基于河—湖—庫(kù)水系連通的孔雀河生態(tài)輸水分析

李衛(wèi)紅，吾買爾江·吾布力，馬玉其，何 宇，王軍政，朱成剛

（1.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，荒漠與綠洲生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊830011；2.新疆塔里木河流域管理局，新疆 庫(kù)爾勒841000）

孔雀河源于我國(guó)最大的內(nèi)陸淡水湖——博斯騰湖，流經(jīng)新疆巴音郭楞蒙古自治州（簡(jiǎn)稱巴州）的庫(kù)爾勒市和尉犁縣，延綿數(shù)百公里，尾閭為羅布泊，河流全長(zhǎng)841 km，流域面積4.46×104km2。孔雀河作為塔里木河的姊妹河，其中、下游河道與塔里木河干流河段基本平行，兩河之間橫向距離約20～80 km，218國(guó)道與建設(shè)中的“庫(kù)—格鐵路”在兩河之間穿行。

孔雀河中下游的荒漠河岸林生態(tài)系統(tǒng)是塔里木河下游自然植被帶與生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，與塔里木河干流的荒漠河岸林共同組成塔里木河流域下游“綠色走廊”，構(gòu)成了阻擋庫(kù)木塔格沙漠與塔克拉瑪干沙漠合攏的天然生態(tài)屏障，對(duì)于保護(hù)庫(kù)爾勒—尉犁（以下簡(jiǎn)稱“庫(kù)—尉”）綠洲經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展和塔里木河流域下游綠洲生態(tài)安全、保障218國(guó)道與新—青鐵路的暢通發(fā)揮著重要的生態(tài)防護(hù)與生態(tài)服務(wù)作用。然而，由于大規(guī)模、高強(qiáng)度的水土開(kāi)發(fā)，導(dǎo)致河道斷流，荒漠河岸林植被衰敗，天然綠洲萎縮，荒漠化加劇[1-2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1999—2012年孔雀河下游的林地和草地以每年26.67 km2的速度減少，約60%～80%的胡楊處于枯死狀態(tài)，胡楊死梢率達(dá)70%～90%[3]?？兹负又杏螀^(qū)段由于耕地面積的不斷擴(kuò)大，濕地面積急劇縮小，農(nóng)業(yè)用水量不斷增加，強(qiáng)烈擠占了生態(tài)用水。加之，大規(guī)模的打井、超采地下水，導(dǎo)致地下水位大幅下降，多處地下水位埋深已達(dá)8～10 m，接近胡楊死亡的臨界地下水位[4-5]，造成荒漠河岸林生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重退化，河岸兩側(cè)胡楊林大面積衰敗甚至死亡，胡楊林生態(tài)系統(tǒng)瀕臨崩潰。

孔雀河流域天然胡楊林生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)退化，不僅涉及各族群眾的切身利益，對(duì)庫(kù)—尉綠洲經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展和生存環(huán)境造成嚴(yán)重影響，危及218國(guó)道與新—青鐵路，同時(shí)加速了塔里木河下游“綠色走廊”整體的破碎化發(fā)展，加劇了“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”重要通道的生態(tài)危機(jī)[6]。針對(duì)此，加快實(shí)施以搶救孔雀河沿岸胡楊林生態(tài)為目的生態(tài)輸水迫在眉急，勢(shì)在必行。本文重點(diǎn)探討了搶救孔雀河胡楊林、向斷流河道輸水的相關(guān)問(wèn)題，包括輸水水源、輸水路線、輸水時(shí)間及如何擴(kuò)大輸水效益等，旨在為搶救孔雀河胡楊林生態(tài)提供科技支撐。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)資料

本文所采用的氣溫?cái)?shù)據(jù)是由東安格利亞大學(xué)（University of East Anglia）氣候研究中心（Climate Research Unit，CRU）提供的月尺度 0.5°×0.5°分辨率的氣象數(shù)據(jù)CRU TS v.3.22。CRU數(shù)據(jù)是基于地表觀測(cè)站點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建的格點(diǎn)數(shù)據(jù)，精度較好。水文資料包括1960—2014年博斯騰湖上游的開(kāi)都河、黃水溝、清水河的出山口年流量數(shù)據(jù)。

1.2 孔雀河生態(tài)輸水方案設(shè)計(jì)

向孔雀河實(shí)施生態(tài)補(bǔ)水的核心問(wèn)題是水源問(wèn)題。在實(shí)施生態(tài)輸水過(guò)程中，同時(shí)考慮輸水路線、輸水時(shí)間和輸水方式等，構(gòu)建河—湖—庫(kù)水系聯(lián)網(wǎng)，以博斯騰湖來(lái)水為主要依托，利用現(xiàn)有河道、溝渠，結(jié)合新建渠道，輔以橋、涵、閘等工程措施，構(gòu)建引、蓄、灌、排相結(jié)合的河—湖—庫(kù)連通水系網(wǎng)絡(luò)工程體系，實(shí)現(xiàn)流域水資源的聯(lián)合調(diào)度，提升輸水的生態(tài)效益，拯救孔雀河中、下游日益退化的荒漠河岸林生態(tài)系統(tǒng)。

2 結(jié)果分析

2.1 博斯騰湖調(diào)生態(tài)水的可行性分析

孔雀河源于博斯騰湖，是一條受人為控制、常年流量穩(wěn)定的河流，多年平均年徑流量13.34×108m3[7]。流域有三大主要分水樞紐，其中，第一分水樞紐由庫(kù)—塔干渠經(jīng)西尼爾水庫(kù)和東、西干渠向下游的尉犁縣供水；第二分水樞紐向庫(kù)爾勒市供水；第三分水樞紐經(jīng)永豐渠向庫(kù)爾勒市的普惠地區(qū)供水（圖1）。

孔雀河下游的阿克蘇甫水庫(kù)以下476 km河道自1976年阿克蘇甫水庫(kù)修建后斷流，中游普惠水庫(kù)修建后，其下游195 km河道于1995年開(kāi)始斷流，上游第三分水樞紐以下，從2011年也開(kāi)始斷流。河道斷流的原因關(guān)鍵在于流域土地資源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)、引水強(qiáng)度的不斷加大、以及一系列水利工程的修建，其結(jié)果造成自然河道被人工渠道代替，且人工渠道延伸的同時(shí)使自然河道斷流情況愈演愈烈，斷流時(shí)間和斷流距離越來(lái)越長(zhǎng)。

圖1 孔雀河流域示意圖

博斯騰湖既是開(kāi)都河的尾閭，又是孔雀河的源流，博斯騰湖有無(wú)生態(tài)水向孔雀河輸，取決于其上游開(kāi)都河的入水量和博斯騰湖的水位狀況。研究結(jié)果顯示，當(dāng)博斯騰湖水位達(dá)到1 046.5 m左右時(shí)，湖泊水域面積為 1 018.8 km2，庫(kù)容為 67.92×108m3，為博斯騰湖的合理生態(tài)水位[8]。這期間，博斯騰湖水位每升高或降低10 cm，相當(dāng)于增加或減少庫(kù)容1×108m3。因而，當(dāng)博斯騰湖水位達(dá)到1 046.5 m以上時(shí)，可以從博斯騰湖向孔雀河實(shí)施生態(tài)輸水，總體不會(huì)影響博斯騰湖供水及湖區(qū)生態(tài)。不僅如此，如果合理調(diào)度博斯騰湖水位，還有助于加速湖泊水體循環(huán)，有效降低湖水礦化度，改善湖泊水生環(huán)境。

從水文分析也可以看出[9-12]，在全球變暖背景下，水循環(huán)加劇，山區(qū)冰川積雪消融加快，博斯騰湖流域近期進(jìn)入了一個(gè)相對(duì)豐水時(shí)段[12-13]（圖2）。自20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，博斯騰湖上游的開(kāi)都河、黃水溝、清水河的來(lái)水量都較之前30 a有較大幅度的增加，增加量分別為25%、47.9%和37.9%。上游來(lái)水量的增加以及這兩年對(duì)地下水井電雙控措施的實(shí)施，使得博斯騰湖達(dá)到了合理生態(tài)水位（1 046.5 m），這些都為向孔雀河實(shí)施生態(tài)輸水提供了有利條件。

2.2 向孔雀河生態(tài)輸水的可行性分析

在過(guò)去5 a間（2011—2015年），塔里木河下游大西海子節(jié)點(diǎn)向下游泄水28.4×108m3，平均年下泄水量5.68×108m3，事實(shí)上已遠(yuǎn)超出塔里木河流域近期綜合治理目標(biāo)（3.5×108m3）。因此，從塔里木河調(diào)一定量水濟(jì)孔雀河中下游生態(tài)不會(huì)影響塔里木河下游輸水指標(biāo)的完成。在輸水過(guò)程中，可以聯(lián)合調(diào)度塔里木河和孔雀河水源，在博斯騰湖處于低水位運(yùn)行狀況下，可以采取“引塔濟(jì)孔”方案，調(diào)塔里木河水濟(jì)孔雀河。

在輸水通道上，孔雀河中下游與塔里木河近乎平行，有多條通道可以借助工程措施連通塔里木河和孔雀河。這里重點(diǎn)介紹三條路線，即北線：引塔里木河干流水經(jīng)沙子河調(diào)水入孔雀河中游的普惠水庫(kù)，調(diào)水線路長(zhǎng)160 km；中線：從塔里木河干流經(jīng)烏斯曼樞紐，沿烏斯曼河經(jīng)塔里木河水庫(kù)或水庫(kù)庫(kù)外渠向孔雀河中、下游輸水，調(diào)水線路長(zhǎng)110 km；南線：經(jīng)阿其克樞紐，沿渭干河與恰陽(yáng)河引水至66分水閘，向孔雀河下游輸水，調(diào)水線路長(zhǎng)約25 km。恰陽(yáng)河輸水路徑最短，但需要一定河道疏浚。

圖2 博斯騰湖流域山區(qū)來(lái)水量變化

2.3 生態(tài)輸水量、線路及時(shí)間的選擇

在輸水路線上，從博斯騰湖輸水有西線和東線兩條輸水路線，調(diào)塔里木河水有北線、中線和南線三條路線（圖3）。

2.3.1 調(diào)博斯騰湖水濟(jì)孔雀河

西線：即由孔雀河第三分水樞紐，經(jīng)普惠水庫(kù)向孔雀河中下游輸水。這一輸水路線經(jīng)過(guò)孔雀河流域中游主要灌區(qū)，可以有效緩解各綠洲區(qū)因河道斷流和地下水超采造成的地下水位下降的問(wèn)題，并對(duì)綠洲區(qū)自然植被的生態(tài)需水保障有實(shí)際意義，也能夠帶來(lái)良好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。但是，輸水過(guò)程中有兩方面問(wèn)題要注意，一是，在河水進(jìn)入普惠水庫(kù)庫(kù)區(qū)附近時(shí)，由于河道淤堵淹埋嚴(yán)重，加之大片濕地被開(kāi)荒，河水行進(jìn)緩慢，河損嚴(yán)重；再是，在普惠水庫(kù)至尉犁縣城段的106 km河段，以及尉犁縣城以下至66分水閘段，由于河道多年斷流和綠洲區(qū)地下水過(guò)量開(kāi)采，河水下滲嚴(yán)重，河損大，輸水進(jìn)程遲緩。為此，可以考慮把西干渠作為本路線的補(bǔ)充，以加快這一路線的輸水進(jìn)程，然而，西干渠流量較小，過(guò)水能力有限，對(duì)輸水的補(bǔ)充是極為有限的。

圖3 孔雀河生態(tài)輸水路線示意圖

東線：即由第一分水樞紐，經(jīng)西尼爾水庫(kù)由東干渠輸水至孔雀河下游。整個(gè)東線輸水通道完整，第一分水樞紐沿東干渠至66分水閘僅55 km，輸水線路快捷可行，可以直接輸水至下游。這一輸水路線有效地利用了流域較為完備的水利設(shè)施，通過(guò)流域內(nèi)防滲輸水干渠-東干渠向孔雀河下游實(shí)施生態(tài)輸水，輸水線路更短，沿途損耗更小，輸水效率更高，同時(shí)，沿干渠水量監(jiān)測(cè)管理相對(duì)完善，容易對(duì)輸水進(jìn)程和水量進(jìn)行管理和及時(shí)調(diào)整。

2.3.2 調(diào)塔里木河水濟(jì)孔雀河

從塔里木河調(diào)水有北線（沙子河）、中線（烏斯曼河）和南線（恰陽(yáng)河）方案可選。北線：從沙子河調(diào)水入孔雀河，缺點(diǎn)是調(diào)水線路長(zhǎng)，達(dá)160 km，沿途河損大；中線：從烏斯曼河向孔雀河中下游輸水，調(diào)水線路也較長(zhǎng)，約110 km；南線：經(jīng)恰陽(yáng)河引水至孔雀河，雖然調(diào)水線路短，約35 km，但恰陽(yáng)河需要一定河道疏浚，加大過(guò)水能力。

（1）北線：是在塔里木河干流洪水期，從沙子河生態(tài)引水閘引水，沿沙子河故道輸水至普惠水庫(kù)，之后經(jīng)由普惠水庫(kù)向孔雀河下游實(shí)施生態(tài)輸水。每年夏季，塔里木河干流會(huì)有為期近1個(gè)月的洪水期，干流來(lái)水會(huì)顯著增加，包括沙子河生態(tài)引水閘在內(nèi)的各干流生態(tài)引水通道可實(shí)現(xiàn)引水。沙子河故道形態(tài)基本保留，塔河干流沙子河生態(tài)引水閘口功能完好，引塔里木河干流水經(jīng)此向孔雀河實(shí)施生態(tài)輸水是可行的。這一生態(tài)引水輸水路線充分利用了塔里木河干流的洪水與干流生態(tài)引水設(shè)施，通過(guò)跨流域調(diào)水，可以有效緩解流域水資源時(shí)空分布差異造成的管理型與工程型缺水，有助于實(shí)現(xiàn)各流域間的“豐枯互濟(jì)、空間互調(diào)、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”，增加流域水資源利用的有效性。同時(shí)，經(jīng)由這一輸水路線向孔雀河調(diào)水并實(shí)施生態(tài)輸水，可以兼顧塔里木河干流中游北岸數(shù)十公里荒漠河岸林植被的生態(tài)修復(fù)與生態(tài)水補(bǔ)給，具有較好的生態(tài)效益。但是，輸水路線較長(zhǎng)，下泄生態(tài)水沿途損耗較大，輸水效率相對(duì)較低，輸水成本較高。

（2）中線：通過(guò)塔里木河干流烏斯曼分水樞紐，在塔里木河干流洪水期經(jīng)烏斯曼河故道，流經(jīng)塔里木水庫(kù)至孔雀河，經(jīng)尉犁縣城向66分水閘和孔雀河下游實(shí)施生態(tài)輸水。塔里木河干流烏斯曼樞紐在經(jīng)過(guò)近期綜合治理改建后，功能完備且引水過(guò)水能力顯著提升，并可以實(shí)時(shí)監(jiān)控來(lái)水及引水量。這一輸水路線充分利用了塔里木河干流的生態(tài)引水設(shè)施，可以實(shí)現(xiàn)在不影響干流下泄水任務(wù)的情況下合理調(diào)水。同時(shí)，經(jīng)由這一路線的生態(tài)輸水同樣可以兼顧到塔里木河干流中游中下段北岸荒漠河岸林的保育修復(fù)，對(duì)塔里木河干流的生態(tài)保育，特別是距離干流河道較遠(yuǎn)的胡楊林保育具有較好的生態(tài)效益。

（3）南線：通過(guò)塔里木河干流阿其克分水樞紐，經(jīng)渭干河、恰陽(yáng)河故道至66分水閘向孔雀河下游實(shí)施生態(tài)輸水。這一輸水路線是“引塔濟(jì)孔”方案中三條路線里最短的一條，由塔里木河干流分水樞紐至孔雀河66分水閘僅有約35 km，沿途灌區(qū)較少，因下滲和可能發(fā)生的灌區(qū)沿途取水造成的輸水水量損失相對(duì)較低。個(gè)別區(qū)段需要進(jìn)行疏浚整治，尤其需要對(duì)河道部分狹窄瓶頸處進(jìn)行整治，以提升過(guò)水能力，保證生態(tài)輸水水頭，提高過(guò)水能力。另外，因?yàn)槎嗄陻嗔?，原有孔雀河?6分水閘及恰陽(yáng)河河道部分區(qū)段有當(dāng)?shù)鼐用駭r蓄水建成的土壩，在輸水前需要拆除，以保證生態(tài)水下泄。

2.3.3 輸水量與輸水時(shí)間

當(dāng)博斯騰湖水位在1 046.5 m以上時(shí)，可以考慮從博斯騰湖向孔雀河實(shí)施生態(tài)輸水（0.5～1.0）×108m3，水位變化幅度在5～10 cm間。西線經(jīng)第三分水樞紐、普惠水庫(kù)至尉犁縣城以下，與烏斯曼來(lái)水匯合，計(jì)劃輸水0.6×108m3。東線為由第一分水樞紐，經(jīng)庫(kù)—塔干渠、東干渠向孔雀河下游輸水，計(jì)劃輸水0.4×108m3。在保證向塔里木河下游輸水3.5×108m3基礎(chǔ)上，建議采取“互補(bǔ)互濟(jì)”原則，將多余水量調(diào)往孔雀河，拯救瀕臨死亡的孔雀河胡楊林生態(tài)系統(tǒng)。在前5 a，主要通過(guò)中線的烏斯曼河與南線的恰陽(yáng)河輸水，輸水量比例為6∶4，即60%從中線輸水，40%從南線輸水。

在輸水時(shí)間和輸水量上，年內(nèi)的輸水時(shí)間應(yīng)與農(nóng)業(yè)用水時(shí)間錯(cuò)開(kāi)，以8月底—9月為宜；在輸水間隔上，由于目前地下水位埋深較大，胡楊林處于垂死狀態(tài)，建議前五年頻次加密，在水源條件滿足情況下，每年輸水一次；在水源條件難以保證條件下，可以每2～3 a輸一次水，輸水水量在（1.5～2）×108m3左右。

3 提高生態(tài)輸水效益的建議

3.1 加快實(shí)施河—湖—庫(kù)水系連通工程，提升水資源對(duì)生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的支撐保障能力

孔雀河作為塔里木河的姊妹河，其中、下游河道與塔里木河干流河段基本平行，具有河—河連通的自然條件。事實(shí)上，在歷史上，塔里木河與孔雀河也是自然連通、可以互為補(bǔ)給的[14-15]。建議加快實(shí)施河—湖—庫(kù)水系連通工程，依托塔里木河、孔雀河流域水系和已建水利工程設(shè)施，采取工程與自然相融合的原生態(tài)設(shè)計(jì)理念，借助現(xiàn)有河道、溝、渠，輔以橋、涵、閘等工程措施，構(gòu)建引、蓄、灌、排相結(jié)合的河—湖—庫(kù)連通水系網(wǎng)絡(luò)工程體系（圖4）。在流域內(nèi)和流域間形成河—河連通，河—湖連通、河—庫(kù)連通與湖—庫(kù)連通的新局面，通過(guò)水系連通性的增強(qiáng)，使流域能夠?qū)崿F(xiàn)水資源豐—枯互補(bǔ)、河—湖—庫(kù)互濟(jì)、區(qū)域空間與各河流間互調(diào)，增強(qiáng)流域水資源承載力與水系網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，緩解水資源空間分布不均、水土資源不匹配、生態(tài)用水緊張引發(fā)的矛盾，提升水資源對(duì)生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的支撐保障能力。

圖4 孔雀河—塔里木河河—湖—庫(kù)連通示意圖

3.2 河道疏浚，提高輸水效率

孔雀河中下游自然坡降很小，部分河段由于長(zhǎng)期斷流風(fēng)沙淤積河床整體抬高，河道周圍農(nóng)區(qū)人為在河道內(nèi)設(shè)置的一些土壩土埂，增大了水流運(yùn)行的阻力致使水頭運(yùn)行緩慢、停滯甚至倒流，增加了河損。而且，由于長(zhǎng)期河道斷流，部分河段內(nèi)生長(zhǎng)有比較茂密灌草植物，阻滯水流下泄，滯緩了生態(tài)輸水階段任務(wù)的完成[16-17]?？兹负拥谌炙畼屑~至普惠水庫(kù)包頭湖段的堤防比較薄弱，并且河床內(nèi)生長(zhǎng)有大量的蘆葦?shù)入s草，在本次輸水中，在35 m3/s的流量下即發(fā)生了漫灘現(xiàn)象，嚴(yán)重妨礙水量足額下泄，與其應(yīng)具有的150 m3/s的泄洪流量相差甚遠(yuǎn)，建議相關(guān)部門組織清淤。對(duì)于在此次輸水過(guò)程中，水頭前進(jìn)比較慢甚至倒流的河段，如66分水閘口上下河段進(jìn)行勘察，查明本次輸水水流遲滯原因，采取必要措施加以疏通和輸水方式和線路上的調(diào)整。

2016年合計(jì)從塔里木河調(diào)水約1.08×108m3。然而，實(shí)際流入孔雀河生態(tài)水量為卻僅為0.32×108m3，按此計(jì)算，由塔河調(diào)水匯入孔雀河的沿途水量耗散達(dá)70%。雖然沿途耗散的水補(bǔ)充了當(dāng)?shù)氐牡叵滤?，但?duì)于亟待拯救的孔雀河中下游天然植被來(lái)說(shuō)，這無(wú)異于劫奪了它的“救命水”，從而一定程度上削弱了河—河水系連通、互濟(jì)互補(bǔ)、聯(lián)合調(diào)度生態(tài)輸水的實(shí)施效果。因此，為保障引塔濟(jì)孔主要線路——烏斯?jié)M河向孔雀河輸水通道和恰陽(yáng)河向孔雀河輸水通道的暢通，提高輸水效益，建議盡快對(duì)輸水線路實(shí)施必要的清淤疏浚、拆障等措施，增大輸水通道的過(guò)流能力。在水情允許的條件下，增大“引塔濟(jì)孔”水量，以確保生態(tài)輸水能夠更多到達(dá)孔雀河下游，從而加快輸水目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

3.3 建設(shè)生態(tài)引水的通道與閘口，提高輸水效益

孔雀河中下游河道坡降小，且河道斷流多年失修，河道過(guò)水能力明顯不足，加之兩岸開(kāi)荒過(guò)程中私自挖口、堵壩，河床內(nèi)修路、打井等問(wèn)題突出，對(duì)生態(tài)輸水的進(jìn)程影響極大；再則，沿自然河道實(shí)施的生態(tài)輸水對(duì)地下水及兩岸胡楊的保育恢復(fù)范圍有限，加之孔雀河沿河缺少能夠?qū)嵤┥鷳B(tài)引水的閘口與相關(guān)設(shè)施，從而限制了借生態(tài)輸水契機(jī)增大生態(tài)受水面積與胡楊恢復(fù)范圍的實(shí)施，同時(shí)也弱化的生態(tài)輸水的績(jī)效。為此，建議對(duì)孔雀河第三分水樞紐以下至一道壩主要河道以及輸水通道，除采取綜合疏浚整治，提升河道過(guò)水能力外，還可以依據(jù)地勢(shì)與自然植被分布特征，加快建設(shè)生態(tài)引水樞紐及分水閘、堰、人工調(diào)控河水漫溢，以擴(kuò)大生態(tài)受水面積和輸水效益。在輸水過(guò)程中，可以先通過(guò)沿自然河道輸水，抬升河道附近地下水位，拯救河道兩岸垂死的天然植被，進(jìn)而借助一定工程措施或沿河道架泵泵水，從而擴(kuò)大輸水的生態(tài)效應(yīng)。