塔里木河下游生態(tài)輸水后地下水的響應分析

王建宏

（新疆維吾爾自治區(qū)塔里木河流域干流管理局）

1 研究背景

塔里木河全長約2 100 km，是中國最大的內(nèi)陸河，由于近幾十年對中上游地區(qū)盲目無序的開墾，導致塔里木河水量大幅度減少。參照1959、1983年的航片資料，24 a中塔里木河干流區(qū)沙漠化程度上升15.60%，其中下游的沙漠化程度最為嚴重。臺特瑪湖是塔里木河的終點湖泊，1972 年塔里木河的下游河道斷流，塔里木河面積迅速減少，直至消失在沙漠中，隨著臺特瑪湖湖水的干枯，周圍植物成片死亡，周圍村莊消失。臺特瑪湖的干枯敲響了中國生態(tài)保護的警鐘，自2001 年6 月開始，中國國務院發(fā)布《塔里木河流域近期綜合治理規(guī)劃報告》，隨后國家開展對塔里木河流域的治理工作，陸續(xù)投資一百多億元，挽救塔里木河下游區(qū)域生態(tài)環(huán)境。隨著針對塔里木河綜合治理工作的不斷推進，截至2017年底，新疆先后18次向塔里木河下游進行輸水總數(shù)水量達到68.80 億m3。為了探究塔里木河下游生態(tài)輸水后地下水的響應關系，對響應關系進行分析。塔里木河下游生態(tài)輸水資料見表1。

表1 塔里木河下游生態(tài)輸水資料表

2 研究區(qū)概況

2.1 研究區(qū)確定

塔里木河流域位于我國新疆地區(qū)，見圖1。塔里木河下游區(qū)域從卡拉水文站到臺特瑪湖，塔里木河在大西海子水庫有兩個分支，南面為老塔里木河，北面為齊文闊爾河，兩河流在阿拉干進行交匯，生態(tài)輸水從大西海子水庫開始，流經(jīng)齊文闊爾河，研究在齊文闊爾河段建立6個地下水監(jiān)測點，主要研究英蘇區(qū)域監(jiān)測斷面的地下水響應過程。監(jiān)測區(qū)域是下游輸水的核心區(qū)域，分布有怪柳、胡楊、駱駝刺、甘草及蘆葦?shù)戎参?。英蘇區(qū)域四季分明，降雨量非常少，晝夜溫差較大，水分蒸發(fā)量較多，是典型的暖溫帶大陸性干旱氣候。

圖1 研究區(qū)英蘇斷面的地理位置情況圖

2.2 研究區(qū)地質(zhì)及監(jiān)測井分布情況

塔里木河下游經(jīng)過漫長的發(fā)展，河水攜帶大量泥沙在河流流通中不斷堆積，形成非常厚的第四系松散沉積層，英蘇地區(qū)由于受到沉積作用及周圍沙漠環(huán)境影響，其地下巖層分布見圖2，主要由細沙、粉砂、粉質(zhì)粘土、粉土組成。英蘇地區(qū)齊文闊爾河段寬約30 m，監(jiān)測井的布置如圖2 所示，距離齊文闊爾河段約59、231、300、500、750、1 050 m 處分別布置編號為C3、C1、C4、C5、C6、C7 監(jiān)測井，監(jiān)測井井深范圍在8～17 m 之間，監(jiān)測齊文闊爾河段周圍1 050 m范圍內(nèi)的地下水埋深變化情況。

圖2 研究區(qū)英蘇斷面地質(zhì)情況及監(jiān)測井布置圖

3 數(shù)據(jù)測量方法

地下水的運動方式主要分為縱向徑流和橫向徑流兩種，縱向徑流主要受所在區(qū)域地質(zhì)地形控制，橫向徑流主要受周圍河流水位影響。為了分析塔里木河下游生態(tài)輸水后地下水的響應過程，所以文章主要研究地下水的橫向徑流運動，在對塔里木河下游進行輸水時河水位高于地下水位，這時就形成了以河道為中心的橫向徑流，離河道越近橫向徑流的速率越快。為了詳細掌握英蘇監(jiān)測斷面的地下水變化情況，收集2001-2017年塔里木河下游輸水量及地下水埋深監(jiān)測資料。

4 塔里木河下游生態(tài)輸水后地下水的響應分析

4.1 塔里木河下游地下水和附近植被之間的關系

英蘇區(qū)域是典型的暖溫帶大陸性干旱氣候，年降雨量比較少僅為30～60 mm，年蒸發(fā)量比較高可以達到2 500～3 000 mm。區(qū)域內(nèi)植物主要依靠地下水供給生長，也是下游植物賴以生存的保障。植物的生長對地下水埋深要求較高，只有合適的地下水埋深，植物才能夠健康生長，因此地下水是英蘇區(qū)域植物生長發(fā)育的重要限制因素。下游生態(tài)輸水后齊文闊爾河段地下水位變化明顯，隨著地下水位變化，天然植被逐漸恢復。2017年對英蘇區(qū)域植物進行實地調(diào)查，繪制地下水位和植物覆蓋度關系圖見圖3，兩者的相關性R2=0.607 9。

圖3 地下水位和植物覆蓋度變化趨勢圖

4.2 生態(tài)輸水后水量變化分析

2001 年建立塔里木河下游生態(tài)輸水綠色走廊，隨著18 次向塔里木河下游進行生態(tài)輸水，逐漸恢復重建受損的塔里木河下游生態(tài)系統(tǒng)。截至2017 年底，新疆先后18 次向塔里木河下游進行輸水總數(shù)水量達到68.80 億m3。總輸水天數(shù)共計1 623 d。塔里木河生態(tài)輸水的源頭是博斯騰湖，在進行輸水時其水位變化將直接影響下游水位的變化。對博斯騰湖水位變化進行分析，發(fā)現(xiàn)其水位變化趨勢和下游輸水量變化趨勢基本相符，在2001-2003 年、2010-2011 年、2015-2017 年博斯騰湖水位較高，同時生態(tài)輸水量逐漸增加。在2004-2009 年、2012-2014博斯騰湖水位逐漸降低，生態(tài)輸水量相應減少。

4.3 生態(tài)輸水后地下水埋深變化

4.3.1 不同監(jiān)測井各年份的地下水埋深變化

對2001-2017 年生態(tài)輸水后英蘇斷面監(jiān)測井的地下水埋深變化數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)英蘇斷面地下水的排泄方式是通過潛水蒸發(fā)和植被蒸騰進行的，在各年份均呈現(xiàn)出緩慢平穩(wěn)遞減，總體來講生態(tài)輸水后地下水的排泄方式較穩(wěn)定，有個別年分的個別月份變化較大，主要是由于該時期降雨量較少，地表水蒸發(fā)增加，地下水主要依靠生態(tài)輸水供給，所以產(chǎn)生數(shù)據(jù)波動，從數(shù)據(jù)分析可以看出，地下水的埋深變化趨勢和生態(tài)輸水變化趨勢一致，呈現(xiàn)出正相關關系。多年數(shù)據(jù)表明，2011年時地下水位埋深最低，2009 年地下水位埋深最高，主要原因是2008 年塔里木河流域發(fā)生特枯，集中的水量主要用于向塔里木河泄洪，沒有向下游進行生態(tài)輸水。

生態(tài)輸水后英蘇斷面各監(jiān)測井個埋深變化量見表1，從表1 數(shù)據(jù)可以看出2001-2007 年連續(xù)生態(tài)輸水后，地下水的埋深逐漸變小，地下水位上升明顯。在2004年生態(tài)輸水時，輸水量增加，而地下水埋深值增大，分析主要原因是，對鐵干里克鄉(xiāng)輸水灌溉量增加，相應減少塔里木河下游的輸水量。2008 年為特枯期，沒有進行生態(tài)輸水，所以編號C3、C1、C4、C5監(jiān)測井埋深呈增加趨勢，而編號C6、C7監(jiān)測井埋深減少的主要原因是由于水位差產(chǎn)生側向補流，水位上升。2009年輸水量較少，輸水量小于潛水蒸發(fā)和植被蒸騰量，地下水位埋深增加。2010-2013年相應增加生態(tài)輸水量，地下水位上升。2014年源頭水資源匱乏，輸水量較少，地下水位埋深增加。2015-2017年源頭水量充足，地下水位升高。

4.3.2 各監(jiān)測井同一年份的地下水埋深變化

表1 生態(tài)輸水后英蘇斷面各監(jiān)測井個埋深變化量表

分析2001-2017年各監(jiān)測井的埋深數(shù)據(jù)，得出在各監(jiān)測井監(jiān)測范圍內(nèi)，地下水的埋深值在0.65～9.06之間。C1監(jiān)測井由于地勢原因，地下水埋深隨著輸水年限增加呈現(xiàn)出先增加后減少的變化趨勢，其他監(jiān)測井變化趨勢均是隨著輸水年限的增加埋深逐漸減少。地下水埋深值最大的一年是2009 年，埋深值最小的一年是2011 年。并且隨著距離河岸距離減少，地下水位逐漸上升，呈線性遞減關系。

續(xù)表1

5 結語

地下水位埋深隨著輸水年限的增加呈現(xiàn)出較勻速的遞減；研究斷面（英蘇斷面）距離河段較近的監(jiān)測點相應區(qū)域輸水后地下水的響應具有時間同步性，距離河岸較遠監(jiān)測點相應區(qū)域輸水后地下水的響應時間上具有一定滯后性，要持續(xù)數(shù)月或幾年才能有明顯表現(xiàn)；距離河岸越近，地下水水位越高。為了保證生態(tài)輸水質(zhì)量并獲取最大生態(tài)效益，生態(tài)輸水量要充足且具有一定周期連續(xù)性。