塔里木河下游生态保护目标和措施

针对2000-2009年塔里木河下游10次生态输水后生态环境的变化情况,提出新的生态保护目标：在距河500 m以内以胡杨(Populus euphratica)为主的重点保护带,地下水埋深保持在≤4 m,植被总盖度达到0.4~0.5;500~1 000 m为基本保护带,以柽柳(Tamarix spp.)为主,地下水埋深为4~6 m,植被总覆盖度达到0.3以上;＞1 000 m为一般保护带,随着输水累积量增加,地下水埋深达到6~8 m,使现有植被不再退化;沿河两岸1 000 m的植被保护恢复总面积应达到1 028 km2;用水均衡法和潜水蒸散法重新估算的大西海子的下泄水量为2.3×108 m3 ,比原规划减少了1.2×108 m3 ,其中2.0×108 m3为维护生态所用,另外还有0.15×108~0.3×108 m3为向台特玛湖输水的水量;应保持输水连续性,大西海子以下年泄水量不小于0.36×108 m3;为了保证向下游输水,必须加强水资源调控,通过整治源流,使到达干流的水量为44.2×108 m3 ,干流严禁开荒,加强对防护堤修建后生态环境变化的监测,下游采用漫溢漂种增加植被面积。     

基于生态恢复的塔里木河干流生态需水量预测

以2005年为现状年,用定额法、潜水蒸发法和地下水储量变化法估算出塔里木河干流的生态需水量,其结果分别为33.89×108 m3、23.97×108 m3和33.07×108 m3,通过分析得到现状年合理的生态需水量为30.31×108 m3.并根据阿克苏、沙雅、库车、轮台、库尔勒、尉犁和铁干里克7个气象站1995-2004年的月平均蒸发量,采用阿维里扬诺夫公式和群克水均衡场公式对塔里木河干流天然植被的月潜水蒸发量进行计算,在此基础上计算月生态需水量.通过分析发现,植被生长期(4-10月)的生态需水量占全年生态需水量的86%,尤其是植被生长旺盛时期的5-8月的生态需水量占全年的59%.根据制定的生态恢复方案,用定额法和潜水蒸发法预测3个目标年的生态需水量,将两者计算结果加以算术平均,得到2010、2015及2020年合理的生态需水量分别为31.88×108 m3、34.08×108 m3及36.84×108 m3,为塔里木河流域的水资源优化配置提供科学依据.     

基于生态水文过程的塔里木河下游 植被生态需水量研究

根据2005年塔里木河下游8个断面25眼地下水位观测井和25个植物样地野外采集的数据,运用DPS统计软件计算植被物种多样性指数,进而对地下水、土壤水与植被的关系进行了分析,结果表明地下水位、土壤含水量与植被多样性之间都有极强的相关性,在此基础上确定出塔里木河下游潜水蒸发的极限埋深是5 m。并采用阿维里扬诺夫公式和群克水均衡场公式对塔里木河下游天然植被的月潜水蒸发量进行计算,将两者计算结果加以算术平均得到塔里木河下游不同埋深对应的潜水蒸发量;采用两种方法对植被面积进行分类,在此分类基础上计算生态需水量,将两个结果再次平均,得到天然植被全年最低需水量约为3.2×10⁸ m³。通过对月生态需水量的分析发现4月到9月的生态需水量占全年的81%,尤其是5、6、7三个月占全年总需水量的47%,是生态需水的主要时期。     

塔里木河下游生态输水对地下水埋深变化的影响

地下水是维系荒漠河岸植被生存、生长的关键因子,对于退化植被的恢复具有重要的意义。结合塔里木河下游生态输水过程中地下水埋深的实测数据,详尽分析了2000—2020年地下水埋深的时空变化及对生态输水的响应。监测结果显示:在生态输水条件下,塔里木河下游河道两侧地下水埋深大幅抬升。(1)在纵向上,自上游段的英苏、中游段的喀尔达依,至下游段的依干不及麻,在距河道100 m处,地下水埋深分别由输水前的7.76 m、9.31 m、7.82 m抬升至3.70 m、4.48 m和2.69 m;在距河道300 m处,地下水埋深分别由输水前的8.09 m、9.15 m、8.25 m抬升至4.53 m、5.00 m和3.29 m;在距河道500 m处,地下水埋深分别由输水前的8.21 m、9.45 m、9.08 m抬升至6.61 m、5.46 m和3.82 m。(2)在垂直于河道方向上,根据地下水井监测数据,生态输水对塔里木河下游的上、中、下3个区段地下水位的影响范围均达到了1050 m,分别抬升了2.69 m、1.38 m、1.59 m。(3)生态输水前期(2000—2009年),上、中段地下水位抬升迅速,2009年以后,下游段依干不及麻地下水位抬升幅度明显高于英苏(0.88～4.65 m)和喀尔达依(0.53～4.07 m)。并且,70.5%监测井地下水位波动趋于稳定,说明间歇性的生态输水有助于抬高地下水埋深,是地下水补给的主要来源,对于维持地下水较高水位的动态平衡具有一定的促进作用。     

塔里木河下游生态输水效应北大核心CSCD

分析塔里木河下游生态输水效应可为优化生态输水调配策略提供科学指导。基于Landsat系列影像、气象数据和现场钻探数据,解译土地利用类型及植被覆盖度,确定植被耗水量及地下水埋深演变趋势,以探讨生态输水的多重效应。结果显示:(1)2000—2020年,塔里木河下游林草地面积、覆盖度增长显著,1亿m^(3)生态水分别对应5.40 km^(2)天然植被面积及0.14%植被覆盖度增长。(2)2000—2015年植被耗水量重心沿塔里木河干流方向迁移,2015—2020年向自然漫溢区迁移,共向东南迁移4 359 m。(3)自然漫溢区内地下水埋深增幅高达5 m,主河道沿线2 km范围增加1~3 m,河道以外2~5 km区域地下水埋深增加0~1 m。(4)天然植被适宜耗水量约为200 mm·a^(-1),生态输水前期仅在主河道沿线局部区域存在低效耗散,后期大量集中于自然漫溢区。21年生态输水实践表明,天然植被明显改善,地下水位明显回升,生态输水效应显著;但受既有输水方式固化的制约,生态水量空间分布不均衡和低效耗散增大,生态输水方式仍存在优化的必要性。     

塔里木河干流输水运行对河流生态功效的分析

塔里木河干流在2005年阿拉尔站的年径流量为57.18×108 m3,属丰水年,上、中、下游耗水量分别为31.63×108m3、18.93×108 m3、7.206×108 m3.1960-2004年新渠满站水文断面河床总淤积厚度达120 cm,由于河床淤积,洪水漫溢不断增大,导致上游段耗水量呈不断增加趋势.2005年实施了第七次生态输水,向下游"绿色走廊"输水2.80×108m3.从2000-2005年向塔里木河下游绿色走廊应急输水,共七次累计输水时间900天,前期主要利用开都-孔雀河处在丰水期的有利时机,后期靠塔里木河流域综合治理成果和上游三源流的水量增加.总计从博斯腾湖和干流调水25.06×108m3,自大西海子水库泄洪闸向塔里木河最下游河道输水量达20.40×108m3.2005年水头连续五次到达台特玛湖,不仅使塔里木河下游绿色走廊生态条件得到了改善,而且也使干流两侧胡杨林生态林草得到较快的恢复,并使塔里木河干流全程流水的受损河流生态系统得到了修复.塔里木河干流区域林草面积142.1×104hm2,其中上游段46.8×104hm2,约占干流林草总面积的33.0%,位居第二,中游段81.1×104hm2,占总面积的57.1%,位居第一,而下游段14.1×104hm2,占总面积的9.9%,位居第三.结果显示,塔里木河干流上游、中游的植被面积与水量消耗极不协调.2001-2005年上游消耗水量均超过了塔里木河干流初始水权比例下的分配额度.为了保障塔里木河干流实现永久输水和维护其区域生态功能,建议急需对上游河段采取河道整治和疏浚等工程措施,进一步调整干流上、中、下游区水量泄放比例,才能使得塔里木河的综合治理实现生态河流目标.     

塔里木河下游断流河道输水后潜水埋深变化规律研究

通过对塔里木河下游断流河道2000-2006年8次生态输水期间9个地下水监测断面40口监测井潜水埋深变化监测数据的分析,探讨了生态输水以来潜水埋深变化的规律.结果表明:在8次输水的影响下,潜水埋深总体有显著抬升.运用SPSS统计软件对监测数据进行的回归分析表明,近年来塔里木河下游地区潜水埋深抬升是生态输水作用的直接结果,且抬升幅度与输水持续时间和输水量大小成显著正相关关系,横向和纵向上还表现出潜水埋深抬升幅度随距输水源距离改变而变化的正相关关系.塔里木河下游地区地表水是地下水的主要补给来源,且地表水补给地下水主要是以线型渗漏补给,这是输水以来潜水埋深变化呈现上述规律性的主要原因.输水对潜水埋深的影响具有累积性和滞后性,随着输水的继续进行,潜水埋深变化的规律性会越来越明显.     

辽河流域生态需水估算

从辽河流域存在的环境问题出发,在确定主要生态需水类型的基础上,基于水资源分区,分别估算各水资源分区的不同类型的生态需水,包括枯季河道生态需水、汛期输沙需水、入海需水、地下水恢复需补充的水量、河口湿地生态需水等。针对辽河流域季节性河流的特点,提出了枯水季节最小流量法的枯季河道生态需水计算方法。计算结果表明,辽河流域生态需水总量为130.44×10⁸m³,占地表径流的48.3%,其中浑太河、东辽河2个水资源分区的生态需水量占地表径流的比例在60%以上,辽河干流生态需水量占地表径流的53.5%,其余水资源分区生态需水量占地表径流的比例均在50%以下。研究结果为流域水资源配置及水环境保护与恢复提供科学依据。     

塔里木河下游近20 a输水的生态效益监测分析

自2000年实施以抬升地下水位、拯救塔里木河下游"绿色走廊"、遏制生态持续恶化为目的的生态输水工程以来,截至2020年,已向塔里木河下游实施生态输水21次,累计输水量达84.45×10~8m~3。近20 a的监测结果分析显示:(1)在距河道100 m处,塔里木河下游的上段、中段、下段的地下水位埋深由输水前期2000年的7.76 m、9.31 m、7.82 m抬升至2020年的3.70 m、4.48 m、2.69 m,平均抬升幅度为4.06 m、4.83 m、5.13 m;在500 m处,地下水位埋深分别由输水前的8.21 m、9.45 m、9.08 m抬升至6.61 m、5.46 m、3.82 m。生态输水对塔里木河下游的上、中、下3个区段地下水位的影响范围均达到了1050 m,分别抬升了2.69 m、1.38 m、1.59 m。(2)地表水体面积由输水前的49.00 km~2扩大到2019年的498.54 km~2,尾闾湖泊—台特玛湖"死而复活",地表水体面积达到455.27 km~2。(3)输水后,地表生态响应敏感,在距河道2000 m范围内,塔里木河下游高植被覆盖度、归一化植被指数(ND-VI)、植被净初级生产力(NPP)、植被总初级生产力(GPP)分别增加了132 km~2、0.07、7.6 g C·m~(-2)和1221 g C·m~(-2)·季~(-1)。(4)输水对塔里木河下游地表植被的影响和改善面积达到1423 km~2,生态系统服务价值和功能大幅增加,碳汇区域由2001年占研究区的1.54%增长至2020年的7.80%,生态系统健康程度和生态恢复力大幅提升,土壤碳汇能力增加。近20 a的生态输水大幅抬升了塔里木河下游地下水位,沿河两岸以胡杨为主体的荒漠河岸林植被得到拯救和复壮,地表植被覆盖度增加,塔里木河下游生态退化趋势基本得到遏制。     

塔里木河下游生态输水对地下水补给量研究

地下水对干旱区荒漠生态系统的维持至关重要,生态输水对地下水的补给量及影响范围是评估输水成效的要素之一,对于准确理解地下水循环特征至关重要。基于2000—2020年塔里木河下游生态输水过程中的地下水监测数据,拟合输水前后地下水水面线方程,结合水均衡原理,对塔里木河下游近20 a生态输水过程中的地下水埋深时空变化、地下水补给量以及输水期地下水最大影响范围进行了估算与分析。结果表明:(1)塔里木河下游实施生态输水后,地下水位呈明显抬升趋势,抬升幅度具时空差异性,在英苏、喀尔达依和阿拉干断面分别抬升了3.01 m、2.87 m、5.75 m;前10 a输水对地下水位抬升作用明显小于后10 a;(2)塔里木河下游近20 a的输水对地下水的总补给量为30.6×10~8m~3(占输水总量的36.2%),包气带补给40.1×10~8m~3(47.5%),入台特玛湖水量为11.7×10~8m~3(13.8%);(3)塔里木河下游前10 a的输水对地下水补给量(61.6%)大于后10 a(25.2%),主要归因于输水量增大,地下水埋深减小引起土壤含水量饱和差减小;(4)塔里木河下游输水期地下水的最大影响范围具有较大的波动,与输水前地下水埋深和输水量正相关;近10 a,英苏、喀尔达依、阿拉干、依干不及麻断面,输水期地下水单侧影响范围高达1075 m、2326 m、1623 m、856 m。     

塔里木河下游绿色走廊生态输水对沙漠化逆转的影响

自2000年起实施向塔里木河下游应急生态输水以来,通过修建从博斯腾湖引水的第二输水系统和上、中游综合治理与灌区节水改造,5 a累计从大西海子水库输水17\^64亿m3,沿河自上至下改善生态面积达800 km2,补给地下水11亿m3,实现了下游河道季节流水和尾闾的积水,并使地下水位回升,初步恢复了塔里木河下游水流系统。这是下游绿色走廊在极端干旱荒漠生态系统中维持稳定的重要因子,为使其充分发挥生态功能,还需期待绿色走廊的生态植被复苏和扩展,为此,仍需每年继续输水,才能直接发挥防沙治沙效益。     

塔里木河近期治理评估及对编制流域综合规划建议

从2001年《塔里木河近期治理规划》经国务院批准实施以来,取得了显著成效。累计向大西海子水库以下输水43.0×10⁸ m³,平均每年下泄3.3×10⁸ m³,累计补给地下水25.0×10⁸ m³,使地下水埋深由8~12 m上升到4.0 m以内,达到适合天然植被生长的深度。乔、灌、草面积分别增长2.4倍、0.36倍和1.8倍,2006年恒定植被面积达到570 km²,2010年植被覆盖面积为1000 km²;植物种类由输水前的9科13属17种增加到输水后的15科36属46种。水域面积明显扩大,进水河道长度增加156.2 km,河水漫溢面积174.6 km²,连续干涸17 a的台特玛水域面积189.7 km(2包括康纳克湿地)。沙漠化得到逆转,由以前的年增长0.27%变为-0.30%,使塔克拉玛干沙漠和库鲁克沙漠已不可能合拢,218国道基本无沙害,畅通无阻。为了使现正在编制的流域规划能够顺利通过国家评审、立项和实施,建议规划中应强调流域生态环境脆弱和社会经济发展滞后,干旱、风沙、盐碱危害严重,是国家级连片扶贫区,这些问题都必须通过合理规划水资源利用、提高用水效益,强化管理和调控来解决。     

塔里木河流域近期综合治理工程生态成效评估

基于源流下泄水量及生态输水变化、台特玛湖面积变化、土地覆被状况指数、植被净初级生产力等评价指标,对塔里木河流域近期综合治理规划工程生态成效及成因进行了评估。结果显示：塔里木河阿拉尔水文站年均径流量达45.76×10⁸ m³,台特玛湖水域面积2014年增加至415.67 km²,源流输水量及水流基本到达台特玛湖基本达到综合治理规划要求;整个流域耕地的增加对自然植被的影响较大,毁林开荒现象需要关注;源流区阿克苏河流域和叶尔羌河流域生态系统状况稳定性较好,和田河流域次之,开-孔河流域稳定性较差,开-孔河山区急需拟定应对生态状况变差的措施;塔里木河干流耕地增加较快,上游和中游生态系统结构在维持民生发展的前提下急需调整,下游生态系统结构好转。     

新疆孔雀河流域生态基流与天然植被需水量研究

研究和确定流域生态基流及天然植被需水量是为了遏制因河道断流或流量减少而造成的生态环境退化,以确保流域生态系统健康发展。根据孔雀河流域植被类型分布及多年径流状况,将河道分为A、B两部分,A段为孔雀河上游塔什店至第三分水枢纽常年未断流河道;B段为第三分水枢纽以下天然植被主要分布区。基于塔什店水文站近50 a水文数据,结合Tennant法等4种方法对A段河道生态基流进行估算;选择潜水蒸发法、定额法对B段距河道1 km辐射范围内的天然植被需水量进行计算。结果表明:Tennant法估算的年均生态基流为9.13 m³·s^-1,对应基本生态水量为2.88×10⁸ m³·a^-1,满足A段河道2000—2018年多年平均河损,且近10 a(2009—2018年)塔什店实测年均流量均可满足此生态基流标准;B段河道辐射范围内天然植被总面积为4.66×10⁴ hm²,生态需水量为0.95×10⁸ m³·a^-1,以孔雀河生态输水工程为例科学调控水资源,在满足A段基本生态基流的同时兼顾B段天然植被需水量。研究结果对实现孔雀河河道修复和不同水平年下生态供水具有一定的意义。     

Ecological water demand of natural vegetation in the lower Tarim River

We have appraised the relationships between soil moisture, groundwater depth, and plant species diversity in the lower reaches of the Tarim River in western China, by analyzing field data from 25 monitoring wells across eight study sites and 25 permanent vegetation survey plots. It is noted that groundwater depth, soil moisture and plant species diversity are closely related. It has been proven that the critical phreatic water depth is five meters in the lower reaches of the Tarim River. We acquired the mean phreatic evaporation of different groundwater levels every month by averaging the two results of phreatic evaporation using the Qunk and Averyanov formulas. Based on different vegetation types and acreage with different groundwater depth, the total ecological water demand (EWD) of natural vegetation in 2005 was 2.4×108 m3 in the lower reaches of the Tarim River. Analyzing the monthly EWD, we found that the EWD in the growth season (from April to September) is 81% of the year’s total EWD. The EWD in May, June and July was 47% of the year’s total EWD, which indicates the best time for dispensing artificial water. This research aims at realizing the sustainable development of water resources and provides a scientific basis for water resource management and sound collocation of the Tarim River Basin.     

近50 a博斯腾湖逐年水量收支估算与水平衡分析

据博斯腾湖流域1958-2010年期间主要河流开都河、黄水沟、清水河、孔雀河的逐年流量资料,结合焉耆盆地降水、蒸发要素的同期观测资料,对大湖区的逐年水量收支进行计算,并依据水量平衡原理对博湖大湖区残差水量进行了逐年分析。结果表明：（1）1958-2010年期间年均入湖水量14.34×10⁸ m³/a,其中入湖河水约占95%;年均输出水量13.96×10⁸ m³/a,其中大湖区输入孔雀河水量约占43%,湖面蒸发耗水量占57%;湖区年均蓄水量71.57±3.92×10⁸ m³10⁸ m³/a,湖水年均水位为1 047.01±0.94 m;（2）极端水文年度水量平衡分析指出：1986年为最枯年份,入湖河水是多年平均值的62%,而出湖河水量是多年平均值的153%,导致年内湖区水位下降0.94 m;2002年最丰年份入湖河水是多年平均值的2.6倍,致使年内水位上升0.80 m;（3）残差水量逐年“正负”变化指出,湖水与地下水之间存在互补关系,过去53 a间湖水补给地下水的年均水量为0.87×10⁸ m³/a。     

塔里木河下游河岸带地下水埋深对生态输水的响应过程

为了解塔里木河下游生态输水量与地下水埋深多年响应变化过程,得出地下水埋深对生态输水的响应变化规律,以塔里木河下游英苏断面为研究区,运用定性与定量分析方法,综合考虑不同输水差异（包括零输水年即2008年、输水极少年即2009年、输水较多年2011年等）,对2000-2015年英苏断面1 050 m范围内地下水埋深数据进行了分析。结果表明：研究断面内地下水埋深在各年份总体呈现比较平稳的递减趋势,年内个别月具有较大的增幅,另外由于冻土消融等因素影响,地下水埋深在2~3月有一定的增幅;离河较近区域的地下水埋深变化对生态输水的响应具有时间同步性,而离河道较远地区的地下水埋深在响应时间上存在滞后性,本研究断面1 050 m范围内地下水埋深响应时间维持在1 a内;经过多年生态输水过程,英苏监测断面距离河道约750 m范围内地下水平均埋深维持在2~6 m范围内,基本达到植物生长所需地下水埋深水平;另外,综合分析研究断面多年输水引起的地下水位响应过程,为获得生态输水过程所带来的最大生态效益,生态输水不仅要保持一定的输水量,还要保持输水年周期的连续性。     

武威绿洲城镇化的生态效应情景分析

绿洲是人地关系地域系统研究的典型地区,城镇化是影响绿洲生态系统稳定性的重要人类活动之一,选择合理的城镇化模式对绿洲地区可持续发展至关重要。本文以石羊河流域武威绿洲为研究区,采用情景分析方法,对该地区常规城镇化和快速集约型城镇化两种情景的生态效应展开系统动力学模拟。结果表明：在快速集约型城镇化情景下,到2025年,武威绿洲年农业用水将控制在6×108 m3以内,相比目前水平可节约3×108～4×108 m3,生产和生活对生态用水的占用也将相应减少,年总用水量将控制在8×108 m3以内,水资源供需矛盾可得到缓解,下游民勤绿洲生态退化可得到有效控制;而在常规城镇化情景下,水供需矛盾将继续恶化,无法遏制石羊河下游生态退化趋势。因此,快速集约型城镇化模式是维持武威绿洲及石羊河流域生态系统稳定性的可取城镇化模式之一。