瑪納斯河生態(tài)特點(diǎn)與保護(hù)原則

周吉軍

(新疆兵團(tuán)勘測設(shè)計(jì)院(集團(tuán))有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830002)

新疆瑪納斯河流域是屯墾戍邊開發(fā)最早的地區(qū)，現(xiàn)已形成316.3萬畝的灌區(qū)和石河子市等新興城鎮(zhèn)，人口密集、綠洲經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，其開發(fā)建設(shè)模式在新疆中小河流域具有代表性[1]。隨著灌溉規(guī)模的發(fā)展，流域的生態(tài)環(huán)境也發(fā)生了相應(yīng)的變化，人工綠洲拓展了人類生存空間，下游河道斷流和尾閭湖泊萎縮甚至干涸引起了自然生態(tài)的退化。1999年流域特大洪災(zāi)之后，提出興建肯斯瓦特水利樞紐工程解決流域防洪安全問題，一座大型山區(qū)水庫的建設(shè)勢(shì)必增加人類對(duì)水資源的控制能力，如何權(quán)衡發(fā)展與保護(hù)的關(guān)系，如何規(guī)范人類用水行為，如何確定人與自然和諧相處的合理狀態(tài)，是工程規(guī)劃設(shè)計(jì)必須回答的關(guān)鍵問題。工程論證過程中以防洪減災(zāi)和水資源優(yōu)化配置為工程主要任務(wù)，以遏制河湖生態(tài)進(jìn)一步退化為基本原則，按照尊重河流水文特征控制生態(tài)基流、尊重河流生態(tài)特點(diǎn)確定敏感保護(hù)目標(biāo)、尊重發(fā)展現(xiàn)實(shí)控制經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水總量的規(guī)劃設(shè)計(jì)思路，非常值得借鑒。

1 河流水文特征與生態(tài)基流控制

1.1 河流水文特征

瑪納斯河發(fā)源于天山北坡，由南向北流入準(zhǔn)噶爾盆地腹地，紅山嘴斷面以上集水面積5156km2，多年平均年徑流量13.16億m3，是盆地南緣最大的一條河流[1]，在天山北坡綠洲帶具有典型代表性?，敿{斯河從高山流向盆地，呈現(xiàn)出徑流形成、運(yùn)移轉(zhuǎn)化、蒸發(fā)散失的水循環(huán)過程。按照河流生態(tài)健康一般原則來看，河道斷流是河流不健康的表現(xiàn)[2]，但西部內(nèi)陸干旱區(qū)的瑪納斯河有其特殊性。

從水文條件看，天山北坡河流的徑流量年際變化都不大，但年內(nèi)分配豐枯懸殊，瑪納斯河肯斯瓦特站曾實(shí)測到夏季洪峰流量1095m3/s，冬季最小流量僅為5.98m3/s，這個(gè)流量不可能流到尾閭，冬季斷流幾乎年年發(fā)生，是典型的季節(jié)性河流。實(shí)際上，即使是實(shí)施生態(tài)補(bǔ)水的塔里木河，下游冬春季斷流也是常態(tài)[3]。

從河流沿線地質(zhì)情況看，從肯斯瓦特水庫壩址下游3km處直至河源，河道均為基巖河床，地表徑流處于累積增長狀態(tài)，全年不斷流，基流控制是必要的。壩址下游3km處至紅山嘴河段，穿越東西展布的巨型向斜構(gòu)造帶，帶內(nèi)沉積巨厚的第四紀(jì)礫巖及砂卵石，具強(qiáng)透水性，小流量進(jìn)入此河段不久即大部分滲失，冬季常見河床斷流現(xiàn)象。紅山嘴斷面有垂直河道東西向展布的背斜構(gòu)造，河底出露地層為第三紀(jì)泥巖，不透水，受其頂托，不僅河床自身潛流溢出，而且有左右兩側(cè)山間洼地地下水以高位泉方式溢出并匯入瑪納斯河，此河段5km范圍內(nèi)常年有水，冬季流量基本穩(wěn)定在4～5m3/s。紅山嘴之后河流進(jìn)入沖洪積扇，因存在山前斷裂，基巖面急劇下降，河床砂卵石巨厚，河水再次大量入滲，冬季斷流也是常態(tài)。在下游扇緣地帶河床質(zhì)變細(xì)，滲透能力降低，再次以平原泉水方式出溢，泉水溢出帶東西展布，平原水庫多修建在此條帶下游側(cè)，在灌區(qū)地下水沒有大規(guī)模開發(fā)利用的50—60年代，泉水溝均以瑪納斯河河道為歸宿，這個(gè)特點(diǎn)與天山北坡其他山溪性河流類似。

從人工干預(yù)過程看，隨著屯墾事業(yè)發(fā)展，特別是大泉溝和夾河子等平原水庫建成后，夾河子水庫以下直至小拐河段，每遇枯水年泄洪量和泄洪時(shí)段都極為有限，河道不僅冬季斷流，而且會(huì)出現(xiàn)全年斷流。

所以，本河流的生態(tài)基流控制不能忽視其自然本底特點(diǎn)，必須分河段、分季節(jié)區(qū)別對(duì)待。枯水期應(yīng)控制基巖河床段不斷流，洪水期重點(diǎn)控制夾河子水庫斷面泄放一定的水量，維持下游河道及瑪納斯湖的生態(tài)用水。

1.2 生態(tài)基流控制

肯斯瓦特水庫壩址斷面多年平均流量為38.7m3/s，下游有3km左右的常年不斷流河道，泄放生態(tài)基流是必要的。按照枯水期不少于年均流量的10%、豐水期不少于20%控制，流量分別為3.87、7.74m3/s，以此作為水庫規(guī)模論證和徑流調(diào)節(jié)計(jì)算的邊界條件。為了保證小流量連續(xù)泄放，水庫電站特設(shè)一臺(tái)生態(tài)機(jī)組常年運(yùn)行，并進(jìn)行在線監(jiān)控。

夾河子水庫斷面以下的生態(tài)水量控制，與流域下游河湖自然生態(tài)狀況密切相關(guān)，如果退化嚴(yán)重則應(yīng)考慮生態(tài)修復(fù)，如果下游生態(tài)變化處于可接受狀態(tài)且比較穩(wěn)定，則應(yīng)以現(xiàn)狀經(jīng)濟(jì)用水總量不增加作為控制條件，保證平水年和豐水年汛期不斷流，以遏制下游生態(tài)進(jìn)一步惡化。根據(jù)有關(guān)研究成果，瑪納斯河流域灌區(qū)耕地景觀持續(xù)向好[4]；在河流兩岸、沙漠與人工綠洲之間依靠天然降雨生存的沙生植被覆蓋度沒有明顯退化，依靠封育禁牧禁樵保護(hù)的白梭梭等生長良好；瑪納斯湖濕地植被覆蓋度在20世紀(jì)60年代大規(guī)模退化，臨近的一些原來的低覆蓋度區(qū)轉(zhuǎn)化為人工綠洲高覆蓋度區(qū)，形成此消彼長的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，但湖區(qū)植被枯死、湖盆裸露成為風(fēng)沙源，而且研究發(fā)現(xiàn)湖水的暫時(shí)充盈并未引起周邊植被明顯恢復(fù)[5]，因此判斷流域下游(湖區(qū)除外)的生態(tài)狀況近50年來基本穩(wěn)定，所以維持現(xiàn)狀是可以保證下游生態(tài)安全的。根據(jù)1970—2006年夾河子水庫運(yùn)行管理資料，統(tǒng)計(jì)該斷面歷年實(shí)際泄水情況，得到間斷性泄水系列，有些年份為“零排放”，而1999年下泄水量就達(dá)到6.39億m3，使瑪納斯湖再現(xiàn)于沙漠邊緣。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，泄水量的多年均值為6556萬m3，雖然僅占紅山嘴斷面徑流量的5%，仍然具有極大的生態(tài)價(jià)值。因此，水利和環(huán)保專家從現(xiàn)實(shí)可能性和遏制自然生態(tài)惡化必要性考慮，提出流域水資源管理及全流域工程調(diào)度運(yùn)行應(yīng)在流域機(jī)構(gòu)監(jiān)管下，實(shí)施在線監(jiān)測，以不少于現(xiàn)狀下泄水量6556萬m3作為剛性約束，防止山區(qū)水庫建成后降低下游生態(tài)水量，通過依法依規(guī)管理解決生態(tài)保護(hù)問題。雖然是權(quán)宜之計(jì)，但也為下游生態(tài)保護(hù)建立了一個(gè)新的紅線保障，從最近十幾年管控情況看，約束效果良好，湖區(qū)至今仍然維持一定的水面面積。

2 河流生態(tài)特點(diǎn)與敏感保護(hù)目標(biāo)確定

2.1 河流生態(tài)特點(diǎn)與魚類保護(hù)

河流源頭是海拔5000m以上的冰川，肯斯瓦特水文站以上河段穿行于高山峽谷，兩岸陡峻，河谷深切，河床基巖出露，鮮有河谷林，兩岸支溝及階地分布稀疏喬木和灌木，河中生長珍貴的高山冷水保護(hù)魚種：新疆裸重唇魚；肯斯瓦特至紅山嘴河段穿越第四紀(jì)沉積的向斜洼地，河谷兩岸分布依靠降水生存的灌木，河床為裸露的砂礫石，沒有植被；在紅山嘴以上5km左右河段，受瑪納斯背斜泥巖頂托，河床泉水長年出溢，且有高位泉分布，河谷林發(fā)育；紅山嘴至夾河子河段，兩岸高階地上廣布耕地，河床砂卵石滲漏強(qiáng)烈，沒有植被；夾河子水庫以下直至小拐河段河床質(zhì)顆粒逐漸變細(xì)，河岸低緩，河曲發(fā)育，蘆葦?shù)戎脖幻?，主要依靠地下水生存；小拐以下直至瑪納斯湖兩岸為沙漠景觀，主要生長梭梭檉柳等沙生植物，河床萎縮且經(jīng)常斷流；尾閭瑪納斯湖已經(jīng)干涸，現(xiàn)為鹽礦[6]。

新疆裸重唇魚，其產(chǎn)卵區(qū)為紅山嘴以上泉水溢出河段，汛期洄游至壩址通過魚類增殖站人工輔助實(shí)施保護(hù)，確定為瑪納斯河上游生態(tài)保護(hù)的敏感目標(biāo)是非常必要的。

2.2 尾閭湖泊生態(tài)特點(diǎn)與保護(hù)原則

按照內(nèi)陸河生態(tài)完整性角度看，尾閭湖干涸是河流不健康的表現(xiàn)[7]，但瑪納斯河有其特殊性。自20世紀(jì)90年代至今，有很多專家學(xué)者對(duì)瑪納斯湖的演變歷史、干涸的原因、生態(tài)特征開展了持續(xù)深入的研究，研究空間范圍擴(kuò)展到整個(gè)盆地四周，研究時(shí)間跨度上溯到300年前的乾隆時(shí)期，這些研究成果對(duì)流域治理面臨的生態(tài)問題思考具有啟發(fā)作用，簡要?dú)w納為以下幾個(gè)方面。

(1)研究發(fā)現(xiàn)，瑪納斯河不是此湖唯一的源流

歷史上除瑪納斯河入湖之外，盆地南部的三屯河和呼圖壁河、西北部的達(dá)爾布迪克河、北部的烏倫古河甚至額爾齊斯河都曾經(jīng)是古瑪納斯湖(阿雅爾淖爾)的源流，受地殼運(yùn)動(dòng)、氣候變化和人類活動(dòng)影響，直到19世紀(jì)末20世紀(jì)初，才只剩下了瑪納斯河一條入湖河流[8]。從瑪納斯河流域來看，西側(cè)臨近的金溝河、巴音溝河實(shí)際上也是瑪納斯河的支流，只是一般年份沒有水量下泄，下游已成為重要的綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)，但穿過灌區(qū)的排洪通道(河道)依然存在，1999年暴雨融雪型洪水期間，兩河洪水與瑪納斯河洪水遭遇，造成洪水泛濫。所以說，瑪納斯湖區(qū)是準(zhǔn)噶爾盆地最低洼的地方，也曾是諸多河流的歸宿地，如果將瑪納斯湖作為流域生態(tài)敏感目標(biāo)并提出恢復(fù)瑪納斯湖的任務(wù)，涉及的研究范圍幾乎涵蓋盆地周邊所有河流及其綠洲經(jīng)濟(jì)區(qū)，應(yīng)慎重。

(2)研究發(fā)現(xiàn)，瑪納斯湖隨氣候變化曾經(jīng)歷過多次的充盈—干涸變化過程

這是通過研究湖底沉積和湖岸生物殘留得出的結(jié)論，也就是說即使在農(nóng)耕規(guī)模不大的時(shí)期，只要?dú)夂蜃兓瘜?dǎo)致入湖水量變化，湖泊就相應(yīng)隨之變化，天然來水過程主導(dǎo)了湖泊水面大小[9]。1999年是最近一次充水，當(dāng)年瑪納斯河出現(xiàn)50年一遇洪水，年徑流量達(dá)到18.8億m3，是均值的1.5倍，上游用水沒有減少，但湖水面依然恢復(fù)到60km2以上。所以僅靠人工干預(yù)維持某個(gè)規(guī)模穩(wěn)定水面的想法，不符合自然規(guī)律。

(3)研究發(fā)現(xiàn)，瑪納斯湖是古瑪納斯湖萎縮后形成的若干個(gè)小湖泊之一

古瑪納斯湖面積很大，隨著氣候變化逐漸萎縮成若干個(gè)小的湖泊[10]，受地殼運(yùn)動(dòng)和河流沖淤變化，入湖河水在不同歷史時(shí)期注入不同的區(qū)域，為核心位置多次變遷的遷移湖泊。1915年瑪河改道向東進(jìn)入的湖區(qū)位置，近代有詳細(xì)記載，也是現(xiàn)代地圖上顯示的瑪納斯湖。1999年洪水形成的水面主要在小拐以下河段，此區(qū)域?qū)嶋H上也是古瑪納斯湖的組成部分。所以，準(zhǔn)噶爾盆地底部區(qū)域廣布的風(fēng)沙源，是非常久遠(yuǎn)的歷史過程形成的，成因非常復(fù)雜，如果像臺(tái)特馬湖一樣作為生態(tài)保護(hù)目標(biāo)，確定湖區(qū)位置和保護(hù)邊界都很困難。

(4)研究證明，水土開發(fā)直接影響湖泊狀態(tài)，但流域生態(tài)環(huán)境總體向好

研究人員查到了1863年清代北疆昌吉至瑪納斯縣一帶耕地面積達(dá)到95萬畝時(shí)的湖面范圍數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)湖面已大幅度萎縮；據(jù)瑪納斯河水利志記載，建國初期湖面面積約500多km2。此后流域屯墾快速發(fā)展，上游陸續(xù)新建了大量水利工程特別是平原水庫，逐漸形成石河子等人口聚集區(qū)和諸多工礦企業(yè)，以人工綠洲為主的新生態(tài)環(huán)境格局逐漸形成。1962年灌溉面積達(dá)到265萬畝時(shí)，瑪納斯湖再次完全干涸[10]。本次干涸得到了人們持續(xù)的關(guān)注，綠洲生態(tài)與自然生態(tài)合理邊界的爭論與研究一直在持續(xù)，特別是近年來借助衛(wèi)星遙感影像資料的對(duì)比分析成果表明，人工綠洲成長與天然植被退化都存在，但流域植被覆蓋度總體增加，是人與自然和諧共生狀態(tài)[10]。

(5)瑪納斯湖區(qū)生態(tài)需要繼續(xù)深入研究

通過對(duì)湖區(qū)周圍生態(tài)環(huán)境的實(shí)地考察，發(fā)現(xiàn)湖盆內(nèi)部廣布鹽礦，根據(jù)有跡可見的湖岸高程看，湖水礦化度很高，沒有發(fā)現(xiàn)魚類生長跡象，水生植物甚至枯死的殘留根系都少有發(fā)現(xiàn)。在離開湖區(qū)一定距離，鹽生及沙生植物如梭梭等至今生長良好，這些植被顯然是依靠稀少的天然降水生存的，與湖水關(guān)系不大。可見，降水量100～150mm的瑪納斯湖區(qū)生態(tài)保護(hù)有其特殊性。

綜上所述，雖然湖泊作為濕地的生態(tài)學(xué)意義不容置疑[11]，但因?qū)α饔虼髸r(shí)間尺度下氣候變化規(guī)律認(rèn)識(shí)有限，面對(duì)已形成的流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展局面，人們對(duì)恢復(fù)瑪納斯湖均持審慎的態(tài)度，至少在近期作為生態(tài)保護(hù)敏感目標(biāo)尚不具備條件。

3 工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的生態(tài)保護(hù)原則

瑪納斯河流域地處極度干旱區(qū)，生態(tài)環(huán)境極度脆弱，在此背景下興建山區(qū)大型水庫，必須從全流域尺度考慮。通過河流水文特征、生態(tài)特征分析及流域生態(tài)演變回顧，結(jié)合流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展要求，對(duì)瑪納斯河流域用水建立明確的管控指標(biāo)是非常必要的。近期應(yīng)該遵循的生態(tài)保護(hù)原則是：第一要保證新疆裸重唇魚這一珍稀水生生物物種延續(xù)；第二要維持河谷林及近岸植被不退化，保證汛期河流連續(xù)性、枯水期關(guān)鍵河段不斷流；第三要保證下游河道多年平均輸水量不減少，保持下游河湖生態(tài)現(xiàn)狀并盡量維持1999年形成的“瑪依湖”壽命。為此，山區(qū)水庫規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理必須滿足以下條件：

(1)肯斯瓦特水利樞紐工程建設(shè)必須在壩后同步新建魚類人工增殖站，在工程運(yùn)行壽命周期內(nèi)，持續(xù)實(shí)施人工繁育工作，對(duì)土著珍稀魚類進(jìn)行種群保護(hù)，每年放流數(shù)量不少于50萬尾。

(2)肯斯瓦特水庫電站運(yùn)營期間1臺(tái)10MW的小機(jī)組24h不間斷運(yùn)行，下泄生態(tài)基流不小于3.87m3/s，并安裝生態(tài)流量在線自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證生態(tài)基流泄放。

(3)保證夾河子水庫斷面多年平均下泄河道水量不低于6556萬m3，維持1970—2006年間的水平，并在庫后設(shè)置生態(tài)水量監(jiān)測斷面，由流域管理機(jī)構(gòu)監(jiān)督落實(shí)，保證下游河道和尾閭湖泊生態(tài)不退化。316.3萬畝流域灌溉面積不允許增加，地表水不增引，地下水實(shí)施管控，中水利用逐步加強(qiáng)，灌區(qū)通過產(chǎn)業(yè)調(diào)整和推廣高新節(jié)水技術(shù)滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

4 結(jié)語

(1)在流域生態(tài)安全前提下建設(shè)和管理瑪納斯河山區(qū)水庫工程，符合人與自然和諧共生的發(fā)展理念，規(guī)劃設(shè)計(jì)思路是完全正確的。

(2)確定生態(tài)基流和生態(tài)水量控制指標(biāo)，應(yīng)充分研究河流的自然本底特點(diǎn)，因河施策。

(3)河流生態(tài)敏感保護(hù)目標(biāo)須慎重確定。本流域的珍稀魚類保護(hù)很容易達(dá)成共識(shí)，但尾閭湖泊的保護(hù)必須實(shí)事求是，在沒有更好的解決策略之前，遵循經(jīng)濟(jì)用水總量控制的原則是正確的。關(guān)于瑪納斯湖的保護(hù)，今后還需要深入研究。

(4)肯斯瓦特水利樞紐工程已建成運(yùn)行，規(guī)劃設(shè)計(jì)確定的生態(tài)保護(hù)原則和措施得到了很好的落實(shí)，尾閭湖泊已成旅游熱點(diǎn)，山區(qū)水庫興利除害作用顯著，決策效果良好。