金投入到農(nóng)業(yè)節(jié)水設(shè)施的建設(shè)上。策勒綠洲農(nóng)民文化水平普遍偏低，不了解農(nóng)業(yè)節(jié)水對(duì)地區(qū)發(fā)展的深遠(yuǎn)作用，因此，需要加強(qiáng)對(duì)農(nóng)民節(jié)水意識(shí)的宣傳。當(dāng)策勒河徑流量不足需要對(duì)農(nóng)業(yè)用水進(jìn)行限額灌溉和重新分配時(shí)，可以投入資金利用經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償?shù)氖侄危行д{(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)灌溉與維持綠洲地下水資源穩(wěn)定和健康的用水沖突。政府也應(yīng)為不同作物灌溉者提供額外經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼，刺激和鼓勵(lì)灌溉者更換先進(jìn)的節(jié)水設(shè)備和采用先進(jìn)的灌溉技術(shù)。

綠洲種植結(jié)構(gòu)的改變，需要精確度量經(jīng)濟(jì)林種需水規(guī)律，但目前相關(guān)研究還比較滯后，此外為了簡(jiǎn)化估計(jì)綠洲農(nóng)業(yè)用水需求，研究中只考慮占綠洲多數(shù)的經(jīng)濟(jì)林作物，把其他作物按經(jīng)濟(jì)林作物比例轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)林作物對(duì)待，這都導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水量勢(shì)必包含較大誤差；而綠洲農(nóng)業(yè)漫灌用水方式也使得策勒站估計(jì)的不同作物年灌水量與實(shí)際用水需求產(chǎn)生較大差異。Xue[31]等估計(jì)生態(tài)環(huán)境需水量方法的科學(xué)性與準(zhǔn)確性需要進(jìn)一步的改進(jìn)與研究，因此，在今后的研究中需要投入更多的精力到數(shù)據(jù)的收集整理與尋找更精確的研究方法。

5 結(jié) 論

(1) 策勒綠洲生態(tài)和農(nóng)業(yè)需水總量為1.332×108～1.395×108m3，每年需要透支5.20×106～1.15×107m3地下水資源維持綠洲發(fā)展。由于策勒綠洲透支使用地下水資源，會(huì)使綠洲每年平均地下水埋深下降0.27～0.6 m。

(2) 通過(guò)使用Thiessen多邊形法計(jì)算2008—2014年6月地下水平均埋深，發(fā)現(xiàn)綠洲地下水平均埋深有升有降，基本維持在21 m上下，整體變化不大。原因是近幾年策勒徑流量充足，這加快了地下水的補(bǔ)給速度，使得綠洲地下水平均埋深沒有出現(xiàn)預(yù)期中的下降。

(3) 使用ArcGIS 10.1中普通克里金差值方法模擬出2008年6月、2011年6月和2014年6月地下水埋深等水位線圖，可以看出近幾年策勒綠洲地下水埋深在空間結(jié)構(gòu)上變化明顯，說(shuō)明地下水資源的連通性在增加，同時(shí)脆弱性也在增加。

(4) 策勒綠洲地區(qū)持續(xù)的人口增長(zhǎng)，導(dǎo)致人均耕地面積不斷減少。促進(jìn)綠洲發(fā)展的首選是擴(kuò)張人工綠洲，人工綠洲的擴(kuò)張導(dǎo)致灌區(qū)耕地面積的擴(kuò)大，這將加大對(duì)地下水資源的開發(fā)強(qiáng)度。因此，綠洲在今后幾年的水資源供需矛盾會(huì)更加緊張，這會(huì)進(jìn)一步刺激地下水埋深的下降速度。

(5) 策勒綠洲這樣水資源供給單一且水資源需求持續(xù)增長(zhǎng)的地區(qū)，通過(guò)不斷開采地下水維持綠洲發(fā)展的策略是不能長(zhǎng)久的。解決綠洲水資源短缺的根本途徑是控制人工綠洲的擴(kuò)張，限制水資源需求的進(jìn)一步增長(zhǎng)；并通過(guò)政策刺激和鼓勵(lì)灌溉者更換先進(jìn)的節(jié)水設(shè)備和采用先進(jìn)的灌溉技術(shù)，提高水資源的利用效率。

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