塔里木河下游鐵干里克綠洲土地生產潛力綜合研究

以塔里木河下游為研究區(qū)域,分析了生態(tài)輸水工程實施以來該區(qū)地下水埋深、水質、植被生長狀況的不同響應程度。研究表明:生態(tài)輸水工程使得原本較低的地下水位在一段時間內得到抬升,局部生態(tài)環(huán)境得到改善,尤其在輸水中期(2003-2005年),植被物種組成發(fā)生變化,物種多樣性增加,植被蓋度提高,地下水水質有所好轉;但2007年以后,尤其是2008年,隨著輸水的間斷,下游地下水位開始回落,草本植物物種數量又開始減少,因此,生態(tài)輸水工程必須持續(xù)進行才能真正挽救塔里木河下游生態(tài)環(huán)境。

塔里木河是我國最長的內陸河。為了搶救塔里木河下游生態(tài)環(huán)境,2000~2003年向斷流30余年的下游500km左右的天然河道,實施了5次應急輸水。在收集了對5次輸水后生態(tài)修復評價的大量資料的基礎上,結合第6次和第7次輸水,對生態(tài)響應進行了進一步研究,并提出了進一步擴大輸水生態(tài)修復影響范圍的人工輔助措施,通過分河段、分區(qū)域合理配置水資源,以實現塔河流域生態(tài)修復的總體目標。

基于塔里木河下游8次生態(tài)輸水資料和植被調查,從輸水時間與天然植被落種時間的生態(tài)默契角度,分析了8次輸水時間、水量以及博斯騰湖與塔里木河來水的規(guī)律,并根據塔里木河下游32種植物的落種時間,分別從不同喬、灌、多年生草本和一年生草本植物的落種與河道過水時間的相關性,對目前輸水時間的合理性進行了評判,從塔里木河下游天然植被生態(tài)恢復的角度,提出了塔里木河下游最適宜的輸水時間。結果顯示:①由于調水沿途損耗較大,目前輸水正以博斯騰湖調水向依靠塔里木河來水轉變,因此,塔里木河有沒有水向下游輸送是生態(tài)輸水的先決條件;②前8次輸水過程中,過水時間主要集中在4-6月和8-10月兩個時間段,這是由于博斯騰湖水量49.73%在4-6月;而塔里木河水量82.33%集中在8-10月;③從8次輸水看,由于沒有考慮到天然植被的落種更新問題,因此,河道過水時間與天然植被的相關性偏低,塔里木河來水的輸水時間較博斯騰湖更為合理;④從下游喬、灌、草落種時間看,最適宜的輸水時間是7-9月;從塔里木河給水時間的可行性看,每年最佳的給水時間是8月中旬到9月底。

塔里木河下游大西海子水庫以下河段自1972年至2000年發(fā)生的持續(xù)斷流是綠色走廊生態(tài)劣變的主要原因。從2000年5月至2011年11月,塔里木河下游共進行了10次生態(tài)輸水。本文利用輸水期間的地下水監(jiān)測資料,運用水均衡法對大西海子以下河段歷次輸水過程中的水量轉化進行了計算,量化了河道水量的轉化項與塔里木河下游地下水的恢復程度,揭示了塔里木河下游河道徑流-補給轉化-蒸騰耗散的水文過程,文中結論可為今后進一步優(yōu)化輸水方案、合理配置區(qū)域水資源以及植被的有序恢復提供科學依據。

塔里木河下游生態(tài)應急輸水的思考——塔里木河是我國最大的內陸河，干流總長1321km，流域總面積102萬km2，多年平均天然徑流量398.3億m3，水資源總量429億m3。塔里木河流域歷史上植被較好，但長期以來人們在發(fā)展經濟的過程中對水資源開發(fā)利用不盡合理，使流域生態(tài)...

“塔里木河下游應急輸水與生態(tài)改善監(jiān)測評估研究”屬水利部“十五”科技創(chuàng)新項目，由新疆水利廳、新疆水利水電科學研究院、新疆塔里木河流域管理局、新疆農業(yè)大學、清華大學、河海大學共同完成，獲2004年度大禹水利科學技術獎二等獎。

根據連續(xù)多年監(jiān)測獲得的塔里木河下游地下水位、植被數據,對比分析了塔里木河下游生態(tài)輸水后地下水位、生物量、物種多樣性的變化。結果表明:實施生態(tài)輸水工程后,地下水位變化顯著,地下水位逐漸抬升,下降趨勢得以控制。草本植物生物量的變化趨勢與每次輸水量變化趨勢基本一致,即隨著輸水量的增加草本植物的生物量也相應增加,輸水的時間、輸水量的多少對草本植物生物量有較強影響。地下水位埋深上升,物種多樣性也呈上升趨勢,但二者并不同步,物種多樣性上升趨勢滯后于地下水位的上升,這表明地下水位的抬升有利于植物多樣性的增加,但是地下水位變化對植物多樣性的影響是一個漸變的過程。

以生態(tài)輸水后地下水動態(tài)變化引起的地表植被生物量差異為出發(fā)點,探討生態(tài)輸水對塔里木河下游植被恢復價值的影響。首先,利用生態(tài)輸水前后地下水動態(tài)變化和地表植被響應的長期監(jiān)測資料,以塔里木河下游考干斷面為例,在垂直于河道方向上長2000m、平行河道方向寬100m的樣帶內,選取2000年10月、2007年9—10月、2015年10月的植被監(jiān)測與稱重資料數據;其次,借鑒國內外生態(tài)經濟價值量化方法,綜合地表植被響應價值和地下水抬升的潛在價值計算輸水后地表植被恢復價值。結果顯示:(1)在塔里木河下游地區(qū),生態(tài)輸水使得地下水位明顯抬升,水位的抬升幅度隨著距河道距離的增加逐漸降低,植被蓋度也隨著距河道距離的增加呈現降低趨勢;在距河道1000m以外,地下水位與植被蓋度變化不明顯;(2)2000—2007年植被新增生物量占2000—2015年植被新增生物量的57.02%,并且這兩個時段植被新增生物量與距河道距離均呈現顯著相關;(3)根據16次生態(tài)輸水監(jiān)測資料,計算出2007年與2015年該區(qū)間100m寬的樣帶因輸水而投入的水資源價值分別為8266.5元、14805元,輸水后植被總體恢復價值分別為53811.67元、83334.62元,投入產出比分別為1∶6.507、1∶5.63,說明生態(tài)輸水的經濟效益十分明顯。

對塔里木河下游不同離河距離成過熟胡楊和輸水后更新胡楊胸徑、地徑、樹高、冠幅、枯枝比以及優(yōu)勢胡楊百分比的調查表明:隨離河距離增加(地下水埋深增加),胡楊(大樹)枯枝比增加,優(yōu)勢胡楊百分比降低;胸徑、樹高、冠幅隨離河距離增加,增減規(guī)律不明顯。輸水后萌蘗更新胡楊的樹高、冠幅和地徑均隨離河距離增加而降低。以上調查指標確定胡楊輸水后恢復等級,離河50~300m胡楊整體恢復"優(yōu)",離河300~500m胡楊恢復"良",離河500~1050m胡楊恢復"中",離河1050~1500m胡楊對輸水響應微弱,整體恢復"差"。胡楊具明顯的隨離河距離增加恢復等級降低的梯度響應特征,生態(tài)輸水促進了河畔帶胡楊的恢復,水是制約塔里木河下游胡楊生長與恢復的關鍵因子。

以塔里木河下游10次生態(tài)輸水的效果為背景,根據近5a在塔里木河下游阿拉干斷面的大量野外調查數據,分析了胡楊冠幅對應急生態(tài)輸水的響應。結果顯示:隨著輸水次數的增加,胡楊冠幅呈梯度變化的趨勢,輸水對增加胡楊葉量和活枝有一定的促進作用,不同冠幅級的胡楊主要分布在距河道200m的范圍,且其分布都與離河道距離呈顯著負相關關系,由于離河道距離的不同,胡楊冠幅對輸水響應也不一樣;總體趨勢為,隨著離河道距離(地下水埋深)的增加,胡楊冠幅變化幅度不明顯。

文章以塔里木河下游12次應急生態(tài)輸水資料為背景,以塔里木河下游英蘇、阿拉干、依干不及麻3個斷面為例,根據實地觀測得到的地下水資料,對3個斷面的地下水埋深的變化、地下水礦化度和ph值等水質指標的變化進行了分析。結果表明:隨著輸水次數的增加,地下水埋深有抬升的趨勢;地下水礦化度與輸水量的多少有密切的關系,輸水量越多礦化度越低,且地下水礦化度隨著離河道距離的增加而增大;地下水ph值的變化與輸水次數與輸水量成正比。

為有效緩解塔里木河(以下簡稱“塔河”)下游生態(tài)進一步惡化,在塔河流域綜合治理期間實施向塔河下游生態(tài)應急輸水任務。項目實施后塔河下游“綠色走廊”生態(tài)有了明顯改善,有效遏制了塔河下游生態(tài)環(huán)境日益惡化的趨勢,對保護塔河下游生態(tài)環(huán)境及人們生存環(huán)境起到舉足輕重的作用,對本地區(qū)、新疆乃至全國產生重要影響。

根據近5年來對塔里木河下游荒漠河岸林植被的監(jiān)測數據,分析了生態(tài)輸水后植物活力的恢復狀況。結果顯示:應急生態(tài)輸水增加了塔里木河下游的生物多樣性,使原本面臨死亡的荒漠河岸植被重新復活,而且不同程度上促進了胡楊群落的自然更新;在近河道50m的范圍內均出現了少量的胡楊、檉柳實生苗,并且在離河道150m的范圍內已經有相當數量的胡楊次生苗,在離河道400m范圍內大約有25%的胡楊均有不同程度的基部新枝萌蘗。通過生態(tài)輸水后地下水位的逐步抬升,河道兩岸的低階地發(fā)育著一定面積的草甸植被,形成了由胡楊、檉柳和草本植物所組成的干旱區(qū)非地帶性河岸稀疏植被群落,說明應急生態(tài)輸水對于胡楊為建群種的荒漠河岸林植被的恢復和自然更新產生了積極的影響。

塔里木河下游大西海子水庫以下河道,自2000年5月至2004年10月,共進行了六次間歇性的生態(tài)輸水。本文通過對胡楊樣枝生長量的分析,表明輸水對胡楊林的恢復具有顯著的作用;同時依據歷史期間的生態(tài)水量與胡楊林的對應關系,預測了在現狀輸水條件下大西海子水庫以下可以恢復的胡楊林面積。

塔里木河下游多年來水量不斷減少，造成了該地區(qū)地下水位普遍下降，導致了植被衰敗，風沙頻繁，土地沙漠化普遍發(fā)生。在３ｓ技術支持下，通過１９５９年、１９８３年１９９９２年及１９９６年航空及航天遙感信息的對比分析發(fā)現，下游地區(qū)生態(tài)環(huán)境的變化與自然及人為因素密切相關，并已影響到了流域可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施。

2000—2005年,塔里木河流域管理局先后7次向塔里木河下游斷流區(qū)進行了生態(tài)輸水,輸水河道兩岸的植被得到了一定的恢復.以2000—2005的中巴資源衛(wèi)星ccd影像為主要數據源,獲得了6a的植被/非植被二值圖,并計算各年的景觀格局指數,分析了6a植被景觀格局的變化.結果表明:植被景觀動態(tài)度在第四時段(2003—2004年)最大,為47.83%;在第三時段(2002—2003年)最小,為-1.39%;2000—2005年植被景觀的動態(tài)變化呈正向趨勢.2000—2005年,植被景觀斑塊個數與景觀形狀指數增加,蔓延度指數下降了36.9,斑塊結合度指數均高于99,表明研究區(qū)的植被景觀破碎化程度、分離程度增加,而景觀類型聯通性較高.植被斑塊面積均處于增加趨勢且遠離河道植被恢復率越小,但植被景觀的比重仍小于50%,說明非植被類型是研究區(qū)的基質類型,組成了景觀的最大斑塊.針對緩沖區(qū)zone1,植被景觀的平均分維數處于減小趨勢且2005年的斑塊個數最小,斑塊結合度指數處于增加趨勢,表明近河道區(qū)域植被較為穩(wěn)定,受生態(tài)輸水的干擾度較小,植被景觀斑塊之間越來越聚集.6a間zone1的植被最大斑塊指數均大于10%,遠高于其它5個緩沖帶,表明離河道越近植被景觀的優(yōu)勢度最大.

對塔里木河下游地區(qū)生態(tài)輸水后典型斷面的植被面積、植被群落、土壤機械組分和土壤含水率、土地利用類型進行研究的結果表明:生態(tài)輸水后植被面積呈增加趨勢,植被面積與生態(tài)輸水累計量呈正相關關系,相關系數為0.81,但植被變化對生態(tài)輸水的響應具有滯后性;植被群落隨著地下水位埋深的增大,其蓋度和密度、植物多樣性呈減小的趨勢,分別從阿克墩斷面的0.48、0.55、11減少到依干布及麻斷面的0.04、0.01、2;土壤的機械組分隨著向下游下段地區(qū)推進粗粒徑的百分比增加了5.71%,土壤含水率年際變化呈增加趨勢,主要與生態(tài)輸水的累計量有關;輸水后水域、沼澤和林地面積呈增加趨勢,但草地變化不明顯,仍處于減少狀態(tài),因此生態(tài)輸水的潛在效應體現需要一定的時間。

以塔里木河下游生態(tài)輸水后胡楊披針形葉和寬卵形葉作為實驗材料,對這兩種異形葉水勢的日、月變化規(guī)律進行了比較研究。結果表明,兩種異形葉水勢的日變化趨勢基本一致,大體上略呈單峰形,在午后14:00—18:00期間出現全天最低值;胡楊兩種異形葉水勢的月變化趨勢也大體相同,表現為從5—8月阿拉干斷面胡楊兩種異形葉水勢均呈先降低后增高的趨勢;亞合浦馬汗斷面b1和b2井位處胡楊葉水勢呈逐漸增高趨勢,b3井位處胡楊披針形葉水勢先降低后增高,7月最低。運用國際通用軟件spss10.0對氣溫、地下水埋深與胡楊兩種異形葉水勢之間的關系進行了相關性分析,發(fā)現它們之間存在顯著的相關關系。該研究對了解不同環(huán)境因子對胡楊兩種異形葉水勢的影響效應以及生態(tài)輸水對塔里木河下游不同斷面局部小氣候的調節(jié)和改善作用有一定的參考意義。

塔里木河中下游生態(tài)閘的設計實踐——摘要：根據對塔里木河中下游生態(tài)閘近十年來的設計實踐，分析塔里木河生態(tài)閘自身的一些特點，總結設計經驗，提出生態(tài)閘設計應注意的一些問題。

為了解塔里木河下游生態(tài)輸水量與地下水埋深多年響應變化過程,得出地下水埋深對生態(tài)輸水的響應變化規(guī)律,以塔里木河下游英蘇斷面為研究區(qū),運用定性與定量分析方法,綜合考慮不同輸水差異(包括零輸水年即2008年、輸水極少年即2009年、輸水較多年2011年等),對2000-2015年英蘇斷面1050m范圍內地下水埋深數據進行了分析。結果表明:研究斷面內地下水埋深在各年份總體呈現比較平穩(wěn)的遞減趨勢,年內個別月具有較大的增幅,另外由于凍土消融等因素影響,地下水埋深在2~3月有一定的增幅;離河較近區(qū)域的地下水埋深變化對生態(tài)輸水的響應具有時間同步性,而離河道較遠地區(qū)的地下水埋深在響應時間上存在滯后性,本研究斷面1050m范圍內地下水埋深響應時間維持在1a內;經過多年生態(tài)輸水過程,英蘇監(jiān)測斷面距離河道約750m范圍內地下水平均埋深維持在2~6m范圍內,基本達到植物生長所需地下水埋深水平;另外,綜合分析研究斷面多年輸水引起的地下水位響應過程,為獲得生態(tài)輸水過程所帶來的最大生態(tài)效益,生態(tài)輸水不僅要保持一定的輸水量,還要保持輸水年周期的連續(xù)性。

文章將塔里木河下游斷流河流的生態(tài)輸水情況作為背景,依據剪斷的輸水河道充水以及斷水等階段的交替和重復情況,建立斷流河道間斷性輸水和地下水運動的非穩(wěn)定流模型,在水位和流量邊界條件下的相互轉換,實現對模型的求解,最終通過模型分析作用對塔里木河斷流生態(tài)輸水兩岸水位的恢復情況進行分析,最終得到了令人滿意的結果,對模型的實用性進行了展現。

自2000年向塔里木河下游實施生態(tài)輸水以來,國內大多數學者所關注的問題一直集中在如何確定下游生態(tài)安全保障體系的合理生態(tài)保護范圍及生態(tài)需水量;如何通過河道水流演進—地下水位抬升—植被恢復等關聯性問題的系統(tǒng),為下游生態(tài)輸水整體效益評估、河道整治、水資源合理配置與優(yōu)化調度、生態(tài)重建提供科學依據等問題上。對于塔里木河下游生態(tài)應急輸水工程影響后評價的研究現在還不多見。為此,本論文以塔里木河下游生態(tài)輸水為背景,對該工程影響后評價的內容進行探討,目的在于得出塔里木河下游生態(tài)應急輸水工程影響后評價的研究框架,為客觀,公正的評價該工程影響提供依據。