氣候變化對科爾沁沙地水資源影響分析
——以內(nèi)蒙古奈曼旗為例

張桂英

（內(nèi)蒙古奈曼旗氣象局，內(nèi)蒙古 奈曼旗 028300）

科爾 沁沙 地 （42°15′～45°47′N，119°15′～123°45′E），在歷史上曾是水草豐美的科爾沁大草原，有大凌河和遼河水系的多條支流，水資源十分豐富。然而由于近代人類對水資源環(huán)境的破壞再加上氣候干旱，使這個一望無際的大草原，逐漸演變成我國面積最大的沙地，水資源短缺現(xiàn)象嚴重。特別是近年來隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，水資源供需矛盾日益突出，缺水問題已嚴重制約了當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高。干旱化和水資源嚴重匱乏還與植被減少和沙漠化加劇等生態(tài)環(huán)境問題密切相關(guān)，更是受到各級政府的廣泛關(guān)注［1-3］。有研究表明，20世紀(jì)90年代以來，由于氣溫大幅度上升和局部降水減少，北方的地表干旱化進程發(fā)展迅速，已經(jīng)通過水文循環(huán)而對淡水資源產(chǎn)生重大影響［2，4-5］，因此，未來氣候變化對水資源的影響是非常值得關(guān)注的。氣候變化對地表水資源的響應(yīng)問題，以往對東北、華北和西北地區(qū)做過不少的研究工作［6-7］，但科爾沁沙地卻沒有這方面的研究。該文探討了科爾沁沙地氣候變化對水資源的響應(yīng)情況及其時空差別，以期為該地生態(tài)環(huán)境改變、沙漠化治理提供一些真實、可靠的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古奈曼旗 （42°14′～43°32′N，120°19′～121°35′E），位于科爾沁沙地腹地，是科爾沁沙地最典型地區(qū)，它曾經(jīng)是沙海中的一個魚米之鄉(xiāng)，水資源十分豐富，20世紀(jì)80年代以前，境內(nèi)共有7條河流，大小湖泊187個，中小型水庫25座。屬北溫帶大陸性半干旱氣候，年平均氣溫7.0℃，年平均降水量354.3 mm，年平均蒸發(fā)量為1 823.6 mm。

1.2 數(shù)據(jù)來源

氣象資料取自奈曼旗氣象站和青龍山氣象站1961—2010年的各類氣象資料。水資源資料來自奈曼旗水務(wù)局。

表1 科爾沁沙地最典型地區(qū)氣溫、降水量、蒸發(fā)量年代際變化情況

圖1 科爾沁沙地最典型地區(qū)降水量年際變化

2 結(jié)果與分析

2.1 科爾沁沙地氣候年代際變化特征

近50年來科爾沁沙地氣溫呈明顯上升趨勢，降水量呈顯著減少趨勢，蒸發(fā)量呈減少趨勢；但三要素的年代際變化在20世紀(jì)不一致，在21世紀(jì)初達到了氣溫上升、降水量和蒸發(fā)量減少的同步，加劇了環(huán)境的惡化。

2.1.1 氣溫的年代際變化：統(tǒng)計結(jié)果顯示 （見表1），20世紀(jì)60—70年代科爾沁沙地年平均氣溫增幅為0.2℃，70—80年代增幅為0.5℃，80—90年代增幅為0.5℃，20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)初增幅為0.1℃，最大增幅出現(xiàn)在20世紀(jì)最后20年，但年平均氣溫最高出現(xiàn)在21世紀(jì)初，這表明了科爾沁沙地氣溫與全球變化的一致性，是隨年代增加而升高的。

2.1.2 降水量的年代際變化：計算結(jié)果表明，20世紀(jì)60—70年代科爾沁沙地年平均降水量減少28.8 mm，70—80年代增加 47.8 mm，80—90年代減少10.7 mm，20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)初減少68.5 mm，50年平均降水量最大減幅出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)初（見表1）。由此可見，隨著年代的變化，科爾沁沙地年平均降水量呈減少的趨勢，20世紀(jì)80年代較70年代顯著增加，主要原因是1984年和1986年降水量超過500 mm，1985年超過470 mm的原因。但從1999年開始出現(xiàn)了長達12年的連續(xù)枯水年份（12年間有11年降水量在歷年平均值以下）表明了降水隨年代變化呈現(xiàn)出減少的趨勢，近30年這種趨勢更加明顯（見圖 1）。

2.1.3 蒸發(fā)量的年代際變化：統(tǒng)計結(jié)果表明，20世紀(jì)60—70年代科爾沁沙地年平均蒸發(fā)量減少32.2 mm，70—80年代減少 193.0 mm，80—90年代減少25.2 mm，20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)初增加346.5 mm，隨年代變化年平均蒸發(fā)量在20世紀(jì)60—90年代呈減少的趨勢，但進入21世紀(jì)后呈急劇增加的趨勢（見表1），與氣溫升高，降水減少，日照時數(shù)增加相配合，加劇了環(huán)境惡化程度。

2.2 氣候變化對科爾沁沙地水資源的影響

科爾沁沙地位于大興安嶺和冀北山地之間的三角地帶，地貌最顯著的特點是沙層有廣泛的覆蓋，其地表水資源、地下水資源的補給主要依賴于自然降水量，現(xiàn)在是水資源貧乏地區(qū)。

2.2.1 對地下水資源的影響：奈曼旗地表多年平均徑流深為44.7 mm，年平均降水量與地表水平均徑流量、地下水資源量有著非常相似的年際變化（見圖2、圖3），相關(guān)系數(shù)高達 0.805和 0.986。 相對于地表水而言，自然降水對地下水資源的補充受蒸發(fā)、地面等因素的影響更小一些，降水入滲補給量占總補給量的60%～70%。水資源量的各年代豐枯變化大體與降水相同，水資源量高值年份分別是1985、1986、1994年，這些年份也是降水量相對較多年份。相對于地表水來說，地下水資源年際間分配變化劇烈程度要平穩(wěn)一些，但總體而言水資源量年際變化程度比降水更為劇烈，豐枯程度更為突出，年際變化更大，表明了依賴自然降水的水資源量具有更加明顯的脆弱性。

圖2 科爾沁沙地年平均降水量與地表年徑流量年際變化曲線

圖3 科爾沁沙地年平均降水量與地下水資源量年際變化曲線

與降水的變化對水資源影響相比，氣溫與水資源量沒有明顯的相關(guān)關(guān)系，但氣溫與蒸發(fā)卻有著顯著的正相關(guān)，其對水資源的影響主要表現(xiàn)在高溫使水體蒸發(fā)量加大，因此氣溫上升的變化趨勢加大了蒸發(fā)量，間接影響了水資源量的變化［7-8］。此外，在氣候變化中往往是高溫和干旱同時出現(xiàn)，使農(nóng)田、人畜用水同時增加，從而氣溫升高也是導(dǎo)致水資源趨于緊張的重要因素。

2.2.2 對地下水位的影響：根據(jù)奈曼旗水政與水資源管理站30年間淺層地下水位資料分析可知（見圖4），20世紀(jì)80年代初地下水位平均深為-3.3 m，90年代下降為-5.6 m，在1984—1986年有連續(xù)3個豐水年份出現(xiàn)，地下水位開始回升至-2.3 m；1999年開始科爾沁沙地出現(xiàn)連續(xù)的枯水年份（12年平均降水量為304.7 mm，比多少平均值少60 mm），造成地下水開采量大幅度增加，致使地下水位急劇下降，下降速率平均為-0.5 m/年，到2010年平均地下水位達到歷史最低為-11.7 m，可見地下水位動態(tài)變化與自然降水具有同步豐枯變化規(guī)律。影響科爾沁沙地地下水動態(tài)變化的最主要因素就是農(nóng)業(yè)開采，而農(nóng)業(yè)開采量又受自然降水制約，所以在枯水年，地下水開采量增加水位變化曲線年內(nèi)峰谷明顯，年際間呈波狀下降；在豐水年地下水開采量減少，水位變化曲線相對比較平穩(wěn)。

圖4 科爾沁沙地地下水位深度年際變化曲線

2.2.3 對出入境水量的影響：奈曼旗南部山區(qū)的牦牛河是遼寧省大凌河發(fā)源地，西遼河水系貫穿其中、北部，在20世紀(jì)60—80年代出、入境水量都較大；80年代后期由于大規(guī)模的水利工程建設(shè)及工農(nóng)業(yè)用水量的不斷增加，使得入出境水量都呈明顯的減少趨勢。奈曼地區(qū)多年平均入境水量約為2.1億m3，但年際變化較大，20世紀(jì)60年代平均為2.5億m3、70年代為2.2億m3、80年代為2.7億 m3、90年代為 1.9億 m3、21世紀(jì)初為 0.6億 m3為歷史最小值，1990—2010年間衰減幅度最大達1.3億m3。在20世紀(jì)90年代由于西遼河水系上游對地表水資源的開發(fā)利用，入境水量急劇減少，但隨后年平均入境水量的減少則主要是由東北地區(qū)降水普遍偏少造成的。奈曼旗多年平均出境水量為1.8億m3，出境水量的多年變化與入境水量的變化基本一致，21世紀(jì)初年平均出境水量僅為有限的0.3億m3，也是歷史最小值。

2.2.4 人類活動對科爾沁沙地水資源環(huán)境的影響：影響當(dāng)?shù)厮Y源多少及分布的主要因素是氣候條件和當(dāng)?shù)叵聣|面條件，另外人類活動對當(dāng)?shù)厮Y源狀況的影響越來越大，2000年前奈曼旗有大中型水庫5座，可利用水資源6.75億m3，1999開始隨著氣候變暖、降水減少的加劇，已有4座水庫完全干枯，僅有1座沒干枯的水庫也是靠上游調(diào)度水來維持，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活全部靠開采地下水維持。在農(nóng)業(yè)種植面積不斷擴大，工業(yè)項目不斷增多，使深、淺層水資源都急劇減少，而科爾沁沙地的淺層地下水主要靠接受大氣降水和地表水體的補給，降水量的減少、農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的實施和地下水的大規(guī)模開發(fā)利用，減少了地下水的補給量，使得地下水的采補平衡發(fā)生變化。長期對地下水的過量開采加上地下水補給量的減少，會不斷破壞地下水的蓄存運移規(guī)律，最終必將導(dǎo)致地質(zhì)環(huán)境嚴重惡化，甚至?xí)：Φ饺祟惖纳妗?/p>

3 結(jié)論與討論

①科爾沁沙地在氣候變暖的背景下，降水減少干旱加重，使得嚴重依賴自然降水的水資源環(huán)境發(fā)生了明顯改變；地表水基本消失，地下水位急劇下降，使得原本水資源十分豐富的大草原逐漸演變?yōu)樗Y源短缺的中國最大沙地。

②水資源短缺加重了人類對整體水資源環(huán)境的深度破壞，在降水量減少，工農(nóng)業(yè)用水量增加的前提下，必然會改變水資源豐枯交替變化的相對平衡狀態(tài)。當(dāng)?shù)卣叨戎匾曀Y源危機，合理修建水利設(shè)施，提高河、渠、坑、塘的蓄水能力，加強汛期自然降水的有效儲蓄利用，在豐水年份盡量使用地表水，充分利用自然降水調(diào)節(jié)和補給地下水。

③強化水資源管理，防止水資源的過度開采，同時積極調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，減少水澆地面積；擴大綠化面積，積極改善生態(tài)環(huán)境，保護水資源環(huán)境；提高全民節(jié)水意識，為維持社會可持續(xù)發(fā)展盡職盡責(zé)。

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