新疆渭干河流域水土資源分析

摘要：運(yùn)用遙感手段對(duì)新疆渭干河流域的土地利用時(shí)空變化進(jìn)行了研究，同時(shí)分析了渭干河流域土地利用變化對(duì)水資源的影響以及水資源對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。結(jié)果表明，對(duì)水土的平衡考慮不夠，且急于求成，造成盲目開荒。用水管理部門和農(nóng)戶缺乏對(duì)水資源信息（來水量和來水時(shí)間）的了解，使得農(nóng)戶在灌溉時(shí)超計(jì)劃灌水。監(jiān)測手段落后，不能有效監(jiān)測土地類型的變化。干旱半干旱地區(qū)生態(tài)環(huán)境的維持和演化直接受制于綠洲可用水資源量，一定量的水資源只能維持相應(yīng)規(guī)模的綠洲。

關(guān)鍵詞：渭干河流域；水資源；土地資源；水土平衡

中圖分類號(hào)：TU94+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）11-2532-04

我國人口眾多，可利用的土地資源相對(duì)而言并不豐富，加之在我國建立社會(huì)主義公有制以后的30多年時(shí)間里，放松了土地管理工作，以致造成土地的數(shù)量不清、質(zhì)量不明、權(quán)屬紊亂的局面。這種狀況不能適應(yīng)國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，直接影響著各項(xiàng)工作的正確決策。統(tǒng)計(jì)資料數(shù)據(jù)是制定水土資源開發(fā)政策的重要依據(jù)，由于我國實(shí)行的是村和農(nóng)、林、牧、居民點(diǎn)以及工礦、部隊(duì)等單位逐級(jí)匯總的統(tǒng)計(jì)制度，在各方利益的驅(qū)使下會(huì)出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的不真實(shí)性等問題，這對(duì)干旱區(qū)有限的水資源與土地資源的平衡提出了諸多問題，如塔里木河流域水土資源開發(fā)中所出現(xiàn)的流域環(huán)境問題與傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析是密不可分的。過去土地利用數(shù)據(jù)獲取的主要技術(shù)方法為航空攝影測量技術(shù)，土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測一般依靠人工野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)變化信息，運(yùn)用測量方法進(jìn)行變化信息的空間測量。與傳統(tǒng)監(jiān)測方法相比，遙感監(jiān)測技術(shù)手段和計(jì)算機(jī)具有速度快、精度高、范圍廣，并且能為國土資源管理工作提供基于事實(shí)影像、可精確測量、可作為基礎(chǔ)信息的土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測結(jié)果，是對(duì)土地利用的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行全面系統(tǒng)地反映和分析的科學(xué)方法。

土地利用現(xiàn)狀調(diào)查是指為查清現(xiàn)狀用地的數(shù)量及其分布而進(jìn)行的土地資源調(diào)查。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，干旱區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，森林、草地、濕地、水域等面積逐漸減少，農(nóng)耕面積不斷擴(kuò)大，農(nóng)業(yè)用水需求增大，水資源幾乎被農(nóng)業(yè)用盡，導(dǎo)致河流斷流與干枯，致使生態(tài)環(huán)境惡化。因此，如何詳細(xì)、快速地發(fā)現(xiàn)土地利用的變化并獲得變化信息，科學(xué)有效地掌握土地信息和管理土地資源，進(jìn)行遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測是十分必要的。遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測是快速提取地表信息的最有效手段，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、地質(zhì)、海洋、氣象、水文、軍事、環(huán)保等領(lǐng)域中發(fā)揮了巨大作用。遙感技術(shù)的特點(diǎn)是可獲取大范圍數(shù)據(jù)資料，獲取信息的速度快、周期短。獲取信息的手段多、信息量大，獲取信息受條件限制少。本研究運(yùn)用遙感監(jiān)測手段對(duì)渭干河流域的土地利用時(shí)空變化進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上驗(yàn)證傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)方法和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的真實(shí)性，為國家計(jì)劃、水利、統(tǒng)計(jì)、土地管理部門提供詳細(xì)準(zhǔn)確的基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 自然概況

渭干河位于新疆維吾爾自治區(qū)的南部， 北起秋里塔格山，南接塔里木河北岸，東鄰輪臺(tái)縣，西與溫宿縣接壤。由木扎提河、喀普斯浪河、喀拉蘇河、克孜勒河4條支流匯流而成，全長172 km。流域內(nèi)有新和縣、庫車縣和沙雅縣的大部分土地，流域面積3.79萬km2，地勢(shì)西北高東南低，坡度為1/400-1/4 000之間[1]，經(jīng)勞動(dòng)人民數(shù)千年的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)勞動(dòng)，逐步形成了渭干河灌區(qū)和灌區(qū)綠洲經(jīng)濟(jì)。綠洲農(nóng)業(yè)完全依賴于灌溉，沒有灌溉就沒有農(nóng)業(yè)，解放前沒有完整的灌溉排水系統(tǒng)，灌溉設(shè)施也十分簡陋。解放后，在灌區(qū)各族人民的努力下，對(duì)灌區(qū)進(jìn)行了大規(guī)模的改造，形成了當(dāng)前的灌溉排水系統(tǒng)較完善的灌區(qū)規(guī)模。種植業(yè)（棉花、小麥、玉米）是灌區(qū)綠洲經(jīng)濟(jì)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，尤其是棉花生產(chǎn)占種植業(yè)的90%左右。

1.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀況

渭干河灌區(qū)內(nèi)有庫車縣、新和縣和沙雅縣的30個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。人口從1949年的17.6萬人增加到了2008年的60萬人，其中農(nóng)業(yè)人口占總?cè)丝诘?1%，達(dá)到了54.6萬人[2]。主要產(chǎn)業(yè)是農(nóng)業(yè)，農(nóng)作物以棉花、小麥、玉米等為主。灌溉面積由1949年的6萬hm2擴(kuò)大到了2010年的20萬hm2。表1[3-5]為渭干河流域各縣作物播種面積與灌溉需水量。

1.3 水源及水利設(shè)施

渭干河灌區(qū)的地表水資源主要來源于天山山脈的冰雪融水和降雨。主要由木扎提河、喀普斯浪河、喀拉蘇河和克孜勒河4條河流在黑孜爾匯流形成一條長172 km的渭干河。河流貫穿于渭干河流域中央，因?yàn)楸┤谒侵饕矗髁渴芗竟?jié)影響較大，徑流的年內(nèi)分配不均。夏季（6～9月）徑流量占全年徑流量的65%以上，由于徑流量的年內(nèi)季節(jié)變化較大，特別是春季播種期徑流量較少，不能滿足春季播種期的需水量。為解決春季灌溉供需矛盾，于1980-1992年間在渭干河上游修建了蓄水量為6.4億m3 的黑孜爾水庫。而在黑孜爾水庫下游出山口修建了一座龍口分水閘，根據(jù)3個(gè)縣的用水協(xié)議（1918年），庫車縣、新和縣和沙雅縣分別得到流量的39.5%、28.0%、32.5%。灌區(qū)內(nèi)渠道分總干渠、干渠、支渠、斗渠、農(nóng)渠，90%為未做防滲措施的土渠，滲漏損失嚴(yán)重，總干渠到農(nóng)田的水利用系數(shù)為0.4[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕地統(tǒng)計(jì)面積

土地利用與自然環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)環(huán)境等密切相關(guān)，其中，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)因子是土地利用變化最重要的驅(qū)動(dòng)力之一。圖1是根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料繪制的渭干河流域1950-2011年的耕地面積變化圖，從圖上可以看出其耕地面積從1950年的8.35萬hm2擴(kuò)大到了2010年的16.11萬hm2，60年間增加了7.76萬hm2。因輪耕技術(shù)的廢棄和復(fù)播技術(shù)的提高使得灌溉面積顯著增加，灌溉面積從1950年的5.5萬hm2增加到了2010年的21萬hm2，增加了近3倍[7]。

2.2 耕地監(jiān)測面積

土地利用變化數(shù)據(jù)的獲取與更新是土地監(jiān)測工作的重要內(nèi)容，如果依靠常規(guī)方法不但不能獲取土地利用變化的數(shù)量和性質(zhì)，成圖周期長，精度不高誤差大，而且難以主動(dòng)發(fā)現(xiàn)土地利用變化信息。如果依靠遙感影像處理與識(shí)別技術(shù)，可以主動(dòng)快速地發(fā)現(xiàn)和提取變化信息，從而達(dá)到對(duì)耕地面積以及建設(shè)用地等土地利用變化情況進(jìn)行及時(shí)、直接、客觀地定期監(jiān)測。本研究利用遙感土地利用分類方法與變化監(jiān)測等技術(shù)，采用ENVI技術(shù)路線對(duì)渭干河流域1972、1992、2010年的TM影像進(jìn)行影像融合、波段比值計(jì)算、主成分分析、監(jiān)督分類等分類出了森林、草地、荒漠、鹽漬地、農(nóng)田、水域等6大類信息數(shù)據(jù)。遙感信息是地表各種地理要素的真實(shí)反映，能清晰地反映出各種土地利用類型的特征與分布。在土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測中，遙感圖像處理是保證監(jiān)測精度的前提。其中土地利用分類方法與變化監(jiān)測技術(shù)是評(píng)價(jià)監(jiān)測方法準(zhǔn)確性的重要依據(jù)。本研究分類時(shí)借助GPS測量手段進(jìn)行數(shù)據(jù)疊加，結(jié)合GIS中的空間疊加分析與統(tǒng)計(jì)方法，通過影像提取分析獲得了圖2所示的渭干河流域1972、1992、2010年的土地利用變化信息數(shù)據(jù)。

表2為分析得出的不同時(shí)期渭干河流域的耕地面積變化情況。1972年的耕地面積是11.11萬hm2，1992年的耕地面積是24.21萬hm2，2010年耕地面積擴(kuò)大到了41.97萬hm2。從這些數(shù)據(jù)可以看出，耕地面積在成倍地增長。監(jiān)測面積和同期統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相比有很大的出入。

2.3 水土平衡

灌溉方法還是沿襲古老的大水漫灌方法，灌溉效率比較低。1990年以后為了提高灌溉效率把大田改為小田，但是因灌溉管理等原因相鄰農(nóng)田間挖埂串灌現(xiàn)象較嚴(yán)重，灌溉效率較低。渭干河的年平均徑流量為22.8億m3， 渠道90%為未做防滲措施的土渠，滲漏損失嚴(yán)重，總干渠到農(nóng)田的有效利用系數(shù)為0.4，計(jì)算得到的輸水量為9.12億m3，根據(jù)表1需水量為9.52億m3，還有0.40億m3的需水量不能滿足。渭干河的水全部用到了灌溉農(nóng)業(yè)上，嚴(yán)重影響了流域的生態(tài)環(huán)境。

為了了解農(nóng)戶的灌溉用水情況，2009-2010年對(duì)沙雅縣努爾巴克鄉(xiāng)一農(nóng)戶進(jìn)行了農(nóng)田計(jì)劃灌水量、實(shí)際灌水量情況的調(diào)查（表3）。從表3中可以看出，2009年由于水量少和灌溉管理等原因?qū)嶋H上灌溉了3次，3次的灌水量為840 mm，比5次的計(jì)劃灌水量超了300 mm； 2010年由于水量少和灌溉管理等原因?qū)嶋H上灌溉了2次，2次的灌水量為692 mm，比5次的計(jì)劃灌水量超了152 mm。

從表3中可以看出，計(jì)劃灌水量和實(shí)際灌水量有很大的出入，這是因?yàn)椋旱谝唬鄥^(qū)仍然用落后的大田大水漫灌方式進(jìn)行挖埂串灌；第二，灌溉時(shí)農(nóng)戶盡可能地讓水在田里浸泡，目的是讓農(nóng)田吃透水，這不能簡單地認(rèn)為是無知的表現(xiàn)，而是農(nóng)戶得不到對(duì)水資源的信息，甚至水利局和水管站的工作人員都不知道下次灌溉的時(shí)間和來水量，在這種情況下會(huì)出現(xiàn)農(nóng)戶讓農(nóng)田吃透水的現(xiàn)象；第三，一個(gè)村有兩名專門負(fù)責(zé)灌溉的水管員，因村里灌溉面積大，而且是日夜灌溉，對(duì)兩名水管員來講勞動(dòng)強(qiáng)度非常大，所以會(huì)出現(xiàn)挖埂串灌等現(xiàn)象。

3 小結(jié)與討論

人類對(duì)自然資源特別是對(duì)水土資源的不合理利用，加劇了脆弱生態(tài)環(huán)境的演變過程，影響了干旱地區(qū)的生態(tài)安全。對(duì)干旱區(qū)而言，生態(tài)環(huán)境比較脆弱，加上多年的人類活動(dòng)，主要是不合理的水土資源開發(fā)影響了生態(tài)環(huán)境。究其原因有以下幾種基本情況：①由于統(tǒng)計(jì)資料的不真實(shí)性等，不能準(zhǔn)確掌握耕地面積，對(duì)水土的平衡考慮不夠，而且急于求成，造成盲目開荒。②人口增長過快引發(fā)對(duì)耕地面積的需求擴(kuò)大，同時(shí)引起對(duì)灌溉水量的需求增長，由此呈現(xiàn)出農(nóng)田灌溉用水不足的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象造成流域人口、耕地與水資源承載力相互關(guān)系的失調(diào)。③在經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)使下向土地掠奪，促使農(nóng)業(yè)不斷擴(kuò)張，近些年來，內(nèi)地流入渭干河流域淘金的人群成為新的拓荒者，他們采取合股、獨(dú)資等形式，購置、租用大批推土機(jī)等機(jī)械駛進(jìn)渭干河流域，致使渭干河流域原始胡楊林和天然植被大面積遭受人為破壞。④因用水管理部門和農(nóng)戶缺乏對(duì)水資源信息（來水量和來水時(shí)間）的了解，使得農(nóng)戶在灌溉時(shí)超計(jì)劃灌水。⑤農(nóng)村地區(qū)增加農(nóng)民收入的方法之一是擴(kuò)大耕地面積來實(shí)現(xiàn)農(nóng)民增收，它和別的方式相比風(fēng)險(xiǎn)小見效快。⑥因農(nóng)村地區(qū)土地管理部門技術(shù)人員少，監(jiān)測手段落后，不能有效地監(jiān)測土地類型的變化。

干旱半干旱地區(qū)過多的耕地面積只能把有限的水資源用在灌溉農(nóng)業(yè)上，甚至連農(nóng)業(yè)用水都無法保證，由于灌溉水量和灌溉次數(shù)的減少，嚴(yán)重影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。干旱半干旱地區(qū)生態(tài)環(huán)境的維持和演化直接受制于綠洲可用水資源量，一定量的水資源只能維持相應(yīng)規(guī)模的綠洲。一旦耕地面積超過水源供應(yīng)量，綠洲的系統(tǒng)平衡就會(huì)被打破，引起綠洲生態(tài)系統(tǒng)的退化。因此，準(zhǔn)確地掌握土地利用數(shù)據(jù)（耕地?cái)?shù)據(jù)）是解決干旱半干旱地區(qū)水土資源平衡問題的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)：

[1] 新疆維吾爾自治區(qū)統(tǒng)計(jì)局.新疆統(tǒng)計(jì)年鑒2010[M].北京：中國統(tǒng)計(jì)出版社，2010.83-85.

[2] 庫車縣志編纂委員會(huì).庫車縣志[M]. 烏魯木齊：新疆大學(xué)出版社，1991.90-91.

[3] 沙雅縣史志編纂委員會(huì)·沙雅縣志[M].烏魯木齊：新疆人民出版社，1995.91-92.

[4] 新和縣地方志編纂委員會(huì)·新和縣志[M].烏魯木齊：新疆人民出版社，1997.71-73.

[5] 滿蘇爾·沙比提，阿布拉江·蘇來曼，玉素甫江·如素力.渭干河灌區(qū)水資源利用研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2005，19（5）：83-88.

[6] 安小敏，張宏科，高建偉，等.2009年度新疆渭干河灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水供需矛盾突出的成因分析及對(duì)策[J].水利建設(shè)與管理，2010（3）：64-65，67.

[7] 張雄文.渭干河流域徑流變化特征分析[J].人民黃河，2008， 30（11）：36-37，39.