艾丁湖生態(tài)水位監(jiān)測及濕地水域變化分析

崔師勝 周和平

(1.新疆白楊河流域管理局水利管理中心,新疆 烏魯木齊 830039;2.新疆維吾爾自治區(qū)水利廳水利管理總站,新疆 烏魯木齊 830000)

艾丁湖為我國內(nèi)陸干旱地區(qū)海拔最低的濕地湖泊、世界第三低地及以荒漠駱駝刺為主要植被的濕地[1],艾丁湖天然綠洲濕地生態(tài)環(huán)境與地下水埋深變化具有密切關(guān)聯(lián)。周蕾[2]分析了艾丁湖生態(tài)基流和最低生態(tài)水位,認為由于艾丁湖流域上游河道徑流補給水量減少,艾丁湖萎縮比較嚴(yán)重,已成為季節(jié)性濕地湖泊。方靜等[3]分析了艾丁湖流域徑流量、用水總量、耗水總量、湖泊面積、水資源利用量、地下水開采量與綠洲面積等,認為艾丁湖綠洲濕地湖泊退變源于流域水資源開發(fā)利用量超載,變化趨勢為:1976—2011年天然綠洲面積隨地下水開采量增大而呈減小趨勢,2012—2018年天然綠洲面積隨地下水開采量下降開始回升。本文基于地下水埋深監(jiān)測井?dāng)?shù)據(jù)分析艾丁湖濕地生態(tài)水位動態(tài),為認識艾丁湖流域水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及發(fā)展變化提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

艾丁湖位于新疆吐魯番市南部及托克遜縣以東,系艾丁湖流域河流出山口以后進入荒漠平原低洼尾閭的濕地湖泊,湖泊呈狹長紡錘形,湖面低于海平面154.31m,湖底的最低處于海平面以下161m,為我國海拔最低的內(nèi)陸濕地湖泊[4-5]。艾丁湖流域上游河流較多,如白楊河、阿拉溝、柯爾堿溝、大河沿子、塔爾郎、煤窯溝、黑溝、恰勒坎河、二塘溝、柯柯亞河、坎爾其溝等[6],其中僅有白楊河、二塘溝尾水可進入艾丁湖,其他河流出山口以下地表徑流多消失于戈壁,形成地下水及泉水溢出帶。根據(jù)吐魯番1952—1999年氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計[7],艾丁湖區(qū)域年均氣溫14.8℃,日照時數(shù)8.0h,相對濕度39.2%,多年平均年降水量15.4mm,多年平均年蒸發(fā)量2471.5mm,年蒸發(fā)量為年降水量的160多倍,是我國降水稀少、蒸發(fā)強烈、氣候酷熱干燥的暖溫帶大陸性極端干旱氣候區(qū),突顯生態(tài)環(huán)境與河流補給休戚與共、水生態(tài)環(huán)境十分脆弱的特征。

1.2 監(jiān)測方法

基于反映地下水位、生態(tài)植被生長環(huán)境與濕地湖泊范圍合適尺度關(guān)系考慮,選擇白楊河末端艾丁湖入口及景區(qū)濕地外圍區(qū)域,布設(shè)二眼地下潛水埋深動態(tài)變化監(jiān)測井,見表1。

表1 艾丁湖地下水位監(jiān)測井區(qū)位分布

2 結(jié)果與分析

2.1 地下水埋深變化狀態(tài)

2021—2022年艾丁湖區(qū)地下水埋深監(jiān)測見圖1。2021年1—12月監(jiān)測結(jié)果表明,7號監(jiān)測井地下水埋深幅度為3.57～5.37m,8號井地下水埋深幅度為4.71～5.87m。由地下水埋深走勢可以看出,1—5月隨著月份增加和氣溫逐漸回升,地下水埋深呈逐漸變小趨勢,6月開始地下水埋深呈逐漸增大趨勢,反映出地下水埋深與降水、蒸發(fā)及植被生長耗水的變化關(guān)系。2022年1—12月監(jiān)測結(jié)果表明,7號監(jiān)測井地下水埋深幅度為3.98～6.50m,8號井地下水埋深幅度為4.48～6.36m,地下水埋深變化趨勢與2021年一致。2022年新疆遭遇罕見長時高溫少雨氣候,上游河道源流來水量減少,地表徑流補給湖區(qū)明顯弱化,監(jiān)測區(qū)域地下水埋深下降明顯,突破了6.00m。

圖1 2021—2022年艾丁湖區(qū)地下水埋深監(jiān)測

2.2 地下水埋深年際變化

2021—2022年艾丁湖區(qū)地下水埋深年際變化見圖2。由圖2可知,白楊河末端尾閭艾丁湖區(qū),2021年1—12月地下水埋深變幅為4.14～5.55m;2022年1—12月地下水埋深變幅為4.23～6.22m。與2021年比較,2022年除了2月、6月、7月地下水埋深同比略減1.1%～3.7%外,其他月份地下水埋深同比增幅為1.3%～24.2%,尤其是8—11月,地下水埋深增幅為9.0%～24.2%,表明2022年下半年艾丁湖區(qū)生境地下水位下降明顯。

圖2 艾丁湖區(qū)地下水埋深年際變化

2.3 地下水埋深和生態(tài)植被生長及艾丁湖濕地水域趨勢

艾丁湖流域荒漠及湖畔區(qū)有天然植物19種,其中疏葉駱駝刺分布最廣泛,蘆葦次之。艾丁湖畔區(qū)主要生長駱駝刺、蘆葦、紅柳、鹽穗木、刺山柑、白刺等荒漠濕地植被(見圖3),植被生長環(huán)境適宜地下水埋深4.50～5.89m[8],換言之,在4.50～5.89m地下水位深度內(nèi),艾丁湖區(qū)荒漠植被根系,可借助土壤毛管水吸附上升力獲取水分正常生長。艾丁湖監(jiān)測區(qū)2021全年以及2022年8月之前,地下水埋深均在適宜生態(tài)植被生長范圍,2022年8—12月地下水位下降突破了6m,不適宜植被生長。表2及圖4為基于文獻[9]并結(jié)合艾丁湖區(qū)地下水埋深監(jiān)測,分析研究取得的艾丁湖水域主要信息成果。由統(tǒng)計分析結(jié)果可以看出,湖泊濕地水域面積歷史上出現(xiàn)過三次變化,表現(xiàn)出減小—再增加—再減小走向。湖面出現(xiàn)萎縮時,其空間變化特征先從西北—東南方向,向湖心萎縮,再從西南—東北方向,向湖心偏南方向萎縮;湖面水域面積年內(nèi)變化6—7月最大、11—12月最小,這與徑流季節(jié)性補給及地下水位變化相關(guān)。1962年艾丁湖水域面積萎縮僅存0.1km2,湖泊貯水量約3000m3,濕地面積僅13.5km2。1986年和2004年水域面積干涸,處于幾乎消失狀態(tài)[10-11]。2016年以后水域面積增加,濕地生態(tài)環(huán)境趨于向好,2022年流域遭遇罕見高溫,上游降水河道徑流及地下水補給明顯減少,湖泊濕地區(qū)域地下水位下降,艾丁湖水域面積及儲存水量略有減小。

圖3 入口臺地紅柳、駱駝刺

圖4 艾丁湖水域水量濕地面積歷年變化

表2 基于文獻的艾丁湖水域主要信息統(tǒng)計

3 結(jié) 語

艾丁湖地下水埋深及濕地水域范圍,是表征艾丁湖流域人水生態(tài)環(huán)境共生的“風(fēng)向標(biāo)”,干旱內(nèi)陸區(qū)艾丁湖適宜的荒漠濕地湖泊水生態(tài)環(huán)境,有利于艾丁湖流域經(jīng)濟社會生態(tài)可持續(xù)發(fā)展,因此,本文對近年來受到關(guān)注的艾丁湖生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及變化問題,采用地下水埋深定位監(jiān)測及濕地水域變化評估方法進行分析。結(jié)果顯示,1986年和2004年艾丁湖幾乎處于干涸狀態(tài),湖泊濕地植被生長環(huán)境明顯回退;艾丁湖流域水文氣象及用水資料分析表明,該期間流域上游源流來水處于枯水及偏枯狀態(tài),流域經(jīng)濟社會用水卻處于多年用水系列高位狀態(tài),特別是流域上游用水尤其農(nóng)業(yè)用水量明顯過高,因此,自然與人為因素并存加速了艾丁湖水域緊縮狀態(tài)。2016—2021年湖泊水域及濕地生態(tài)環(huán)境趨于向好,2022年艾丁湖流域遭遇罕見高溫干旱天氣,流域上游多河道地表徑流明顯減少,尾閭地下水補給驟減,湖泊水域及濕地生境略有收縮。從艾丁湖水生態(tài)環(huán)境動態(tài)變化來看,需強化全流域水資源管理,注重水資源優(yōu)化配置,大力推進全流域灌區(qū)農(nóng)業(yè)高效節(jié)水,維護艾丁湖流域人水和諧環(huán)境。