新疆典型流域水土資源與生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀分析

陳向東，蒙宏衛(wèi)，田小平，劉 兵*，葛 陽，賈如浩(.石河子大學水利建筑工程學院，新疆石河子83003;.新疆油田公司采油一廠，新疆克拉瑪依834000)

20世紀以來，全球氣候呈總體變暖趨勢，在全球氣候變化的大背景下，各地區(qū)生態(tài)環(huán)境都呈現(xiàn)出不同類型的響應程度，IPCC(氣候變化專門委員會)在第四次評估報告中指出，到2100年全球平均氣溫將上升1.1～6.4℃［1］。目前，由氣候變化而引起的冰川融化、河流萎縮及土地荒漠化等生態(tài)問題，已嚴重影響到人類社會的健康發(fā)展［2－4］。自20世紀80年代中期以來，新疆氣候出現(xiàn)了由暖干向暖濕的轉變，新疆近40年來氣溫和降水呈上升趨勢。

和田河流域位于新疆塔里木盆地南緣，屬暖溫帶大陸性干燥沙漠氣候，生態(tài)環(huán)境脆弱，水土資源極易受到氣候變化的影響。因此，和田河流域作為干旱地區(qū)水資源與生態(tài)環(huán)境問題的典型研究區(qū)域，一直備受我國科研人員的關注。劉志輝等認為，和田河流域生態(tài)環(huán)境極其脆弱，環(huán)境災害多發(fā)，水資源過度開發(fā)利用不可避免地對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境產(chǎn)生了負面影響［5］。陳忠升等認為，和田地區(qū)土地利用類型面積出現(xiàn)大幅度變化，直接影響流域內(nèi)水量、水鹽平衡關系，加上流域植被覆蓋率降低，使當?shù)厣鷳B(tài)平衡遭受到一定程度的破壞［6］。為了使和田河流域的水土資源管理更加科學，更能適應氣候變化所帶來的影響。筆者通過分析和田河流域水文、氣象、土地利用等的變化趨勢及成因，并結合流域水土資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及實際發(fā)展需要，提出適合當前和田地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的規(guī)劃建議，以期為干旱區(qū)流域綠洲的經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

和田河流域位于新疆塔里木盆地南緣，昆侖山北麓，地理位置為77°25'～81°43'E，34°52'～40°29'N，東西長約 670 km，南北寬約500 km，流域面積為48 870 km2，占全疆總面積的15%，占全國總面積的2.6%。流域綠洲被遼闊的沙摸戈壁所包圍，綠洲面積僅占流域平原總面積的8%左右，其山前沖積平原為綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)。和田地區(qū)地勢南高北低，由西向東傾斜，南部是昆侖山區(qū)，山峰林立，中部是山前坡麓地帶，北部是塔克拉瑪干沙漠。和田河流域共7條河流，其徑流總量為44.5×109m3，主要由兩條支流組成，一條是東部的玉龍喀什河，長約504 km，另一條是西部的喀拉喀什河，長約808 km。該流域屬于暖溫帶大陸性干燥沙漠氣候，年均氣溫高，降水稀少，自然災害多發(fā)，年內(nèi)浮塵天氣平均達200 d，4～6月沙暴日頻繁，年均日數(shù)33 d，風速17 m/s以上的大風，年均頻率為11.5次?？傮w而言，和田河流域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀較為脆弱［7］。

2 流域水土資源現(xiàn)狀

2.1 氣候現(xiàn)狀及變化 和田河流域地處我國西北的塔里木盆地南緣，因為流域身居歐亞大陸腹地，四周被各大山脈阻擋，致使太平洋、大西洋以及印度洋上空的水汽很難到達，所以其降水主要來自西風環(huán)流，屬暖溫帶大陸性干燥沙漠氣候，多年平均降水量只有5.4～89.6 mm，而多年平均蒸發(fā)量高達2 159～3 137 mm，多年平均氣溫為12.7℃，最高為40.6℃，最低為－21.6℃。流域全年日照時數(shù)2 451～2 896 h，有效輻射量72.6×103k/cm2，≥10℃有效積溫達4 341.5℃，光質優(yōu)越，熱量充足。無霜期210～226 d，最大凍土深度0.7 m。春季多風沙，時有浮塵天氣，偶有沙塵暴，平均大風天數(shù)11.5 d，并集中出現(xiàn)在4月中旬至5月中旬，主風向為西北。

自20世紀80年代中期以來，新疆氣溫呈總體上升趨勢。同樣，和田河流域氣溫也呈現(xiàn)出顯著的變暖趨勢(圖1)，經(jīng)計算流域平均線性變暖率為0.33℃/10 a，各年代氣溫均呈上升趨勢，但升溫幅度有差異，90年代較顯著，線性變暖率為1.93℃/10 a。流域降水同樣也呈現(xiàn)出增加趨勢(圖2)，線性遞增率為2.1 mm/10 a，各年代變化趨勢不同。流域降水量增加的主要原因為:空氣中水汽含量的增加，以及有利于水汽輸送的南風增強，使得該地區(qū)的降水量有所增加;全球顯著變暖驅動水循環(huán)過程加快，也是降水量增加的一個主要因素［8］;和田河地區(qū)有大量的冰川分布，由于氣候變暖，冰川消融，對當?shù)亟邓灿幸欢ǖ呢暙I。而和田河流域空氣濕度呈逐年減小趨勢，相對的蒸發(fā)量呈逐年增加趨勢，近40年空氣濕度下降了12.5%，而蒸發(fā)量上升了40%，兩者變化都十分顯著(圖3)，空氣濕度由之前的49%降至34%。

對和田河流域近40年來濕度與氣溫、蒸發(fā)量、降水量之間的相關關系進行Pearson相關性分析，結果表明:濕度與蒸發(fā)量在0.05水平(雙側)上顯著相關，說明蒸發(fā)量的增大直接影響到了該流域的濕度變化，具體表現(xiàn)為蒸發(fā)量越大，則濕度越小，兩者呈負相關變化;濕度與氣溫在0.01水平(雙側)上顯著相關，同樣呈負相關變化，相比于蒸發(fā)量更加顯著;而濕度與降水量無顯著性相關(表1)。

表1 氣象要素相關性分析

2.2 水資源利用情況 和田河多年平均徑流量為44.5×108m3，占整個流域徑流總量的58%。因為冰雪融水是其徑流的主要補給來源，所以徑流量年內(nèi)分配極不均勻，6～8月徑流量占年徑流量的76.0%左右，為豐水期，而3～5月僅占7.8%左右，為枯水期［10］。目前，和田河流域工業(yè)生活用水占總用水的10%，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，和田地區(qū)城鎮(zhèn)化速度加快，城鎮(zhèn)生活用水量從1980年的1.78×108m3增至2000年的7.40×108m3;人均用水量從1980年的130 L/(人·d)升至2000年的212 L/(人·d)，平均年增長率為7.38%;工業(yè)用水量從1980年3.71×108m3增至2000年的8.76×108m3，平均年增長率為4.35%。目前，流域對地表水資源的利用已超過其承載能力，流域發(fā)展正面臨地表水資源短缺的問題。

由圖4可知，和田河流域對地表水的引用量達到24.6×108m3/a，下泄水量為21.1 ×108m3，其中有 10.5 ×108m3水量補給塔里木河，其余部分補充地下水源。和田河流域地下水可開采量為8.952×108m3，但開采利用量不到1×108m3，可開采量占地下水總補給量的60%。近年來上游山區(qū)氣候變化(氣溫升高造成蒸發(fā)量增加)以及人類活動(上游山區(qū)水庫截流蓄水)的影響，致使和田河上游來水呈現(xiàn)逐年遞減趨勢，加上灌區(qū)渠系防滲系數(shù)有所提高，造成和田地區(qū)地下水補給量有所減少(圖4)。盡管如此，和田河流域地下水位仍然偏高，說明和田地區(qū)地下水資源開發(fā)潛力巨大。

通過對和田地區(qū)近30年來引水量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析(圖5)，發(fā)現(xiàn)和田地區(qū)多年引水量呈波狀變化規(guī)律，多年平均值穩(wěn)定在20×108m3以上。對于地下水資源的開采利用，2～6月為流域地下水開采高峰期，地下水埋深逐漸增加(圖6)，這主要是因為昆侖山脈的積雪在春季(3～5月)尚未大面積融化，造成和田河得不到充分補給，而此時正是春耕開始的時候，缺水與灌溉的矛盾十分突出，這一時期主要依靠地下水進行農(nóng)田灌溉，7月份以后，流域灌溉開始轉向以利用地表水為主，地表水入滲量增加，8月份以后流域耕種結束，地下水開采量減少，受這些影響地下水埋深開始逐漸變小(圖6)。綜上所述，春旱缺水與水資源時空分布不均是制約該流域發(fā)展的嚴重問題。

2.3 土地利用情況 由表2可知，和田河流域各類土地利用類型面積在1990～2010年期間發(fā)生了較大變化，變化最大的是林地和草地，其次是未利用地和耕地，城鄉(xiāng)建設用地和水域變化不明顯。耕地、林地和城鄉(xiāng)建設用地呈增加趨勢，其余皆呈減少趨勢。其中，耕地面積凈增加了43.98 km2，林地面積凈增加了254.12 km2，草地面積凈減少了224.8 km2，水域面積在年際間有一定的變化，但基本上是處于一種正常的波動狀態(tài)。

表2 1990～2010年各類土地利用面積 km2

草地和林地對于干旱地區(qū)的生態(tài)環(huán)境有明顯的調節(jié)作用，只有讓他們在空間分布上有足夠的比例和穩(wěn)定性，才能發(fā)揮其應有的抵御土壤鹽漬化、荒漠化功能。然而，在近幾年的和田河流域地區(qū)土地利用面積調查研究中發(fā)現(xiàn)，和田河流域的林地和草地面積變化最為顯著，林地增長近25.87%，而草地減少了1.85%，約224.8 km2，林地和草地無論在面積上還是在空間上都表現(xiàn)出極大的不穩(wěn)定性，這對于和田地區(qū)抵御土地荒漠化、鹽漬化非常不利。

3 生態(tài)環(huán)境效應分析

由于和田河流域本身屬于暖溫帶大陸性干燥沙漠氣候，常年降水稀少，蒸發(fā)量大，植被覆蓋率低，加上近幾年隨著人口快速增長，城鎮(zhèn)化發(fā)展加快，使當?shù)氐淖匀画h(huán)境問題越來越突出，嚴重制約了和田河流域社會經(jīng)濟的發(fā)展。

3.1 流域水資源短缺 和田河流域水資源短缺問題主要可以分為人為與自然兩方面原因。

3.1.1 人為因素。隨著城市化進程加快，和田地區(qū)城鎮(zhèn)規(guī)模不斷擴大，生產(chǎn)生活用水量逐年增加;農(nóng)業(yè)灌溉制度落后，灌溉類型為完全灌溉型，大部分采用大水漫灌，滴灌節(jié)水技術應用較少;水利設施老化，渠系和水庫防滲技術水平不高，造成水資源輸送滲漏損失量大;水資源開發(fā)利用規(guī)劃不合理，水資源利用效率偏低。

3.1.2 自然因素。和田河流域本身氣候干旱少雨，年際降水量僅為5.4～89.6 mm，而年際蒸發(fā)量卻達到2 159～3 137 mm。該流域干旱指數(shù)為47.2，再加上區(qū)域氣候變暖，蒸發(fā)量逐年升高，直接增大了地表水資源損失量，致使水資源更加緊缺。和田河流域水資源時空分布不均勻，春季水資源供需矛盾突出。主要是因為水庫河道來水量在年內(nèi)變化大，洪枯差距較大，徑流量年內(nèi)分配極不均勻，春季(3～5月)水量僅占全年徑流量的7.8%，而灌溉用水占全年的24.5%，缺水與灌溉矛盾突出。

3.2 土地荒漠化嚴重 和田河流域綠洲荒漠過渡帶的土地荒漠化過程既不是單獨進行，也并非簡單的疊加，而是通過一系列效應相互激發(fā)，由自然和人為因素共同決定。其中人為因素占主導地位，正如和田地區(qū)綠洲周邊的荒漠植被持續(xù)遭到人為破壞，耕地、林地和城鄉(xiāng)建設用地呈增加趨勢，其余皆呈減少趨勢，其中耕地面積凈增加了43.98 km2，林地面積凈增加了254.12 km2，草地面積凈減少了 224.80 km2，又由于流動沙丘與農(nóng)田直接瀕臨，給綠洲邊緣農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)與人民生活帶來直接危害。其次是自然因素，和田綠洲荒漠過渡帶的土地荒漠化動力因素主要以風沙活動為主。由圖7可知，區(qū)域大風期主要集中出現(xiàn)在4月中旬至5月中旬，平均大風天數(shù)11.5 d。1950年以來，流域綠洲附近沙化面積達到2.8×104hm2，其中耕地沙化5 960 hm2。據(jù)測算，近30年來，和田地區(qū)共有2萬hm2農(nóng)田被流沙吞沒，土地和草場沙化面積達 3 ×104hm2［12］。

土地沙漠化的類型有兩類，一類是在砂質地表疊加干旱多風和強度土地利用造成的沙質荒漠化;另一類是在流水疊加土狀堆積物和人為強度利用形成的土地荒漠化［13］。由于和田河流域氣候條件干燥，降水稀少，蒸發(fā)強烈，加上流域灌溉排水系統(tǒng)建設不夠完善，缺乏合理的灌溉制度，出現(xiàn)大水漫灌、洪水期超引搶灌、日灌夜退與渠道滲漏等現(xiàn)象，導致流域地下水位迅速上升，土壤中蓄積的鹽分也隨之垂直向上運動，造成大面積耕地在強烈蒸發(fā)作用下容易在地表積鹽，產(chǎn)生次生鹽漬化。同時，在全球變暖的大背景下，流域蒸發(fā)量逐年增加，加劇了流域的土壤鹽漬化問題。目前，流域土壤鹽漬化面積已超過840 km2，其中耕地發(fā)生鹽漬化多達350 km2，占耕地總面積的近22%。綜上所述，土壤鹽漬化問題破壞了當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境平衡，是造成流域土地荒漠化的主要原因之一［14］。

4 結論與建議

和田河流域屬于暖溫帶大陸性干燥沙漠氣候，年際蒸發(fā)量大、降水少。在全球氣候變化的大背景下，流域氣候逐年向暖濕方向轉變。在水資源開發(fā)方面，由于近年來區(qū)域氣候變化和人類活動的綜合影響，和田河上游來水存在逐年遞減趨勢，加上流域灌區(qū)渠系防滲水平有所提高，造成區(qū)域地下水補給量減少，盡管如此，區(qū)域地下水位仍然偏高，由此造成的土地次生鹽漬化現(xiàn)象普遍存在。在土地利用方面，隨著城鎮(zhèn)化進程的加快，耕地及城鎮(zhèn)建設用地增加，草地減少?？傮w看來，林地和草地無論在面積上還是在空間上都表現(xiàn)出極大的不穩(wěn)定性。綜上所述，土地荒漠化、鹽漬化和水資源短缺是困擾和田地區(qū)發(fā)展的主要問題。從發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)、修建水利工程、加強植被保護、完善信息管理機制以及合理計劃人口增長5個方面提出解決措施:

(1)和田河流域水資源時空分布不均，氣候條件干燥，水資源短缺是長期困擾該流域發(fā)展的瓶頸。因此，因地制宜發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)是促進和田地區(qū)社會、經(jīng)濟、環(huán)境協(xié)調發(fā)展的重要措施。所以，對該區(qū)的農(nóng)田灌溉必須實施全面防滲改造或改用管道輸水，并采用先進的小畦灌、細流灌、膜上灌、滴灌、噴灌等節(jié)水措施，同時種植需水量較小的作物，實現(xiàn)既省水高產(chǎn)，又能與生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化結構。

(2)和田河流域普遍存在工程老化問題。目前急待解決的是渠道的改建、防滲、田間工程的配套等問題。重視在上游有利地形修建山區(qū)水庫，解決春旱用水問題。加強平原水庫的除險加固，恢復平原水庫的功能效益。在利用地下水時，應采取群井開采水源地與分散開采地下水相結合的方式。在不產(chǎn)生鹽漬化、沙漠化的前提下，并能同時滿足農(nóng)業(yè)、生態(tài)用水的需求，將地下水位埋深維持在2～4 m較合適。

(3)和田河流域被沙漠包圍，氣候干旱，降雨稀少，這導致了該河流域一直受到沙漠化的威脅。為此一定要加強自然荒漠植被的培育和保護工作，建立強大的防風固沙體系;調整農(nóng)業(yè)種植結構，提高大風季節(jié)的農(nóng)田覆蓋率;因地制宜有步驟地實行退耕還林還草工程。

(4)完善和田河流域水土資源信息管理機制。在遙感、通訊、信息等多媒體技術飛速發(fā)展的今天，依托高校及各科研院所的技術優(yōu)勢，建立和田河流域水土資源管理系統(tǒng)，將該流域的災害預警、資源規(guī)劃、水文管理等納入一個統(tǒng)籌的網(wǎng)絡中。

(5)上世紀中期以來，和田河流域人口激增，人口給自然環(huán)境帶來了巨大壓力。結合和田地區(qū)的實際情況，科學合理地推行計劃生育，提高人口素質，是促進和田地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的必然措施。

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