塔里木河生态综合治理水量变化初探

袁著春,周海鹰

(新疆维吾尔自治区塔里木河流域管理局,新疆库尔勒 841000)

1 塔里木河功能及水文特性

1.1 河流功能

一般而言,通过河道表现出来的河流基本功能主要有两个方面:①资源利用功能,如为生产、生活提供用水,为航运、养殖提供水域,为水力发电提供能源等,为功利性功能;②生态及环境功能,如补充地下水、泄洪排洪、输水输沙、河流稀释自净、为生物提供生存条件、为天然植被供水等,为非功利性功能或公共功能[1]。

由于河流的功利性功能可为人们带来经济利益,长期以来为人们所关注,并无限度地加以利用,非功利性功能被边缘化,河流的生态及环境功能受到破坏,使得河道断流、环境恶化、植被退化、土地沙化。重视河流的生态环境功能,对于维持河流健康生命、保护环境具有重要意义。

1.2 塔里木河功能特点分析

塔里木河是我国最大的内陆河,塔里木河流域位于新疆南部,是塔里木盆地内各大中河流的总称,总流域面积102万km2。塔里木河干流位于塔里木盆地腹地,从肖夹克至台特玛湖全长1321km,流域面积1.76万km2,属平原型河流,从肖夹克至英巴扎为上游,长495km;英巴扎至恰拉为中游,长398km;恰拉至台特玛湖为下游,长428km。本文所称塔里木河就是指塔里木河干流。

塔里木河主要有以下几项功能:

a.河道输水输沙功能。这是河流最基础的功能。塔里木河承担着将上游来水来沙向下游输送的任务,实现河流从起点到终点保持连续,包括泄洪、水量输送、河沙运移、补充地下水等内容。功能特点是生态环境功能。

b.生态供水功能。塔里木河沿岸分布有世界上面积最大的天然胡杨林。目前,塔里木河沿岸共有天然林草面积142万hm2,其中,天然胡杨林面积59万hm2。塔里木河沿岸天然林草主要通过生态引水闸、无控制进水口、河水漫溢等方式向沿岸天然生态植被供水。功能特点是生态环境功能。

c.农业灌溉功能。据2006年初步统计,塔里木河沿岸灌溉面积约11万hm2,农业用水约13亿m3,农业用水占全河水量的25%～30%。塔里木河沿岸农田主要通过引水闸、水库、泵站等取水方式灌溉。功能特点是功利性功能。

从用水量上分析,农业用水量占全河来水的1/4,而生态用水量则超过70%;从分布面积上看,塔里木河沿岸耕地面积占塔里木河流域“四源一干”(阿克苏河、和田河、叶尔羌河、塔里木河干流)耕地面积的7%,而塔里木河沿岸是塔里木盆地内天然林草分布面积最大、分布最广的区域,占塔里木河流域“四源一干”天然林草面积的34%;从重要性方面看,塔里木河及其构成的河流生态系统是塔里木盆地最重要的生态系统,是维系塔里木盆地周边人工绿洲赖以生存的重要屏障。因此,塔里木河是一条生态型河流,其主体功能是生态环境功能,河流的主要任务是保证河道水流的连续性、保障生态植被的延续性、保护生态系统的完整性。

1.3 塔里木河水文特性

塔里木河自身不产流,依靠阿克苏河、和田河、叶尔羌河三源流输送水量,多年平均来水量为45.96亿m3。塔里木河水文特性表现在以下几方面:

a.年际来水平稳。塔里木河是典型的平原补给型河流,水源依赖阿克苏河、和田河、叶尔羌河补给输送。阿克苏河是塔里木河主要的补给水源,供水量占塔里木河总来水的70%以上,对塔里木河的演变、发展起到重要作用。塔里木河年径流变差系数Cv值为0.21,而实测最大年径流与最小年径流之比为2.3,说明塔里木河来水年际间变化不大,年际来水比较平稳。

b.年内分配不均匀。每年7～9月是塔里木河的洪水期,往往表现为洪峰高、洪量大,易造成洪灾。7～9月来水量占全年来水的70%左右,且与年来水量显著相关。塔里木河每年遭遇的最大洪峰一般在8月份,实测塔里木河上游阿拉尔站最大洪峰流量为2280m3/s(1999年8月4日)。而其余9个月来水较平稳,也没有较大洪峰发生。

c.水量呈递减趋势。塔里木河是典型的平原耗散型河流,由于没有区间入流,塔里木河上、中、下游水量呈递减趋势。上游来水量多年平均为45.96亿m3,中游来水量多年平均为28.00亿m3,下游来水量多年平均为6.10亿m3,但20世纪90年代下游来水则锐减到2.50亿m3。1972年后,下游大西海子水库以下河道断流,断流河长达501km(其文阔尔河和老塔里木河),下游大西海子以下生态植被因缺水而衰败、死亡。

d.沿岸地下水主要靠河川径流转化补给。

2 塔里木河生态综合治理措施及初步效果

随着人口的增加和经济社会的发展,以及水资源的无序开发和低效利用,各源流向塔里木河输送的水量逐年减少,水质不断恶化,塔里木河下游其文阔尔河和老塔里木河长达501km的河道于1972年断流,尾闾台特玛湖干涸,大片胡杨林死亡,生态环境日趋恶化,河道水流的连续性、生态植被的延续性、生态系统的完整性遭到严重破坏。

为修复受损的塔里木河下游生态,维护塔里木河生态环境功能,国家于2001年开始实施塔里木河流域近期综合治理规划项目,计划投资107亿元,通过节水、河道整治、生态保护与建设、强化水资源统一管理等综合措施,增加各源流汇入塔里木河的水量,保证塔里木河下游大西海子以下生态水量指标,使塔里木河上中游林草植被得到有效保护和恢复,下游生态环境得到初步改善。该项目是一项生态综合治理项目,主要包括以下几类治理措施:

a.源流灌区改造工程。主要包括渠道防渗节水改造、高效节水措施、地下水开发利用、平原水库节水改造等工程措施,节水26.58亿m3,增开地下水量4.58亿m3,目的是提高水资源利用率,节约用水,使阿克苏河、和田河、叶尔羌河、开都～孔雀河向塔里木河输水量从实施前38.7亿m3增加到46.5亿m3。

b.河道治理工程。主要包括干流河道整治工程、和田河河道疏浚工程、叶尔羌河下游河道疏浚工程。

c.开展博斯腾湖向塔里木河下游生态应急输水工作。迄今已经实施9次应急输水。

d.博斯腾湖输水系统工程。主要包括改造博湖东泵站、改造博湖东泵站输水干渠、新修库塔东干渠等工程措施,使开都～孔雀河向塔里木河下游供输水量从实施前2.50亿m3增加到4.50亿m3。

e.其他。包括林草生态保护与建设工程、流域水资源统一管理和调度工程、水资源管理保证措施等[2]。

目前,塔里木河流域近期综合治理规划项目已经实施7年。7年来,项目进展较为顺利,已完成投资66亿元,占总投资的62%,形成源流区年节水14.13亿m3水量、新增开采1.39亿m3地下水量的能力,9次向塔里木河下游应急输水,输水量达22.55亿m3,建成塔里木河上中游输水堤600km和生态闸42座,疏浚整治塔里木河下游河道500余km,颁布施行了《塔里木河流域水资源管理条例》(2005年修订),新疆维吾尔自治区人民政府批准了“塔里木河流域‘四源一干'水量分配方案”,并连续5年实现塔里木河全流域水量统一调度。生态综合治理的实施取得了阶段性成果,获得了较显著的生态效益、社会效益和经济效益。

3 塔里木河生态综合治理水量变化分析

3.1 下游河道水文情势变化明显

塔里木河下游通过输水,水文情势变化明显。

3.1.1 下游河道水文情势由断流转为有计划输水

塔里木河生态综合治理实施前,其尾闾台特玛湖于1972年干涸,下游河道断流360 km,下游河道两侧的库姆塔格和塔克拉玛干两大沙漠开始合拢,下游绿色走廊濒临消失。自2000年开始成功地向塔里木河下游实施了9次应急输水,自大西海子水库向塔里木河下游输水量总计达22.55亿m3,见表1。输水前期,主要以河道渗漏为主,水流推进速度极慢。在相同流量级(15～25m3/s)的情况下,随着输水持续推进和输水量的逐步增加,水流进程明显加快,如第1次输水距离仅有106km,而第3次输水已经将水送到塔里木河尾闾台特玛湖,输水距离达到363km,水流推进速度也明显加快,到第5次输水仅用了20d水头就到达了台特玛湖。

表1 塔里木河下游9次应急输水大西海子下泄水量亿m3

3.1.2 水流多次到达台特玛湖,并实现双河道输水

自第3次输水开始,下泄水量到达台特玛湖。从第5次开始,又利用其文阔尔河和老塔河实行了双河道输水。迄今实施9次输水,水流6次到达台特玛湖,结束了下游河道断流近30年的历史。9次输水中,向其文阔尔河输水17.50亿m3,向老塔河输水5.05亿m3,共使塔里木河下游501km长河道恢复过流。

3.1.3 下游地下水水位抬升,水质转好

输水前,塔里木河下游地下水埋深普遍降到8～12m。经过对地下水埋深的持续观测,8次输水后,塔里木河下游地下水埋深平均升高到4.13m。而且随着输水的持续进行,地下水抬升幅度逐渐上升,第1次至第8次输水地下水上升的幅度分别为13%、25%、33%、41%、40%、44%、46%和 50%。可见,地下水埋深对地表输水的响应非常显著。目前的生态输水起到了保护沿河一定区域濒死植被的目的,其主要的表现是许多垂死植被又焕发了生机[3]。

随着地下水埋深的抬升,输水后地下水质有了明显改善。各监测断面的实测资料表明,输水后,各监测断面地下水矿化度有显著下降。从英苏、阿拉干断面水质监测数据可以看出,输水前地下水矿化度较高(英苏5.14g/L,阿拉干4.04g/L),输水过程中矿化度呈下降趋势(英苏 1.50 g/L,阿拉干1.13g/L),停水后矿化度升高(英苏3.24g/L,阿拉干3.27g/L),再次输水时矿化度再次呈下降趋势(英苏1.66g/L,阿拉干2.57g/L)。

3.2 塔里木河来水量减少趋势已被初步遏制,但实现下泄塔里木河水量指标仍有较大差距

20世纪末,塔里木河生态综合治理实施前,宋郁东等[4]采用1957～1995年系列资料,分析了塔里木河上游三源流(指阿克苏河、叶尔羌河、和田河,下同)输入塔里木河水量的趋势,分析结果表明上游三源流输入到塔里木河年径流量逐年递减约0.30亿m3。

为分析塔里木河生态综合治理期间上游三源流输入塔里木河水量趋势,笔者以2001年(塔里木河生态综合治理开始年)为界,将1997～2006年分成2个时段,即治理前时段(1997～2001年)和治理间时段(2002～2006年),分析上游三源流来水量和向塔里木河下泄水量情况,见表2。

如果塔里木河生态综合治理未实施,按三源流仍平均每年递减塔里木河输水量0.30亿m3趋势推演,2002～2006年塔里木河来水量仅为42.76亿m3,将比现状实际来水48.74亿m3少5.98亿m3。

表2 上游三源流来水量与下泄水量情况

表2说明,治理前5年(1997～2001年)和治理期间5年(2002～2006年)塔里木河上游三源流均为丰水年,而经由三源流下泄进入到塔里木河的水量来水分别为偏枯水年和偏丰水年,即治理前阿克苏河、叶尔羌河、和田河平均来水频率分别为8%、28%、和50%,塔里木河平均来水频率为58%;治理间阿克苏河、叶尔羌河、和田河平均来水频率分别为11%、30%、和30%,塔里木河平均来水频率达到40%。从治理前和治理期间选取阿克苏河来水量较为接近的年份进行对比分析(2000年和2004年),可以看出,阿克苏河下泄塔里木河水量略有增加趋势表现较为明显。从总体上看,治理期间5年上游三源流平均来水量合计为226.42亿m3,下泄塔里木河水量合计为43.76亿m3;治理前5年上游三源流平均来水量合计为225.49亿m3,下泄塔里木河水量合计为39.99亿m3。治理期间5年较治理前5年,上游三源流平均来水量只增加了约0.93亿m3,而下泄塔里木河水量增加了 3.77亿m3(不含退排水量)。塔里木河来水量由治理前5年平均来水44.26亿m3增加到治理间 5年平均来水48.74亿m3,增加了10.1%。

由此可见,通过塔里木河生态综合治理,以往源流向塔里木河输水逐年减少的趋势得到了初步遏制。这主要是2002年塔里木河生态综合治理实施后,源流节水工程的建成和塔里木河流域水量统一调度管理不断加强所取得的初步效果。

但仍要清醒地看到,源流向塔里木河输水逐年减少的趋势得到了初步遏制,这是在塔里木河源流区近十年来属特丰水时段,水分条件出现了明显好转[5]的情况下呈现的,而上游三源流泄入塔里木河的水量并未因源流来水增多而显著增加,同时这也与塔里木河生态综合治理实施7年来取得的年节水14.13亿m3的综合治理成果不匹配。这说明源流区耗水量在塔里木河生态综合治理期间并未明显减少。

根据新疆维吾尔自治区人民政府批准的“塔里木河流域‘四源一干'水量分配方案”(简称“水量分配方案”,下同),实现上游三源流下泄塔里木河规划水量目标仍有较大差距。如阿克苏河2002～2006年平均入塔里木河水量为37.02亿m3(含阿克苏河新设8个退排水监测断面2005、2006年监测的退排水量6.10亿m3),仅相当于相应频率来水“水量分配方案”要求下泄量的74%,平均年少下泄水量约13.10亿m3;叶尔羌河2002～2006年平均入塔里木河水量为1.02亿m3,相当于相应频率来水“水量分配方案”要求下泄量的20%,平均年少下泄水量约4.00亿m3;和田河2002～2006年平均入塔里木河水量为11.81亿m3,相当于相应频率来水“水量分配方案”要求下泄量的85%,平均年少下泄水量约2.10亿m3。

3.3 上中游输向下游的水量显著增加

塔里木河生态综合治理项目实施前,导致塔里木河下游生态灾难的直接原因一是源流来水减少,二是塔里木河上、中游段因无序漫溢蒸发低效损耗较大以及无序垦荒的耗水量增加。生态治理项目实施以来,塔里木河干流输水堤、生态闸堰、控制性拦河枢纽和下游河道疏浚等工程陆续建成,实现了较严格的水量监控,塔里木河干流沿岸的输水和配水调控能力增强,下游来水增加显著。资料显示,塔里木河下游(起始断面为恰拉站)1991～2001年来水平均为2.33亿m3,生态治理项目实施的2002～2006年间塔里木河下游来水平均达到5.22亿m3,是生态治理前的2.24倍。生态治理前的1998年,塔里木河上游阿拉尔站来水55.40亿m3,到达下游恰拉站水量为2.26亿m3,而2006年上游阿拉尔站来水52.50亿m3,较1998年少2.90亿m3,但到达下游恰拉站水量达到6.60亿m3,是1998年的2.9倍。

塔里木河输水堤等治理工程的建成,提高了河道输水效率,河道水流传播时间明显缩短,增加了中、下游的洪峰和洪量。2000年以前,上游阿拉尔站来水传播到下游恰拉站需18～25d,而2005年和2006年只需10～13 d。从洪水传播流量来看,上游阿拉尔水文站1999年最大洪峰流量2300m3/s,传播到恰拉水文站只有30m3/s;2005年阿拉尔水文站最大洪峰流量1620m3/s,传播到恰拉水文站则达到96 m3/s。洪水过程变化最突出的是下游恰拉断面,2005年日平均流量大于50m3/s的时间达35d,最大日平均流量达96m3/s,基本恢复到20世纪70年代的洪水量级。

塔里木河下游增加的来水,直接向下输送,用于生态环境的恢复和改善,从2003年以后向塔里木河下游大西海子以下输送的生态水量中有1/3以上来自塔里木河,4年共向大西海子以下泄水9.36亿m3。

3.4 塔里木河各河段耗水状况发生明显改变

仍将1997～2006年分成上述2个时段,以各河段耗水率(各河段耗水量与上游来水量的比值)为参数,分析塔里木河上、中游耗水变化情况,见表3。

表3 上、中游段耗水量治理前和治理间变化情况对比

从表3可以看出,塔里木河上游段耗水率由治理前的45.2%增加到治理期间的53.4%,增加了8.2%;中游段耗水率由治理前的49.7%减少到治理期间的35.1%,减少了14.6%。在生态综合治理期间,塔里木河上、中、下游段耗水情况显著改变,其中,上游段和下游段耗水明显增多,中游段耗水明显减少。

“水量分配方案”要求,当塔里木河上游多年平均来水为 48.74亿m3时,中游英巴扎断面应为27.54亿m3,下游恰拉断面应为5.27亿m3。其中,上游段耗水21.21亿m3,耗水率34.5%;中游段耗水22.27亿m3,耗水率45.6%;下游段耗水 5.27亿m3,耗水率10.9%。按上述“水量分配方案”要求的耗水率推算,塔里木河上游段在治理期间5年平均耗水比“水量分配方案”要求水量多耗水4.80亿m3;中游段在治理期间5年平均耗水比“水量分配方案”要求水量少耗水5.18亿m3;下游段在治理期间5年平均耗水与“水量分配方案”要求水量基本相当。

综合分析,塔里木河生态综合治理实施过程中,上、中游总耗水量的控制满足水量分配方案的要求,但上游耗水量偏大,中游耗水量略小,而且中游耗水量表现为持续性减少。塔里木河中游段是塔里木河流域胡杨林最完整的河段,中游耗水量持续减少不利于保护现有生长完整的天然胡杨林区。目前,塔里木河河道治理工程正在完善之中,在河道控制工程全部完成后,可通过生态闸对水量进行调整,因此,塔里木河河道管理部门应统筹考虑上、中游水量,做好塔里木河各河段的水量均衡调度,加强塔里木河上、中游特别是上游河段的管理和水量运行调度,按照“水量分配方案”的要求调配水量。

4 结 论

塔里木河生态综合治理期间,水量变化较明显,上、中、下游显现出不同的水量变化特点。

a.下游水文情势变化最为突出。下游来水量和洪峰均有增加,这主要是上中游河道治理工程的初步建成运行起到了关键作用。下游河道由断流状况扭转成为间歇性受水状况,地表水流沿程耗散转化补给地下水,河道沿岸地下水位明显抬升,修复并有效改善了下游濒临毁灭的天然植被,这是由于几年来实施的向下游输水起到了决定性的作用,这也是塔里木河生态治理取得阶段性成果的集中体现。

b.上游耗水增加,中游耗水减少。中游耗水减少将会对中游段的天然胡杨林等生态植被的持续生长产生不利影响,但随着塔里木河河道治理工程的逐步完善,可以通过工程措施和水量调度管理措施双管齐下,调整上、中游耗水状况,按照“水量分配方案”的要求供水、配水,恢复并改善中游生态植被。

c.塔里木河来水量减少趋势已经得到初步遏制,这是源流区实施节水工程、开采利用地下水所取得的初步效果。但在源流来水偏丰的情况下,下泄到塔里木河的水量并未明显增加,源流区耗水量没有明显减少,实现“水量分配方案”确定的下泄塔里木河水量目标还有很大差距。今后需要进一步加强塔里木河流域水资源统一管理和调度,加大节水力度,严格实行限额用水,确保“水量分配方案”制定的下泄塔里木河水量指标的实现。严格实行限额用水,确保“水量分配方案”制定的下泄塔里木河水量指标的实现。

d.目前,塔里木河生态综合治理工程仍在实施过程中。随着生态治理的持续开展,源流区节水力度将进一步加大,塔里木河河道整治工程得以完善,塔里木河流域水量统一调度管理措施得到逐步落实和加强,塔里木河水量将随之发生更为显著的变化,这需要继续深入地进行分析和研究,特别是阿克苏河、和田河、叶尔羌河向塔里木河的供水水量、供水过程的变化以及塔里木河泥沙、水质及水文过程的变化,是今后塔里木河水文效应研究的关键和重点。

[1] 王西琴.河流生态需水理论、方法与应用[M].北京:中国水利水电出版社,2007:74-75.

[2] 新疆维吾尔自治区人民政府,中华人民共和国水利部.塔里木河流域近期综合治理规划报告[M].北京:中国水利水电出版社,2002:55-72.

[3] 徐海量,叶茂,李吉枚.塔里木河下游输水后地下水动态变化及天然植被的生态响应[J].自然科学进展,2007,17(4):460-470.

[4] 宋郁东,樊自立,雷志栋,等.中国塔里木河水资源与生态问题研究[M].乌鲁木齐:新疆人民出版社,2000:9.

[5] 叶茂,徐海量,宋郁东.塔里木河流域水资源利用及其变化趋势分析[J].科学通报,2006,51(S):14-20.