塔里木河流域适应气候变化和人类活动的应对措施

自2001年开始实施塔里木河流域近期综合治理工程,提出了以强化流域水资源统一管理和调度为核心,以源流区节水改造和干流河道治理为重点进行综合治理,积极稳妥地进行经济结构调整,实施退耕封育保护,有效保护好现有天然林草植被.通过向塔里木河下游生态输水,干涸近30a的台特玛湖于2001年11月16日开始有水,使塔里木河下游绿色走廊得到初步复苏等,流域生态环境得到极大的恢复.然而,自2007年以来,塔里木河向下游输水已大为减少,仅能输水到中游,特别是2009年水文干旱,塔里木河干流断流达1 100km多,使下游绿色走廊再度陷入生态危机.为此,需要重新审视塔里木河流域的综合治理,从加强源流治理开始,来巩固干流治理成果.认真总结10a来治理经验与教训,针对人类活动和气候变化对源流与干流造成的影响程度,积极采取应对措施.     

塔里木河下游生态输水后地下水变化规律研究

为准确反映塔里木河下游生态输水工程后地下水的动态变化,实现为本地区开展大规模的生态恢复和重建工作提供科学依据,在塔里木河下游沿321km河道上布设了9个监测断面和39口监测井,采用电导法定期监测地下水位近3年。结果显示:输水后地下水位在河道纵向、横向上有各自的变化规律,说明生态输水的效益是逐步显现的。因此,对本地区生态输水的综合评价应该放在几年以后再开展。同时,通过对生态输水后地下水位变化的分析,提出了调整输水规模和方式的建议。     

生态输水条件下塔里木河下游断面尺度地下水流数值模拟

由于中国西北地区地表水资源有限,地下水则成为重要的备用水资源,而地表水和地下水转化过程及其耦合模拟是水资源开发利用和科学评价的基础,因此,为了准确反映塔里木河下游间歇性生态输水后地下水的动态变化,以塔里木河下游英苏断面为例,基于Boussinesq方程建立了改进的地下水动力学(GH-D2)模型,模拟了塔里木河下游绿色走廊典型断面地下水对全时段(2000-2015年)间歇性生态输水的响应过程。结果表明,尽管Boussinesq方程的GH解能较好地模拟地下水位的瞬态变化,但模拟地下水位多年变化的结果并不理想,而改进的GH-D2模型考虑了间歇性生态输水对地下水位变化的滞后效应,对长时间尺度地下水位变化的模拟具有较好的效果。与GH和GH-D1模型相比,GH-D2模型模拟的地下水位值更接近于观测值,这将对塔里木河下游实施科学合理的生态输水计划以及生态恢复和重建策略提供关键的技术支撑。     

塔里木河下游应急输水的水生态环境响应

塔里木河下游357km河道断流近30年,向塔里木河下游实施应急输水抢救生态环境,是世界范围内流域退化生态系统恢复与重建的稀有案例。以此为背景,在生态环境本底状况调查的基础上,通过大量的监测资料,应用河道水力学、地下水动力学以及植被生态学,以河道水量沿程消耗-地下水位动态变化-植物恢复为主线,摸清了水流在河道纵向、河道横向两侧和垂向剖面中的运移、转化和消耗规律,研究分析了应急输水的水生态环境三维响应特征和植被恢复效应。为创建和完善干旱区受损生态系统输水、修复与重建的评价体系打下基础,也为塔里木河流域综合治理提供技术支撑。     

塔里木河流域2003年"四源一干"河川径流及输水运行分析

2003年塔里木河四条源流出山口天然径流量258.21×108 m3,偏多12.8%,属偏丰水年.阿拉尔站以上的三条源流(阿克苏河、叶尔羌河、和田河)出山口天然径流量为221.19×108 m3,偏多14.0%,属偏丰水年;开都河孔雀河为37.02×108 m3,偏多6.0%,属平略偏丰水年.四条源流入塔里木河总水量为47.66×108 m3,占出山口天然径流总量的18.5%.阿拉尔站以上三条源流入塔里木河水量为44.08×108 m3,占三条源流出山口天然径流总量的19.9%,叶尔羌河是惟一无水输入塔里木河的源流.2003年塔里木河干流上游段耗水量20.51×108 m3,是干流最大的耗水区段,中游段耗水量16.89×108 m3,下游段耗水量11.16×108 m3.上、中游耗水量在减少,下游耗水量在增加.从2003年3月3日至7月11日第5次应急输水历时132 d,从博斯腾湖调水入塔河干流水量3.58×108 m3,而塔河干流到达恰拉水量7.58×108 m3,干流来水量继2002年后再次超过了博斯腾湖调水量.可以确定,2002年塔里木河向下游输水属于由博斯腾湖调水为主转为干流为主的转折年份,但是2003年干流向下游输水的比例更高.2003年大西海子水库向最下游下泄水量为3.455×108 m3,首次打通了145 km的老塔里木河,采取其文阔尔河和老塔里木河双河道输水,水再次流到塔里木河尾闾--台特玛湖,加上车尔臣河水的汇入,年内在台特玛湖区最大形成了约200 km2的水面.长期确保向塔河下游输水以干流来水为主,加大对塔河的综合治理,特别要加大对干流上游段和主要源流区的综合治理.     

塔里木河流域2006年“四源一干”河川径流及输水运行分析

2006年塔里木河四条源流出山口天然径流量268.9×108m3, 比正常年份偏多17.4%, 属偏丰水年. 其中, 阿拉尔站以上的三条源流(阿克苏河、叶尔羌河、和田河)出山口天然径流量为228.6×108m3, 比正常年份偏多18.0%;开都河-孔雀河为40.33×108m3, 比正常年份偏多20.4%, 属偏丰水年. 四条源流入塔里木河总水量为50.26×108m3, 占出山口天然径流总量的18.7%. 其中: 阿拉尔站以上三条源流入塔里木河水量为47.58×108m3, 占三条源流出山口天然径流总量的20.8%. 2006年塔里木河干流上游段耗水量33.55×108m3, 占阿拉尔站年径流量的58.8%, 是塔里木河干流最大的耗水区段;中游段耗水量16.56×108m3, 占阿拉尔站年径流量的29.0%, 比多年平均耗水量22.51×108m3减少5.95×108m3;下游段耗水量6.97.16×108m3. 上游耗水量在增加, 中游耗水量在减少, 下游耗水量接近多年平均值. 2006年第8次向干流下游输送生态水2.33×108m3, 其中由博斯腾湖下泄0.26×108m3, 由塔里木河自身来水下泄2.07×108m3. 此次输水由前7次的应急输水转变为功能性输水, 由以往输往塔里木河尾闾台特玛湖, 转变为以扩大下游生态灌溉面积为目的, 尝试以激活天然种子库, 高效利用水资源, 进一步恢复塔里木河下游生态植被范围. 2000-2006年连续共8次生态输水, 已累计由大西海子水库向塔里木河下游输送生态水22.75×108m3, 生态、经济、社会效益日益显著.     

生态输水影响下地下水化学特征的时空变化分析

对塔里木河下游自2000年以来的4次生态输水的地下水位变化与地下水监测井的水化学资料比较分析,结果表明:地下水化学特征随4次生态输水,在时间与空间上发生明显变化.沿输水河道方向(纵向),下游上段的监测断面的地下水化学特征受输水的影响明显早于下游下段的水化学特征,且变化幅度也较大.沿垂直河道的方向(横向),距输水河道不同距离处的地下水化学特征先后呈现相似的变化规律,即:在受输水影响的初期,地下水化学成分中的主要离子含量和矿化度都明显上升,随着生态输水的继续进行而逐步下降.同时,地下水化学的变化特征反映出生态输水的影响范围在逐渐扩大,4次输水后地下水的响应范围在距离输水 000 m左右态输水虽然对地下水中盐分浓度起到了暂时冲淡和区域盐分再分配作用,但要使下游水质真正好转只有采取一系列工程和管理措施.     

1957-2006年塔里木河流域气候变化和人类活动对水资源和生态环境的影响

塔里木河是我国最大的内陆河,历史上是环塔里木盆地九大水系144条河流的总称,目前呈"四源一干"格局.依据1957—2006年近50a气象及水文监测资料,分析了气候变化和人类活动对塔里木河流域水资源的影响.虽然近50a来塔里木河流域山区与平原整体呈现气温升高、降水量增加特征,出山口径流量也呈增加趋势,然而在2000年前塔里木河流域生态环境急剧退化.其成因主要为:1)从20世纪50年代起到近2006年,四条源流入塔里木河水量50a减少了15.4×108m3;2)塔里木河上、中、下游耗水量比例的失调及区域水资源分配发生变化,造成塔里木河下游生态环境恶化;3)实施塔里木河综合治理后,即使进入塔里木河的下游的水量增加,中游段耗水量下降,但是上游耗水迅速增加且数量巨大,还是对塔里木河水资源综合利用、改善的下游生态环境产生负面影响.     

塔里木河下游输水优化配置模型研究

在调查塔里木河下游各子区生态用水需求的基础上,采用带约束条件的非线性优化理论建立了塔里木河下游各子区优化分配水量模型。采用Kuhn-Tucker条件,对模型进行求解,合理分配了各子区的输水水量。计算结果表明,通过向塔里木河下游河道输水3.4亿m3,可改善下游生态面积达1 490 km2。所建模型为将来的应急输水及水资源的合理配置提供了技术支持。     

黄河宁蒙河段凌情特性研究

统计分析了黄河宁蒙河段1950-2004年流凌、封河、开河日期特征值,并对河道最大槽蓄水增量作了初步分析。研究表明宁蒙河段开河时一般从上游向下游解冻,河槽蓄水量沿程不断释放并加入,使开河时凌峰流量沿程增大;凌情的发生、发展及消失演变的过程,主要取决于河道形态(地理位置、走向及边界特征)、水文条件和气象条件以及人类活动等因素;水库的运用对凌情的演变有重要影响。     

塔里木河流域气候与径流变化及生态修复

从20世纪90年代中期开始,塔里木河流域气温上升、降水增加,阿克苏河、开都河等主要河流几乎同步进入持续的丰水周期时段,为塔里木河流域生态修复创造了绝好的“天时”和历史性机遇.这种大区域的气候异常变化现象引起了国内外广大学者的广泛关注,区域气候异常变化是全球气温上升影响盆地气候向温湿转型,还是一个世纪性的水文周期变化现象,一时间成为了学术界的热点议题.系统分析了塔里木河流域山区水文气象站近50 a来的气温、降水、河川径流以及塔里木河来水量变化,并系统评价了利用开都河丰水期的有利时机,向塔里木河下游应急输水及其生态修复情况.     

加强塔里木河阿拉尔生态系统综合监测

塔里木河流域是我国最大的内陆河流域,流域总面积102×10⁴km²,水资源总量为429×10⁸m³,水资源相对贫乏,生态环境十分脆弱.阿拉尔生态系统监测站位于阿克苏河、叶尔羌河、和田河三河和塔里木河交汇处的肖夹克,是平原区重要区域代表站,其生态环境直接关系着塔里木河干流上、中、下游生态和环境安全.查阅模清该区域的生态环境的基本特点、变化规律和演变趋势,对指导塔里木河综合治理,以及当地社会经济和谐发展极其重要.该站始建于1996年7月,监测项目有水文气象;地下水动态;乔、灌、草;土壤、水盐;沙漠化动态5类监测项目.野外监测设施有河道水文断面、气象观测场、第一监测剖面(长22 km).除水文气象监测项目在综合系统监测站附近外,其余4个监测项目均在第一剖面进行.     

塔里木河流域2005年四源流对干流供水径流情势分析

2004年塔里木河流域四条源流出山口天然径流量272.1×10⁸m³,属丰水年,比多年平均值224.9×10⁸m³多47.20×10⁸m³,增加21.0%;比20世纪90年代平均241.9×10⁸m³多30.20×10⁸m³,增加12.8%,在1957-2005年49 a水文系列中排名第5位.其中,阿克苏河、叶尔羌河、和田河3条源流与多年均值比较,增幅达22%～25%,开都-孔雀河为平略偏丰.四条源流入塔里木河总水量为56.88×10⁸m³,占四条源流出山口天然径流总量的20.9%.根据现今塔里木河综合治理,仍需要制定长远的全面流域规划,以生态系统建设为根本,从工程上、宏观水量控制管理上、经济上和科技手段上,保障实现塔里木河流域水资源的可持续开发利用.     

Desert riparian vegetation and groundwater in the lower reaches of the Tarim River basin

The Green Corridor in the lower reaches of Tarim River in northwestern China has an extreme hot and dry climate. Vegetation here, consisting of arbor, shrub and grass, relies on groundwater exceedingly. However, the increasing anthropogenic activities of large-scale agricultural reclamation and unreasonable water utilization in the upper and middle reaches caused the 321-km riverway in the lower reaches to dry up completely in 1972 and resulted in the sharp decline of groundwater, followed by the ruin of desert riparian vegetation on a large scale. The Green Corridor is on the verge of shrinking. Water has a key role in maintaining ecological balance and socioeconomic development. This paper, focused on the relationship between vegetation and groundwater, discusses (1) the change of groundwater table caused by the ecological water delivery carried out in the lower reaches of Tarim River; (2) the appropriate groundwater depth meeting the vegetation’s survival; (3) the minimum ecological flux and ecological water requirement for the growth of natural vegetation. It was shown that (1) based on the analysis of the monitoring data from the groundwater level of ten times water delivery, such an extensive artificial watering takes positive effect on raising the groundwater level along the two sides of the river; (2) a groundwater table depth of 2–4 m is probably the appropriate ecological water table level for the lower reaches of the Tarim River, and 6 m is the threshold for the local vegetation; (3) at the lower Tarim River, 1.157 × 10⁸ m³ of water flow is needed for itself. The longer the duration of water releases, the greater would be the groundwater rise and the larger the range of vegetation influenced. It was found that the duration and volume of water delivery was closely related to restoration of vegetation in the lower reaches of the Tarim River. The goal of this paper is to offer scientific evidences for water delivery in the rigorous areas to maintain an ecological balance.     

塔里木河下游生态环境整治与生态效应分析

塔里木河(简称塔河)下游生态环境问题十分突出，综合治理势在必行．根据塔河下游现状。针对塔河治理已经实施的一系列措施，运用对比分析方法探讨了各类治理措施的实效，并着重对应急输水工程的实施所带来的生态效应及存在问题进行分析．提出塔河下游生态环境综合治理的几点建议。     

塔里木河干流上游中、下段河床淤积和耗水对生态环境的影响

塔里木河干流上游中、下段河床一直呈淤积状态, 新渠满站1965-2007年总淤积厚度达120 cm, 平均年淤积3.0 cm. 其中: 1965-1990年25 a淤积50 cm, 年均淤积2.0 cm, 1991-2007年17 a中河床淤积加快, 总淤积70 cm, 年均淤积4.7 cm. 由于河床淤积, 河道行洪断面缩水, 洪水漫溢不断增大, 导致上游段耗水量呈不断增加趋势, 2001年起上游段己成为干流最大的耗水区. 阿克苏河、和田河和叶尔羌河3条源流出山口多年平均年输沙量为6310×10~4t, 进入塔里木河干流龙头站--阿拉尔站多年平均年输沙量为2050×10~4t, 干流上游段多年平均年泥沙淤积量为1462×10~4t, 占塔里木河阿拉尔站多年平均年输沙量的71.3%, 是干流最大的泥沙淤积区, 也是现今最大的洪水漫溢区和耗水区. 塔里木河干流上、中、 下游各水文点年输沙量呈急剧減少趋势, 泥沙淤积河道主要是上游段的沙雅二牧场至英巴扎318 km河段. 塔里木河上游段河长495 km, 多年平均区间耗水量14.48×10~8m~3, 占阿拉尔站多年径流量的31.5%;中游河长398 km, 多年平均区间耗水量24.84×10~8m~3, 占阿拉尔站年径流量的54.0%;下游河长428 km, 多年平均区耗水量6.68×10~8m~3, 占阿拉尔站年径流量的 14.5%. 上、 中游段多年平均区间耗水量39.32×10~8m~3, 占阿拉尔站年径流量的85.5%. 上游耗水量从2001年起成为塔里木河干流最大的耗水区, 导致2002、 2005和2006年上、中游耗水量达到50.0×10~8m~3, 占阿拉尔站年径流量的88%, 成为历史最大值.     

山西上空水汽输送和水分循环研究

利用山西省周边共8个探空站的实测资料,计算了山西省上空1959年～1992年的水汽含量和1990年的水汽收支与水汽输送通量,包括总输送、切变输送、时间涡动输送、平均输送等分量。在此基础上建立了山西省水分循环和水量平衡模型。结果表明,山西上空水汽含量年内干湿变化大于全国平均情况,多年变化存在一定的丰枯阶段性;年水汽净输入量约690亿m3,主要从西边界和南边界输入,从东边界输出,涡动输送量是主要输入机制,平均输送是主要输出机制,受强西风环流控制;山西的自然地理条件使其对大气水资源的利用率为30%,低于全国平均利用率;山西水分内循环较全国平均情况强盛,由于水分内循环的作用,可使当地蒸发形成的降水量占全年总降水量的15%;地下水开采已对大气水分循环要素产生影响,进而可能对山西省自然环境的变化产生负效应。这些事实增进了对山西省水资源的水文和水文气候学背景的认识。     

The influence of 10 years of water conveyances on groundwater and juvenile Populus euphratica of the lower Tarim River

The changes in the depth of groundwater were studied from the period before water conveyance through 2010, and the TDS of groundwater was analyzed in the lower reaches of the Tarim River during the period 2001–2010. Besides, the numbers of juvenile P. euphratica were investigated in the lower reaches of the Tarim River during the period 2001–2010. The findings indicate that: (1) the hydrological environment of the lower reaches has slowly deteriorated again; and (2) few juvenile P. euphratica were observed along the channel. These results show that the positive influence of the ecological water conveyance project on the ecosystem of the lower Tarim River should be beneficial in the long term; however, the long-term stability of the ecosystem cannot be achieved by the current water diversion scheme.     

塔里木河流域水文特性分析

塔里木河是我国最大的内陆河,历史上是九大水系144条河流的总称.由于气候变化和人类活动影响生态环境急剧恶化,目前形成了"四源一干"的格局.根据水文气象监测资料,从50 a来流域内的降水、蒸发、径流、洪水、泥沙、水质等方面对塔里木河流域生态环境恶化的成因进行分析.     

Environmental effects of water resource development and use in the Tarim River basin of northwestern China

The unbridled development and use of water resources in the Tarim River basin over the last 50 years have led to a serious degradation of soil (>12×10³ km² of land desertified between the 1960s and 1990s) and water quality (rise in maximum salinity was from 1.3 g l^–1 in 1960, to 4.0 g l^–1 in 1981–1984, and to 7.8 g l^–1 in 1998). Approximately 300 km of the lower reaches of the river course dried up between the 1950s and 1970s, seriously altering the downstream hydrological processes (a 4–6 m drop in groundwater levels from the 1960s to the 1980s, and 0.2 m yr^–1 thereafter) and ecosystems (67% and 50% decrease (1958–1978) in Populus euphratica forest acreage and biomass, respectively). Between the 1950s and 1990s, 3820 km² of P. euphratica forest and 200 km² of shrub- and grassland were lost in the lower reaches of the Tarim River. In this study, based on estimates of soil organic carbon in desertified lands, it has been found that in the last 30 years (1970–2000), approximately 112 Tg of organic carbon (28% originating in the 0–1.0 m soil profile) has been released into the atmosphere as a result of soil degradation in the Tarim River basin. Intensive anthropogenic disturbance has been one of the foremost factors leading to the deterioration of water resources in this region. The key to solving these problems is to enhance the scientific and technical level of monitoring, management, and restoration of water resources and associated water and soil components of local ecosystems.