臺特瑪湖適宜湖面研究

王光焰 徐生武 謝志勇

(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 庫爾勒 841000)

塔里木河流域是我國生態(tài)環(huán)境最為脆弱的地區(qū)之一[1-2]，20世紀50年代以來，由于塔里木河上中游耕地面積的快速擴張，水資源消耗日益加劇，導(dǎo)致下游來水銳減，兩岸植被嚴重衰竭，沙漠化加劇，臺特瑪湖干涸，生態(tài)環(huán)境急劇惡化[3]。臺特瑪湖自古就是內(nèi)地通往中亞和新疆的戰(zhàn)略通道，其沙漠化演替勢必會對陸上交通安全均構(gòu)成威脅[4]。為遏制塔里木河流域生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化，協(xié)調(diào)流域水資源、實現(xiàn)流域生態(tài)保護和經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展，2001年中國政府投資107億元，對塔里木河流域進行全面管理[5-8]。2011年塔里木河實施管理體制改革，從此源頭區(qū)子流域由塔里木流域管理局統(tǒng)一管轄，綜合治理效果得到進一步提升。截至2018年，塔里木河流域已進行了19次生態(tài)輸水，下流的生態(tài)水量呈現(xiàn)增加的趨勢，更多的水匯入臺特瑪湖，流域綜合治理的成效顯著。

國內(nèi)關(guān)于塔里木河下游及臺特瑪湖的研究已取得較多成果[9-10]。如陳國亮[11]指出1972年以來臺特瑪湖干涸，塔里木河生態(tài)輸水前后，臺特瑪湖湖面年際、年內(nèi)變化較大。生態(tài)輸水工程的開展使臺特瑪湖面積逐年遞增，兩岸植被得到恢復(fù)；王雅梅等[12]通過調(diào)查研究生態(tài)輸水前后臺特瑪湖植物的多樣性變化，發(fā)現(xiàn)生態(tài)輸水后該區(qū)域植被多樣性明顯增加。然而以上研究多集中探究了塔里木河下游生態(tài)環(huán)境對生態(tài)輸水的響應(yīng)，臺特瑪湖生態(tài)功能和生態(tài)定位尚未完全明確，且針對臺特瑪湖適宜湖面面積的研究較少。因此，本文以當前塔里木河下游及車爾臣河水量特征為參考，基于入湖水量提出臺特瑪湖初步適宜面積，為今后塔里木河流域綜合治理提供了科學(xué)依據(jù)及重要參考。

1 研究區(qū)概況

臺特瑪湖位于若羌縣北約50km處，地處塔里木盆地東南緣，其西側(cè)為塔克拉瑪干沙漠，東側(cè)為庫魯克沙漠且東距羅布泊干涸湖盆約175km，南臨阿爾金山，是塔里木河和車爾臣河的尾閭湖，過去曾與羅布泊相通[12]。在《新疆圖志》(1911年)中，臺特瑪湖被稱為“阿不旦海子”或“黑風海子”。從歷史上看，臺特瑪湖的主要水源來自塔里木河，車爾臣河、瓦石峽河、若羌河以及米蘭河等阿爾金山諸河水量也匯入其中，湖泊范圍最大時臺特瑪湖可循塔里木河古道東入羅布泊[13]。研究區(qū)屬干旱大陸性氣候，年均降水量25mm，年極端最大降水量118mm；年均蒸發(fā)量2920mm，最大蒸發(fā)量3368mm。區(qū)域自然植被主要以紅柳、蘆葦為主，其他植被有胡楊、梭梭和駱駝刺(見圖1)。

圖1 臺特瑪湖地區(qū)示意圖

2 基本數(shù)據(jù)與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

本研究利用ENVI軟件對研究區(qū)Landsat/TM數(shù)據(jù)以4、3、2三波段假彩色合成，這樣植被表現(xiàn)為紅色，積雪為白色，水體為藍色或黑色，沙漠為淺棕黃色，鹽堿地則呈現(xiàn)由清白到青灰色調(diào)。

2.2 河損的計算

基于水量平衡原理，河段耗水應(yīng)是上斷面來水與下斷面徑流的差值，即

W耗=W上-W下

(1)

式中W耗——河段耗水量,億m3；

W上——上斷面來水量,億m3；

W下——下斷面年徑流量,億m3。

根據(jù)塔里木河干流水量消耗特點，河段耗水主要包括國民經(jīng)濟引水、生態(tài)引水及河道自然耗散，因此有以下水量平衡公式：

W耗=W經(jīng)濟+W生態(tài)+W河損

(2)

式中W耗——河段耗水量,億m3；

W經(jīng)濟——國民經(jīng)濟引水量,億m3；

W生態(tài)——生態(tài)供水量,億m3，包括農(nóng)業(yè)引水的生態(tài)分洪和生態(tài)閘純生態(tài)引水量；

W河損——徑流在河道運移過程中水量的自然損耗,億m3，主要包括蒸發(fā)、滲漏和漫溢。

3 結(jié)果與分析

3.1 下泄水量與湖面面積關(guān)系

塔里木河干流大西海子下泄水量是臺特瑪湖主要的水量補給來源，為明確臺特瑪湖適宜面積，應(yīng)首先對大西海子水庫下泄水量與湖面面積的關(guān)系進行分析。2000年之前塔里木河下游斷流，無水注入臺特瑪湖，自2000年開始，隨著流域綜合治理的實施，大西海子水庫開始向下游進行生態(tài)輸水。水量監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2000—2016年間,大西海子下泄水量為58.47億m3，平均每年下泄3.44億m3，入湖水量共3.4億m3(見圖2)。其中，2000—2006年間，大西海子水庫共下泄22.81億m3，年均下泄3.26億m3，但入庫水量僅為0.56億m3，臺特瑪湖平均湖面面積為51.14km2，且湖面面積總體呈現(xiàn)增加趨勢；2007—2009年間干流來水總體偏枯，大西海子水庫下泄水量僅0.24億m3，臺特瑪湖湖面面積呈減少趨勢，2009年臺特瑪湖接近干涸；2010年以后，塔里木河干流來水總體偏豐，大西海子下泄水量達到35.41億m3，年均下泄5.06億m3，入庫水量達到2.84億m3，湖面面積平均為235.7km2(不包含2012年)。為明確大西海子水庫下泄水量、入湖水量與臺特瑪湖湖面面積的關(guān)系，利用2000—2016年相關(guān)數(shù)據(jù)，分別擬合三者關(guān)系(見圖3和表1)。根據(jù)圖3和表1，大西海子下泄水量與入湖水量、大西海子下泄水量與湖面面積、入湖水量與湖面面積均呈現(xiàn)出顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系，其中入湖水量與湖面面積擬合關(guān)系最好(R2=0.8166)。

圖2 2000—2016年大西海子下泄、入臺特瑪湖水量及湖面面積(含車爾臣河下游湖區(qū))變化

表1 大西海子下泄水量、入湖水量及湖面面積(含車爾臣河下游湖區(qū))擬合方程

3.2 車爾臣河入湖水量計算

根據(jù)《且末縣車爾臣河“一河一策”實施方案》，車爾臣河25%、50%和75%來水頻率下的徑流量分別為6.228億m3、5.061億m3、4.221億m3。2015年巴州政府下發(fā)的《關(guān)于印發(fā)自治州實施最嚴格水資源管理制度“三條紅線”控制指標的通知》(巴政發(fā)〔2015〕172號)中明確且末縣車爾臣河流域2020年(近期規(guī)劃年)用水總量指標為30366萬m3。按照用水總量指標，在滿足且末縣國民經(jīng)濟用水后，車爾臣河25%、50%及75%來水頻率下分別結(jié)余31944萬m3、20244萬m3及11844萬m3。車爾臣河流域僅且末水文站有徑流監(jiān)測數(shù)據(jù)，缺失歷史入臺特馬湖的水量以及入臺特馬湖河段的河道形態(tài)、土壤、地下水等資料，因此，在計算河道水量耗散時以塔里木河下游生態(tài)輸水水量耗散資料為依據(jù)。根據(jù)“塔里木河干流(含臺特瑪湖)生態(tài)基流及最低生態(tài)水位”的研究結(jié)果，塔里木河下游生態(tài)輸水水量耗散比例約為93%，由此計算出在25%、50%、75%的來水頻率下河損水量分別約為29708萬m3、18827萬m3、11015萬m3，而分別約有2236萬m3、1417萬m3、829萬m3水量可進入臺特馬湖。

3.3 臺特瑪湖湖區(qū)適宜湖面面積

臺特瑪湖湖區(qū)(包括車爾臣河下游湖區(qū)和臺特瑪湖)適宜湖面面積的計算應(yīng)以大西海子下泄水量及車爾臣河多年平均來水情況為參考，同時考慮維持臺特瑪湖湖區(qū)適宜湖面面積的可操作性，因此本文根據(jù)大西海子下泄水量及車爾臣河平枯年份的下泄水量探究了臺特瑪湖的適宜湖面面積。對于塔里木河下游，以大西海子3.5億m3下泄水量為基準；對于車爾臣河主要考慮50%及75%來水頻率下的入湖水量。參考大西海子下泄水量與入湖水量的擬合關(guān)系及歷年塔里木河下游生態(tài)輸水情況，大西海子3.5億m3下泄水量條件下，入湖水量約為2530萬m3。根據(jù)前文計算結(jié)果，在50%及75%來水頻率下，車爾臣河分別有1417萬m3、829萬m3水量可進入臺特瑪湖。因此在大西海子下泄3.5億m3與車爾臣河50%、75%來水頻率下，總?cè)牒糠謩e約為4000萬m3和3500萬m3。參考塔里木河下游歷年生態(tài)輸水與湖面面積情況及入湖水量與湖面面積擬合公式，計算出湖面面積在168～193km2。但是，臺特瑪湖湖面年內(nèi)變異較大。2018年3—12月，湖面水面面積呈現(xiàn)從增大到減小再到增大的趨勢(見圖4)。水面總面積從2018年4月的612km2減小為9月的103km2，隨后增加到12月的570km2。在2018年，大西海子下泄水量7.05億m3，但在8月和9月仍低于計算的168～193km2的平均適宜湖面。因此，在臺特瑪湖，維持月均湖面面積在168～193km2即可?；谝陨戏治?，推薦臺特瑪湖湖區(qū)的適宜湖面面積為170～200km2。

圖4 2018年3—12月臺特瑪湖湖面面積變化曲線

此外，在臺特瑪湖湖區(qū)(不含車爾臣河尾閭湖泊)，維持月均湖面面積在168～193km2。根據(jù)2018年8月12日的影像分析，臺特瑪湖湖區(qū)湖面面積166.2km2，其中，臺特瑪湖湖面81.6km2，車爾臣河尾閭湖面84.6km2。據(jù)此，在大西海子下泄3.5億m3水量下，對于168km2的臺特瑪湖湖區(qū)湖面，可推算對應(yīng)的臺特瑪湖平均湖面面積為83km2。

4 討 論

由于臺特瑪湖生態(tài)功能和生態(tài)定位尚未完全明確，因此在初步核算臺特瑪湖適宜面積時，以當前塔里木河下游及車爾臣河水量特征為參考，基于入湖水量提出臺特瑪湖初步適宜面積。隨著塔里木河流域管理水平的提升，塔里木河下游生態(tài)輸水逐漸呈常態(tài)化，且車爾臣河也對臺特瑪湖有水量補給，因此在計算臺特瑪湖適宜湖面面積時，需同時考慮塔里木河干流下游及車爾臣河對臺特瑪湖的水量補給情況。

本文的研究結(jié)果表明：?塔里木河干流大西海子下泄水量是臺特瑪湖主要的水量補給來源，根據(jù)大西海子下泄水量及車爾臣河平枯年份的下泄水量對臺特瑪湖湖面的影響，維持月均湖面面積在168～193km2即可，推薦臺特瑪湖湖區(qū)(包括車爾臣河下游湖區(qū)和臺特瑪湖)的適宜湖面面積為170～200km2；?當臺特瑪湖湖區(qū)不含車爾臣河尾閭湖泊時，臺特瑪湖湖區(qū)應(yīng)維持月均湖面面積在168～193km2，平均湖面面積為83km2。

塔里木河流域生態(tài)輸水工程對下游生態(tài)修復(fù)和尾閭湖干旱區(qū)生態(tài)脆弱性的改善起到了積極作用并具有深遠影響。自塔里木河下游生態(tài)輸水以來，干涸近30年之久的臺特瑪湖重新恢復(fù)了湖面，塔克拉瑪干沙漠和庫魯克沙漠合攏得到有效阻止，塔里木河下游天然綠色走廊得到保護，這些都具有現(xiàn)實意義[13]。同時，由于綜合治理的效果，塔里木河下游地區(qū)地下水位抬升明顯，植被覆蓋度逐年增加，高效的生態(tài)輸水必將是塔里木河下游生態(tài)恢復(fù)的保障，也是維持臺特瑪湖生境質(zhì)量的重要前提[7-9]。因此建議，有必要探明臺特瑪湖適宜湖面，為合理控制塔里木河輸水提供依據(jù)，這樣既能最大限度地滿足生態(tài)恢復(fù)需求，又不至于浪費水資源，甚至造成經(jīng)濟損失。具體措施為：以臺特瑪湖適宜湖面為目標，在塔里木河下游通過控制生態(tài)閘，在每年的7—9月漫溢2～3次，歷時15～20天，最大漫溢時間間隔為3～5年，這樣不僅有效地保證了種子發(fā)芽和植物群落的形成，維持并提升了植物群落的生物多樣性，又能為臺特瑪湖地區(qū)生態(tài)環(huán)境持續(xù)恢復(fù)提供重要的理論依據(jù)。