塔里木河流域干旱區(qū)地下水生態(tài)調(diào)節(jié)與監(jiān)測預(yù)警分析

王建宏

（新疆維吾爾自治區(qū)塔里木河流域干流管理局）

1 研究區(qū)域概況

塔里木河是我國最大的內(nèi)陸河，河水極其不穩(wěn)定。塔里木河流域位于新疆南部地處歐亞大陸腹地，是迄今為止是世界上最大的內(nèi)陸河流域，也是我國典型的干旱荒漠區(qū)。塔里木河流域位于天山山脈與昆侖山脈中間，東西長約1 100 km，南北寬約600 km，“四源一干”流域面積23.62萬km2，包含國外面積在內(nèi)塔里木河總流域共102.70萬km2。塔里木河干流長度1 321 km，總長2 437 km。塔里木河流域平原地下水總量182 億m3，“四源一干”流域地下水總量147.40 億m3。塔里木河流域水資源分區(qū)地下水資源量見表1。

表1 塔里木河流域地下水資源情況表（億k3）

塔里木河干流共設(shè)置48個(gè)監(jiān)測井（8個(gè)斷面），實(shí)時(shí)監(jiān)測地下水流動(dòng)態(tài)及水位變化情況，文章為研究塔里木河流域干旱區(qū)地下水生態(tài)調(diào)節(jié)與監(jiān)測預(yù)警情況，在塔里木河干流上游（阿拉爾、新渠滿）、中游（英巴扎）、下游（恰拉、阿拉干）選擇31 個(gè)監(jiān)測井共5個(gè)監(jiān)測斷面對(duì)塔里木河干流的地下水情況進(jìn)行監(jiān)測。

2 塔里木河流域干旱區(qū)地下水和生態(tài)環(huán)境響應(yīng)關(guān)系

流域干旱區(qū)地下水和生態(tài)環(huán)境關(guān)系密切，由于地下水資源的存在，具有較好的調(diào)蓄能力，能夠在不同時(shí)期發(fā)揮良好的調(diào)節(jié)作用。在枯水期，降雨量較少，地表水資源較少，這時(shí)適當(dāng)增加地下水資源的開采，從而有效彌補(bǔ)地表水資源的不足，有效補(bǔ)充地表用水。在豐水期，降雨量較多，地表水資源較為豐富，地表水進(jìn)行微循環(huán)向地層深處滲透從而有效補(bǔ)充地下水，這個(gè)時(shí)期的地下水開采較少，地下水位逐漸上升。地下水資源的開采及儲(chǔ)存，符合生態(tài)平衡規(guī)律，可以進(jìn)行有效的生態(tài)調(diào)節(jié)。在地下水開采及存儲(chǔ)時(shí)，地下水水位會(huì)發(fā)生明顯變化，水位的變化將會(huì)對(duì)地表植物生長產(chǎn)生直接影響，所以流域內(nèi)地下水資源和生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)出響應(yīng)關(guān)系。

2.1 地下水和生態(tài)環(huán)境主要關(guān)系

研究發(fā)現(xiàn)流域干旱區(qū)地下水水位及水質(zhì)優(yōu)劣對(duì)流域干旱區(qū)植被的生長、土地沙漠化治理有重要關(guān)系。本研究根據(jù)塔里木河流域的地質(zhì)及生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，對(duì)地下水生態(tài)調(diào)節(jié)情況進(jìn)行深入研究，主要研究內(nèi)容包括：地下水和土壤濕度之間的關(guān)系；地下水和怪柳、胡楊、草甸植被等植物生長發(fā)育的關(guān)系；地下水埋深和土壤沙漠化之間的關(guān)系。依據(jù)鄧銘江、陳亞寧等專家對(duì)塔里木河流域相關(guān)的研究成果，對(duì)上述研究內(nèi)容進(jìn)行實(shí)地分析研究，表明地下水和生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)如下響應(yīng)關(guān)系。

地下水和土壤濕度之間的關(guān)系，塔里木河流域干旱區(qū)植物主要依靠地下水生存，地下水的供給主要依靠毛管壓力作用使水分保持在土壤孔隙中以供植物生長發(fā)育。當(dāng)?shù)叵滤裆钤? m位置時(shí)，這時(shí)的土壤含水量可以達(dá)到17%，地層毛管水持水量可以達(dá)到70.80%，這時(shí)地下水埋深較高，土壤濕度較大，是適宜植物生存；當(dāng)?shù)叵滤裆钤?.50～6.50 m 范圍時(shí)，這時(shí)的土壤含水量在12.90%～10.70%之間，毛管壓力不夠，毛管水在土壤孔隙中含水量較少，植物水分吸收量較少，導(dǎo)致植物生長發(fā)育不良；當(dāng)?shù)叵滤裆钤?m以下位置時(shí)，這時(shí)的土壤含水量僅為9.80%，地層沒有毛管水，植物嚴(yán)重缺水，無法生長。

地下水和怪柳生長發(fā)育關(guān)系，對(duì)塔里木河流域干旱區(qū)怪柳的生長環(huán)境進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)叵滤裆钤? m 位置以內(nèi)時(shí)，有43%的怪柳可以生長；當(dāng)?shù)叵滤裆钤? m 位置以內(nèi)時(shí)，有83.40%的怪柳可以生長，綜合分析之后確定，地下水埋深5 m為怪柳種群生長的脅迫深度。

地下水和胡楊生長發(fā)育關(guān)系，對(duì)塔里木河流域干旱區(qū)胡楊的生長環(huán)境進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)叵滤裆钤?.50 m 位置以內(nèi)時(shí)，胡楊生長最快，樹徑每年可生長0.59～0.57 cm；當(dāng)?shù)叵滤裆钤?.50～6.00 m 范圍時(shí)，胡楊生長較慢，樹徑每年可生長0.24～0.14 cm；當(dāng)?shù)叵滤裆钤? m 以下位置時(shí)，胡楊基本停止生長，樹徑每年生長量約0.08 cm。

地下水和草甸植被生長發(fā)育關(guān)系，對(duì)塔里木河流域干旱區(qū)草甸植被的生長環(huán)境進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，隨著地下水埋深增加，草甸植被的生長越來越慢，當(dāng)?shù)叵滤裆钤?.50 m以下位置時(shí)，草甸植被停止生長，綜合分析發(fā)現(xiàn)，草甸植被的根系較短，當(dāng)?shù)叵滤裆钶^深時(shí)，土壤縫隙中含水量較少，草甸植物吸收困難，生產(chǎn)力也逐漸下降，所以地下水埋深3.50 m為草甸植物種群生長的脅迫深度。

地下水埋深和土壤沙漠化之間的關(guān)系，未沙漠化土壤的地下水埋深在3.40～4.30 m范圍時(shí)，土壤每年的潛在沙漠化程度為4.14～4.61 m，土壤每年輕度沙漠化程度為5.56～6.14 m，土壤每年中重度沙漠化程度為6.73～7.47 m，土壤每年極度沙漠化程度為7.61～8.13 m。

2.2 流域干旱區(qū)的合理生態(tài)水位

對(duì)地下水、土壤含水量、植物生長、土壤沙漠化等進(jìn)行定量關(guān)系研究，將塔里木河流域干旱區(qū)地下水分為五種類型水位。①地下水埋深在1 m以內(nèi)或季節(jié)性的地表積水為沼澤化水位，這個(gè)時(shí)期土壤處于長期漬水階段，地表土壤形成灰藍(lán)色潛育層，處于還原狀態(tài)，土壤植物生長會(huì)受到較大影響，同時(shí)水資源蒸散耗水量較大。②地下水埋深在1.00～2.00 m 范圍內(nèi)為鹽漬化水位，地下水通過毛管壓力作用使水分保持在土壤孔隙中，增加土壤濕度，植物有較好的生長環(huán)境，這個(gè)時(shí)期雖然土壤不會(huì)沙漠化，由于光照作用，地表水分蒸發(fā)導(dǎo)致土壤中鹽含量增加，土壤容易發(fā)生鹽漬化，植物生長也會(huì)受到嚴(yán)重影響，同時(shí)潛水層水分蒸發(fā)量較大，造成一定水資源浪費(fèi)。③地下水埋深在2.00～4.00 m范圍內(nèi)為適宜地下水位，這個(gè)水位形成的毛管水可以滿足各種植物的生長需求，同時(shí)潛水層的水分蒸發(fā)較少，植物吸收利用率較高，幾乎不會(huì)發(fā)生鹽漬化，土壤沙漠化程度也比較低。④地下水埋深在4.00～6.00 m 范圍內(nèi)為警戒地下水位，這時(shí)毛管水發(fā)生斷裂，地表潛水層水分停止蒸發(fā)，上部土壤發(fā)生干裂，根系較淺植物無法生長，喬灌木等根系較深植物可以緩慢吸收深處地下水，可以耐受度過干旱期，但這些喬灌木植物生長幾乎停滯，呈現(xiàn)出長勢不良現(xiàn)象，同時(shí)土壤存在較高是沙漠化危險(xiǎn)。⑤當(dāng)?shù)叵滤裆钤? m 以下位置為沙漠化地下水位，土壤剖面干燥，植物生長困難，導(dǎo)致植物大面積干枯死亡，地面逐漸裸露、風(fēng)化，土壤呈現(xiàn)荒漠化。

綜合上述研究，依據(jù)塔里木河流域干旱區(qū)地下水及植物生長生態(tài)特點(diǎn)，將地下水埋深在2.00～4.00 m范圍內(nèi)為合理生態(tài)水位，并以此為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)地下水資源進(jìn)行調(diào)控。

3 地下水埋深和生態(tài)監(jiān)測預(yù)警

塔里木河流域干旱區(qū)地下水的埋深將對(duì)生態(tài)環(huán)境造成之間影響，該研究在塔里木河干流上游（阿拉爾、新渠滿）、中游（英巴扎）、下游（恰拉、阿拉干）選擇31個(gè)監(jiān)測井共5個(gè)監(jiān)測斷面對(duì)塔里木河干流的地下水情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。阿拉爾、新渠滿、英巴扎、恰拉、阿拉干等斷面的地下水埋深變化圖見圖1～圖5。

從上述數(shù)據(jù)可以看出上游（阿拉爾、新渠滿）地下水埋深最低時(shí)最早出現(xiàn)在7月份，8月份時(shí)到達(dá)峰值，中下游（英巴扎、恰拉、阿拉干）地下水埋深最低時(shí)最早出現(xiàn)在8-9月份，10月份時(shí)到達(dá)峰值。分析阿拉爾斷面、英巴扎斷面地下水埋深變化，根據(jù)塔里木河流域干旱區(qū)的合理生態(tài)水位2.00～4.00界定值，可以判斷阿拉爾斷面及英巴扎斷面屬于地下水較豐富的優(yōu)良生態(tài)環(huán)境區(qū)域。分析新渠滿斷面地下水埋深變化，可以看出新渠滿的地下水位較高（＜2.00 m），特別在降雨量較多的7-9月份，易形成沼澤化水位及鹽漬化水位，對(duì)植物生長會(huì)產(chǎn)生不利影響，因此需要一定的水資源管控，可形成良好生態(tài)環(huán)境區(qū)域。分析恰拉斷面地下水埋深變化，上半年由于出現(xiàn)故障意外沒有試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)，分析后半年數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，恰拉斷面地下水埋深接近警戒地下水位（4.00～6.00 m），但植物可以生長，屬于良好生態(tài)環(huán)境區(qū)域。分析阿拉干斷面地下水埋深變化，發(fā)現(xiàn)其地下水埋深較深，處于沙漠化地下水位（＞8 m），土壤剖面干裂，土壤僅有薄膜水，植物無法吸收，呈現(xiàn)出大面積干枯，地面逐漸裸露，出現(xiàn)荒漠景觀，對(duì)此情況需要進(jìn)行人工治理干預(yù)，以保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

圖1 阿拉爾斷面地下水埋深變化圖

圖2 新渠滿斷面地下水埋深變化圖

圖3 英巴扎斷面地下水埋深變化圖

圖4 恰拉斷面地下水埋深變化圖

4 結(jié)語

文章通過對(duì)塔里木河流域干旱區(qū)地下水進(jìn)行監(jiān)測，得出以下結(jié)論及建議：塔里木河干流中上游為良好生態(tài)環(huán)境區(qū)域，隨著流域延伸水位變化，到達(dá)塔里木河干流下游時(shí)埋深逐漸增加，植物無法生長，逐漸荒漠化。對(duì)沼澤化水位及鹽漬化水位進(jìn)行合理管控，提高水資源利用率，避免出現(xiàn)沼澤化或鹽漬化土壤。加強(qiáng)對(duì)塔里木河干流下游的生

圖5 阿拉干斷面地下水埋深變化圖