塔里木河下游生态输水对沙漠化逆转的影响

1 IntroductionThe Tarim River (Figure 1), located in the X injiang U ygur A utonom ous Region in N orthw estChina,is the largestinland river in China.The annualaverage precipitation of the Tarim Rivervaries from 17.4 m m to 42.0 m m w hile the annual aver…     

塔里木河下游生态输水对沙漠化逆转的影响

塔里木河下游是我国沙漠化最严重的地区之一。由于人类不合理的资源开发, 导致320km河道断流、大面积湿地消失、地下水位大幅度下降、天然植被全面衰败, 沙漠化程度加重。作者结合塔里木河下游生态输水和近3a的实地监测资料, 分析输水前后塔里木河下游典型地区沙漠化程度的变化, 并就生态输水对塔里木河下游沙漠化逆转的影响进行了讨论。结果表明, 生态输水后, 河道附近地下水位大幅度抬升, 植被种类和盖度明显增加, 部分地区沙漠化得到逆转。从实现逆转的沙漠化土地的空间分布看, 在纵横两个方向上表现出明显的变化规律, 在纵向上表现为上游土地沙漠化逆转的强度和范围较下游大; 在横向上, 表现为距输水河道越近变化越明显的特点。考虑到输水影响范围较小, 建议对现行的输水方式和输水规模进行适当调整。     

大型输水工程的生态效益与社会经济效益评价——以塔里木河下游为例

基于塔里木河下游2000年、2010年、2016年3期的遥感资料,对区域内的土地类型进行分类,评估整个区域的生态系统服务价值变化特征,并应用主成分分析法等估算区域的社会经济评价分值。结果表明：① 自生态输水以来,塔里木河下游地区的未利用地面积变化不大,水域面积增加最显著,耕地和建筑用地面积有所增加,林地和草地的面积有所减少。② 2000~2016年,塔里木河下游生态系统各项服务功能价值有所增加,其中以提供美学景观价值和气体调节的价值增加最大,增加率分别为318.35%,312.94%;生态系统服务总价值增加率约为69.57%。③ 影响塔里木河下游经济发展的因素可以概括为经济地理因素与农业发展水平。     

2013—2020年塔里木河流域胡杨林生态恢复成效评估

生态输水是塔里木河流域退化胡杨林生态恢复的主要措施,及时监测和准确评估其恢复成效是优化输水策略、完善胡杨林修复体系的关键。以2013年以来8个胡杨林区为研究对象,基于中高分辨率遥感数据监测不同胡杨林区生态输水前后植被面积、长势及植被覆盖度的时序变化,探讨胡杨林恢复与生态输水的关系。结果表明：（1） 2016年以来整个流域累计漫溢水面为2172.96 km²,占林区总面积的4.39%,主要分布在输水通道两侧及末端10 km范围内。（2） 输水前后林区植被整体呈现由退化到恢复的转变,林区生态恢复水平与年最大漫溢面积显著正相关。（3） 生态恢复成效评估表明,生态恢复最显著的区域是塔里木河中上游和叶尔羌河下游的夏马勒林场,但整个流域远离输水通道的胡杨林仍有退化趋势。合理规划输水通道建设,扩大胡杨林区的受水范围是退化胡杨林生态恢复的关键。     

基于栅格尺度的沙漠化预警模型研究——以塔里木河下游中段区域为例

以塔里木河下游为研究区,基于沙漠化在气候、地表和人文3方面的成因构建沙漠化预警指标体系,并建立预警模型;基于研究区1990年、2000年和2006年的遥感、气候、地表和人文数据,利用ArcGIS对各因子数据进行量化和栅格化处理,通过预警模型实现了研究区3个时期在栅格尺度上（30 m×30 m）的沙漠化程度分布,分别利用前两期和第3期的结果进行参数修正和验证;在此基础上预测研究区“间歇输水”和“无输水”情况下2015年的沙漠化发展趋势。通过参数修正、预警模型对研究区沙漠化程度分布模拟正确率达90%以上,预警模型适用性较好。间歇输水对塔里木河下游沙漠化逆转起到一定的作用,是防止其完全沙漠化的必要措施,但此逆转作用基本上只局限于沿河道有限范围内,无法彻底改变研究区的沙漠化现状。     

塔里木河下游地下水变化动态分析

由十塔里木河下游地下水位不断下降,而来水量却连年减少,与20世纪50年代相比平均下降了4～6m。随着大面积发展灌溉农业,排水洗盐改良土壤进程加快,相应地排入塔里木河的咸水也大大增加,塔河下游地下水水质也发生相应的变化。通过对塔里木河下游地下水变化动态以及来水量、农业灌溉对地下水的分析,也对沙漠化发展和分布对地下水的响应关系进行了探讨。     

塔里木河下游地下水位对植被的影响

对塔里木河下游断流河道2000~2002年9个地下水监测断面和18个植被样地的实地监测资料分析表明,地下水埋深对天然植被的组成、分布及长势有直接关系。地下水位的不断下降和土壤含水率大大丧失是引起塔里木河下游植被退化的主导因子。塔里木河下游的四次输水对其下游地下水位抬升起到了积极作用,河道附近地下水位呈逐级抬升过程,横向影响范围达1000 m左右,纵向上,表现为上段地下水抬升幅度较大 (达84%),下段抬升幅度较小 (6%)。随着地下水位的抬升,天然植被的响应范围由第一次输水后的200~250 m,扩展到第四次输水的800 m。     

应用因子分析研究塔里木河下游生态环境的退化

采用SPSS分析软件,对塔里木河下游沿河道布设的39个样地进行了环境退化的因子分析。通过数学变换,9个观测指标被转换为2个综合指标(主分量)。根据本地区的实际,对2个综合指标进行了环境解释。依据这2个主分量的贡献率计算了塔里木河下游39个样地的因子得分,并据此进行了环境退化程度(荒漠化)的评价。从因子得分结果看,塔里木河下游地区呈明显的随距大西海予水库距离的增加荒漠化程度加重的特点,引起这一结果的主要原因是水、盐条件逐渐恶化带来的植被衰败。从分类的结果看,与本地区的实际基本相符合。这说明因子分析的方法综合了多指标的综合影响,划分的结果更加客观。     

断流河道输水对地下水净补给量研究——以塔里木河下游为例

依据塔里木河下游断流河道2000—2006年8次生态输水期间地下水埋深监测数据,拟合了输水后地下水埋深与离河距离关系的曲线方程,进而对输水后地下水的补给量及其变化特征进行了计算和分析,探讨了生态输水的横向影响范围及其变化特点。结果表明,塔里木河下游区域输水后地下水总净补给量为7.82487亿m3,占总下泄水量的35.63％。8次输水过程中,除第2次输水和第6次输水外,其余各次输水期间,地下水净补给量都呈下降趋势。对输水后横向影响范围的分析表明,横向影响范围与输水量大小和持续时间密切相关。随着输水的进行,横向影响范围呈明显扩大趋势,纵向上各断面的横向影响范围的变化表现出了局部波动,整体变化与距离输水源头远近呈弱相关性的特点。     

新疆塔里木河下游断流河道输水对地下水变化的影响分析

结合2000～2002年以来塔里木河下游间歇性输水后地下水变化的监测数据．用回归分析的方法对输水后地下水位动态响应变化过程进行分析,揭示输水量与地下水的响应范围之间的关系。结果表明：在横向上．随着向塔河生态输水次数和输水量的增加．地下水的响应范围逐渐扩大．但随远离输水河槽中轴线,响应程度减小．地下水位的抬升幅度减弱;纵向上,输水河段上游区段地下水位响应范围最大,中游区段次之,下游区段较小。在第二次输水过程中,靠近河岸地下水位出现急剧上升,而在第三次输水过程中,地下水的响应范围则有巨幅增加．输水量与输水持续时间与地下水位变化有着密切关系。     

塔里木河下游近50a来沙质荒漠化演变规律

荒漠化是人为强烈活动与脆弱生态环境相互作用的产物,是人地关系矛盾的结果。我国最长的内陆河-塔里木河下游卡拉的来水量,由50年代的14.80亿m³减少到90年代的2.38亿m³,造成地下水位下降,植被衰败。同时,受过度放牧、开垦、樵采等原因的影响,下游地区土地沙质荒漠化十分严峻,宏观格局上表现为绿色走廊由上段至下段,由中间至两侧沙漠化程度趋于加强。通过1959、1983、1992及1996年遥感信息制图定量研究表明,50年代至90年代沙漠化年均增长率达0.24%,其面积扩大的同时,程度也在加剧,自然景观也发生了一系列变化。应用GM(1,1)模型、非线性回归模型及多元线性回归模型趋势分析表明,以土地沙质荒漠化为主的环境问题仍十分突出。科学规划,整治上、中游河道,合理利用水资源,以解决下游生态及生产、生活用水。应用RS、GIS监测沙漠化变化,通过增加生态用水,恢复铁干里克-阿拉干段的天然植被,遏制沙漠化扩展,同时利用工程措施,保护阿拉干以下绿洲走廊及218国道安全畅道,防止脆弱生态环境继续恶化。     

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。     

塔里木河下游生态输水河道两侧区域地下水运动规律研究

根据塔里木河下游断流区域含水层水文地质特征及其实际输水过程中河水对浅层地下水的补给规律,建立了塔里木河下游绿色走廊生态输水河道附近区域地下水运动的一维非稳定流模型,并通过在整个输水过程中流量与水位两种边界条件相互转换的一种方法求解模型。最后应用上述模型分析了间歇性输水条件下塔里本河下游断流河段河道两侧地下水位恢复状况,为输水生态效益的定量评价及其今后输水工作的决策提供理论基础。     

干旱区间歇性生态输水对地下水位与植被的影响机理研究

塔里木河下游生态系统作为典型的干旱区生态系统,对水分具有较强的依赖性。为了解塔里木河下游间歇性生态输水对地下水埋深变化、植被生长的关系,得出地下水埋深、植被生长变化及间歇性生态输水过程之间的相互影响机理,以塔里木河下游英苏断面为研究区,基于达西定律、植物根系吸水速率计算方法,以及2009-2015年生态输水-地下水位变化-NDVI变化相互耦合关系,对三者之间相互影响过程及影响机理进行定性与定量分析。结果表明：（1）输水效益的显现是一个漫长的过程,地下水的响应和下游植被的生态响应均在一个大的空间和时间尺度上将逐步显现,另外由于植物生长具有季节性,当年地下水埋深值在一定程度上可影响次年植物生长。（2）多年研究表明,当地下水埋深低于7 m时,满足乔、灌木植物生长需求;低于6 m时,满足草本植物生长需求。（3）在年总输水量为固定情况下,一年两次是利于河岸植被恢复的最适宜输水次数。由于生态输水-地下水位变化-NDVI变化存在一定的滞后期,建议每年春季4~5月份和夏季7~8月份作为输水期。     

塔里木河下游沙漠化特征及其发展趋势

近年来,由于塔里木河中上游截流,造成下游长期断水,生态环境的劣变导致沙漠化的迅速发展,并日趋严重。因而引起有关方面的极大关注,保护和恢复绿色走廊已被提到议事日程。一些研究者^[1-8],从不同的角度,对绿色走廊的现状与未来进行了广泛有益的讨论。本文根据有关的资料,着重从风沙活动规律与活动强度方面,讨论塔里木河下游绿色走廊沙漠化的现状及其发展变化特征。结果表明;细沙和粉细沙是该地地表物质的主要组成部分(约占95%以上),在极端干旱的气候条件下,特别是在河流长期断流以及人为地强烈破坏天然植被之后,风沙活动的频率和强度均有较大程度的增加,已经成为严重的沙漠化地区,应该尽快地采取有效的防护措施。从沙丘移动速度的计算值(1米高的单个新月形沙丘移速为7.74米/年)来看,在近期甚至在一个相当长的时期内,还不致由于库鲁克库姆沙漠的移动而导致绿色走廊的覆灭,重演古楼兰的历史。目前由于沙漠化而造成直接危害地段(如阿拉干等)只是绿色走廊的几个缺口,而大部分地段上的天然植被仍能有效地起到防风固沙作用。因此,保护现有的天然植被是控制沙漠化发展的关键,合理解决塔里木河全流域用水,调整农、林、牧业生产比例,是恢复绿色走廊生态平衡的有效途径。     

塔里木河下游阿拉干地区沙漠化过程及其预测

近十几年来,塔里木河下游地区由于上、中游用水量大幅度增加,造成过镜水量逐渐减少以致于断流,生态条件趋于恶化,使得沙漠化过程加剧。-些专家学者就此进行了广泛和有益的探讨。本文在此基础上,选择塔里木河下游的阿拉干这-典型地区,通过野外考察(1985年5月进行)和不同时期航空相片的判读、量算,针对地表形态的变化和其各种类型的动态分配,来说明该地区的沙漠化过程;并试图运用计量地理学的方法,建立-个多元线性回归方程的数字模型对该地区沙漠化过程的发展进行预测。     

塔里木河的水资源利用与生态保护

分析塔里木河1956~2000年间水资源开发利用过程中的生态与环境问题时发现,进入90年代,塔里木河源流区的山区来水量增加了约10.9 %,但是,源流区补给塔里木河干流的水量却减少了18.83 %。三源流灌区用水量的增加导致塔里木河干流区的来水量不断减少,而塔里木河下游来水量的大幅度减少,则是因塔里木河干流上中游耗水量的增加引起。塔里木河干流自身沿程水量变化对下游水量减少的影响,远大于塔里木河上游三源流来水变化对下游造成的影响;塔里木河下游来水量的锐减,造成下游河道断流321 km,尾闾湖泊干涸,地下水位下降,天然植被衰败,沙漠化过程加剧。     

树木年轮对塔里木河生态环境变迁的印证

树木年轮是全球变化研究中获取过去气候环境演变数据的重要载体,具有定年准确、连续性好、分辨率及重建精度高等优势。通过单调趋势检验塔里木河上中游径流量与胡杨年轮的趋势变化情况,将树木年轮与历史文献记载相结合,分析塔里木河下游树木年轮对水分供给的响应情况,印证胡杨年轮对河道改道事件响应的准确性。结果表明：（1）1957—2010年,塔里木河上中游胡杨径向生长量在时间序列上逐渐下降,与径流有着相同的变化趋势,且下降趋势显著;（2）下游年轮标本显示1913-2000年胡杨径向生长量整体下降,1973-2001年更加明显而达到近100年最低水平,拉依河的形成、改道、重归故道等与历史文献记载相同;（3）生态输水工程的开展改善了下游生态环境,这从下游胡杨年轮上得到了验证,但近15年的生态输水远未使下游胡杨年轮生长量达到1920年以前的水平,说明目前的生态输水对荒漠河岸林的恢复能力也是有限的;（4）在胡杨年轮对水资源的响应分析中,小波分析方法与历史文献记载得出了相同的结论。     

塔里木河下游胡杨径向生长量对生态输水的响应

 以塔里木河下游的胡杨径向生长量为研究对象,借鉴树木年轮水文学的方法,采用单因素方差分析方法,从数理统计学的角度分析了胡杨径向生长量对生态输水的响应过程。结果表明: ①距离河道300 m范围内,生态输水前后及输水期间各年份之间,胡杨的径向生长量在0.001的水平上差异极显著,胡杨对生态输水的响应非常积极; ②距离河道300 m范围外,胡杨的径向生长量在0.05的水平上差异不显著,胡杨对生态输水的响应不积极; ③线性的生态输水只是缓解了河道附近植被的衰退,改善了局部生态环境,却无法从根本上缓解整个塔里木河下游生态环境的恶化,塔里木河下游的生态环境呈现出局部改善、整体恶化的趋势。     

石羊河下游沙漠化的自然因素和人为因素及其位移

石羊河流域下游自汉代以来逐渐沙漠化,生态环境退化。其自然因素主要有：地形特征构筑了封闭的内陆河流域;水蚀是内陆河流域沙漠化的开始,上游集流区为中、下游提供了丰富的沙源;水资源的减少使得中、下游大面积湖积沙沙漠化。人为因素主要有：农业开发是引起水资源减少的关键,巩固边塞是引起河西走廊农业开发和耕地面积扩大的主要原因;战争对石羊河流域生态退化的影响不可忽视。石羊河下游民勤县在自汉代以来沙漠化和生态环境退化的漫长历史过程中,人为因素不断增强。20世纪中期以来,尤其是1958年红崖山水库建成以来,沙漠化过程中的人为因素占据了主导地位。