塔河下游河道輸水的水生態(tài)環(huán)境響應探討

塔衣爾·艾爾肯

（新疆塔里木河流域干流管理局 ,新疆 庫爾勒 841000）

1 塔河下游河道輸水概況

1.1 河道應急輸水基本情況

塔河下游天然植被主要以荒漠河岸林為主,在下游河道發(fā)生斷流以來因地下水位的劇烈下降,天然植被大規(guī)模衰亡,導致河道水生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)、能量代謝、信息傳遞鏈條中斷,天然植被生產(chǎn)力、分解速率及存活穩(wěn)定性等下降。20世紀80年代以來,大西海子水庫截流后,塔河下游鐵干里克以南先出現(xiàn)斷流,地下水位大幅降低,大部分河道地下水位從斷流前的3 m～6 m下降至斷流后的8 m～12 m,而且越往下游地下水位降幅越大,具體見圖1,尤其是阿拉干以下河段,地下水位已經(jīng)無法適應喬灌木和草植被生物的生長,天然植被大面積枯死,生態(tài)系統(tǒng)嚴重退化。

圖1 塔河下游典型河段地下水位變化過程線

塔河流域是環(huán)塔里木盆地諸多水系的統(tǒng)稱,塔河流域覆蓋整個南疆地區(qū),流干流長1321 km,總面積達103.1×104km2,且塔河流域自身并不產(chǎn)流,而是由諸多源流匯流而成。在將近50 年的大規(guī)模水土開發(fā)等人類活動及氣候變化的綜合影響下,流域水環(huán)境發(fā)生改變,一些源流相繼減少或斷流,塔河流域水量補給也受到嚴重影響。主要表現(xiàn)在：（1）各個源流自身用水量增大,導致匯入塔河干流的水量持續(xù)減少；（2）塔河干流中上游實際消耗的水量持續(xù)增大,在河道補給水量無明顯增加的情況下,導致下游河道斷面水量持續(xù)減少,而且大西海子水庫于1972 年建成并運行后基本阻隔了上游水流向下游河道的下泄過程,使得該水庫下游河道處于長期斷流狀態(tài),缺水使水生態(tài)環(huán)境惡化,致使河道兩側(cè)的塔克拉瑪干沙漠和庫魯克沙漠緊逼合攏；（3）河道水質(zhì)加速惡化,塔河上中游河道水質(zhì)礦化度基本在1.0 g/L以上,下游河道地下水礦化度基本在5.0 g/L以上；（4）下游河道地下水位持續(xù)下降,在調(diào)查過程中,地下水在塔河下游河道兩側(cè)2.0 km范圍內(nèi)的埋深在8.0m以上的區(qū)域在研究區(qū)總面積1889 km2中的占比僅為82.3%,而且這一占比呈持續(xù)下降趨勢,這種情況下,即便是抗旱能力極強的怪柳、胡楊等植被也很難正常生存[1]。

為使得塔河下游河道供水及水生態(tài)環(huán)境盡快恢復,流域管理局于2000 年4 月～2003 年10 月期間,充分利用開都河流域天然來水偏豐的水量優(yōu)勢先后向塔河下游河道輸水,生態(tài)應急輸水共5 次,總輸水線路設計長度928.45 km,從開都河累計調(diào)出水量22.18×108m3,經(jīng)由大西海子水庫泄洪閘后持續(xù)向塔河下游河道總共輸水13.82×108m3,輸水次數(shù)、輸水時間、輸水流程及下泄水量[2]等具體見表1。

表1 大西海子水庫下泄水量及流程

1.2 地下水位監(jiān)測

通過在塔河下游河道建立地下水位監(jiān)測斷面及植物群落觀測地,以塔河下游2000 年以來生態(tài)輸水過程為主線對輸水后河道地下水位埋深、沿程水量損耗、植被恢復等情況進行連續(xù)監(jiān)測。

塔河下游河道輸水主要采取的是沿自然河道線性輸水的方式,為全面了解輸水過程中河道沿程地下水位動態(tài)變動趨勢,在塔河下游輸水河道阿克墩、亞合甫馬汗、英蘇、阿布達勒、喀爾達依、吐格買萊、阿拉干、依干不及麻、考干等地共設置了9 個地下水監(jiān)測斷面[3],具體見圖2,并分別在各監(jiān)測斷面與輸水河道相距50 m～100 m、150 m～200 m、250 m～300 m、500 m～550 m、800 m～850 m及1050 m等處設置了41 眼地下水觀測井,上述各監(jiān)測斷面分別設置5 處、4 處、8 處、3 處、5 處、3 處、7 處和3處地下水監(jiān)測井,井深在9 m～17 m之間,以便進行地下水動態(tài)變動趨勢的監(jiān)測。

圖2 塔河下游河道地下水監(jiān)測斷面示意圖

2 河道輸水的水生態(tài)環(huán)境響應

2.1 河道輸水與水量沿程消耗

2000年以來對塔里木河下游河道所進行的5次線性輸水經(jīng)由大西海子水庫溢洪道下泄的水量中,除少部分通過河湖水面蒸發(fā)散失外,其余大部分均補給了下游河道兩側(cè)地下水,根據(jù)對塔河下游河道沿程區(qū)間水量的實際消耗程度,大西海子水庫-阿拉干段區(qū)間河道所消耗的水量[4]為10.51×108m3,在總輸水量中占比75.8%；阿拉干-臺特瑪湖區(qū)間河道所消耗水量2.94×108m3,在總輸水量中占比20.7%；其余0.47×108m3水量則全部進入臺特瑪湖,在總輸水量中占比3.5%。根據(jù)對5 次輸水過程及輸水后河道兩岸地下水位的監(jiān)測結(jié)果,地下水位隨輸水次數(shù)的增加而升高,土壤含水量增大,各區(qū)間河道河長流量損失率 也表現(xiàn)為先降低后穩(wěn)定的趨勢,具體見圖3,各區(qū)間河道河長流量損失率 與河道水量Q呈線性關系。

圖3 各區(qū)間河道河長流量損失率δ變動趨勢

2.2 河道兩側(cè)地下水位恢復

在向塔河流域下游河道間歇性輸水的過程中,距離河道較遠區(qū)域的地下水位恢復表現(xiàn)出明顯的滯后性。向塔河下游河道5 次生態(tài)輸水后各監(jiān)測斷面地下水位上升情況見表2。由表2監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出,與河道距離越遠,地下水補給量越小,地下水位回升幅度越小且埋深越大。

表2 塔河下游河道5次生態(tài)輸水后各監(jiān)測斷面地下水位上升/埋深情況 單位：m

根據(jù)河道水量均衡方程式可進行包氣帶補給水量的計算[1],具體公式如下：

式中：W包氣帶補給水量,108m3；W來為塔河下游河道5次生態(tài)輸水總量,108m3；W地為河道兩側(cè)地下水補給水量,108m3；W河為下游河道水面蒸發(fā)量,108m3；W湖為入湖水量,108m3。

由式（1）可以確定出塔河流域下游河道包氣帶補給水量W包為40241×108m3,5次生態(tài)輸水各項消耗量見表3,且5次生態(tài)輸水消耗總量累計值為4.37×108m3（包括入湖水量0.47×108m3,河道蒸發(fā)量0.31×108m3,包氣帶轉(zhuǎn)化消耗量1.58×108m3和地下水轉(zhuǎn)化消耗量2.01×108m3）,在總輸水量中占比31.62%。

表3 5次生態(tài)輸水水量平衡情況

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果,向塔河下游河道連續(xù)5 次生態(tài)輸水后河道兩側(cè)地下水位埋深0～4 m、4 m～6 m、6 m～8 m的面積分別從輸水前的5.3 km2、128.7 km2、184.2 km2增大至輸水后的20.4 km2、262.3 km2和340.2 km2,地下水水質(zhì)也表現(xiàn)出明顯的改善和優(yōu)化趨勢。

2.3 植被恢復對地下水動態(tài)變化的響應

根據(jù)塔河下游河道5次生態(tài)輸水后河道兩側(cè)地下水位的回升,進行生態(tài)植被可能恢復程度的分析。胡楊是新疆塔里木河流域周圍干旱沙漠地帶標志性的植物,采用胡楊樣枝年輪寬度進行氣生長量的對比分析,并以所得出的生長量指標作為胡楊恢復程度的量化性指標。從圖4 可以看出,胡楊林生長量對距離河道的響應程度以2000 年為拐點,自2000 年生態(tài)輸水以來,胡楊樣枝平均生長量（年輪度）均呈現(xiàn)出持續(xù)增大的趨勢,且距離河道越近則生長量增大越明顯,且塔河下游河道生態(tài)輸水對胡楊生長的橫向影響范圍已經(jīng)達到距離河道850 m范圍。

圖4 胡楊樣枝年輪寬度的變動趨勢

3 結(jié)論

綜上所述,自2000 年以來向塔里木河下游河道的5 次生態(tài)輸水中,損耗在阿拉干以上河段的水量占比較大,這說明逐次推進的輸水方式對阿拉干以上河段影響較顯著,這也與河道兩側(cè)地下水位回升和植被恢復情況相吻合。因水流在河道沿途存在蒸發(fā)、包氣帶轉(zhuǎn)化消耗、地下水轉(zhuǎn)化消耗及入湖損耗,所以各斷面流量均值及地下水補給均呈沿程遞減趨勢,隨著輸水次數(shù)的增加,河道兩岸地下水位和土壤含水量顯著提高,這一過程對河道耗水產(chǎn)生的影響也較為明顯,使單位河長流量損失逐次降低并逐漸趨于穩(wěn)定。塔河下游河道生態(tài)輸水后河道橫向地下水水質(zhì)明顯改善；胡楊等喬灌木重新恢復萌蘗、開花結(jié)實等生長能力,植被系統(tǒng)趨于恢復。