塔里木河径流量变化对下游沙漠化的影响研究

2013-08-17郝永娟吐尔逊哈斯木杨家军阿迪力吐尔干阿不力提甫吾甫尔

水土保持研究 2013年6期

郝永娟，吐尔逊·哈斯木，杨家军，阿迪力·吐尔干，阿不力提甫·吾甫尔

（新疆大学资源与环境科学学院，乌鲁木齐830046）

全球生态环境的恶化吞噬着人类的生存空间，对人类的生存和发展构成了极大的威胁，而沙漠化是当今世界最重要的环境问题之一，已成为21世纪威胁人类生存和发展、社会稳定与可持续发展的严重问题之一［1］。我国西部地区属于干旱、半干旱地区，深居内陆，降水稀少，存在着大面积的荒漠、沙漠、戈壁，再加上不合理的人类活动，使耕地不断退化，沙漠化的不断加强，对该区的生态环境、自然资源、社会经济以及人民的生活都造成了严重的危害。而塔里木河下游是我国沙漠化最严重的地区之一，作为内陆河流地区沙漠化的典型代表，不少学者对塔里木河下游沙漠化的成因、发展及其相关问题进行了讨论［2］。在前人的研究和实地考察的基础上，针对塔里木河径流量的变化对下游地区沙漠化产生的具体影响进行探讨。

1 研究区域与方法

1．1 区域概况

塔里木河流域是环塔里木盆地由开都河—孔雀河流域、阿克苏河流域、叶尔羌河流域、喀什噶尔河流域、和田河流域、车尔臣河流域等9大水系144条河流的总称，它是我国最长的内陆河［3］，目前与塔里木河干流有天然水利联系的仅有3个水系：和田河、叶尔羌河和阿克苏河，称之为上游三源流，开都—孔雀河通过库塔干渠向塔里木河下游送水，加上干流并称为“四源一干”［4］。依据地貌特点，塔里木河干流分为三段，从阿克苏河、叶尔羌河和和田河汇合口至英巴扎为上游，长约495km；英巴扎至恰拉为中游，长为398km；恰拉至台特玛湖为下游，长为428km。塔里木河流域是一个包括山地、绿洲、水域、林（灌木、草）地及荒漠5个生态子系统的封闭内陆水循环和水平衡的区域；流域范围涉及南疆5地（州）的42个县（市）和生产建设兵团4个师的55个团场，共有耕地129．22万hm2，占新疆总耕地面积的39．03%，其国内生产总值为296．76亿元，占全新疆国内生产总值的26．58%。因此，塔里木河流域的兴衰存亡不仅关系到塔里木盆地的经济发展，对整个新疆社会经济的发展也具有十分重要的意义。但是，近几十年来塔里木河下游的径流量连续减少，造成下游河道干枯，胡杨林及灌木大量死亡，荒漠化加剧，绿色走廊不断衰退，生态环境问题日趋严峻，严重影响到该流域以及整个南疆社会经济的可持续发展［5］。

1．2 研究方法

本研究以塔里木河近50a的水文、植被、气象、遥感数据等资料为基础，通过查阅新疆统计年鉴、新疆统计公报，以及实地考察的结果，建立塔里木河流域的历史水文及沙漠化等资料的数据库，运用图表分析、数理统计等方法，分析塔里木河径流的变化对干流下游地区沙漠化的具体影响。

2 塔里木河流域地表径流量变化及其分析

2．1 塔里木河地表径流变化

2．1．1 四源出山口径流量近50a塔里木河源流区阿克苏河、叶尔羌河、和田河、开—孔河的年径流量总体呈增长趋势（图1），1965—2005年这四条河流的增长量分别为23．95亿 m3，6．69亿 m3，0．7亿 m3，7．55亿m3。自20世纪90年代以来，除了和田河的径流量与多年平均值相比有小幅度的下降外，其余的各源流出山口流量都有不同程度的增加，尤其阿克苏河更加显著，较过去的50a，它的年径流量增加了约10．9%［6］。20世纪90年代后，各源流区进入丰水期，这与补给区的气温和降水量有关［4－7］。这四条河流是塔里木河干流最主要的补给源，在这6个时段内，汇入塔里木河干流的流量分别为50．26亿m3，51．59亿 m3，45．21 亿 m3，46．25 亿 m3，42．53 亿m3，46．04亿 m3，1959—2005年四源流汇入塔里木河干流的径流量在不断地减少，约减少了4．4%，主要是由于人们在源流区山前大量引水进行农业灌溉，以及源流区用水量的增加［4］，据相关资料，叶尔羌河、和田河、阿克苏河灌溉面积由1949年的35．12万hm2增加到1993年的77．66万 hm2［8］，人类活动强度指数与人为径流损耗量间呈显著的正相关关系［4］，而且塔里木河自身不产流，干流的径流量全部来自四源流的补给，四源流水资源在源流区的大量消耗，导致汇入塔里木河干流的水量呈明显的下降趋势。

图1 塔里木河四源流出山口径流量［9］

2．1．2 塔里木河径流量变化干流变化的具体情况为：塔里木河龙头站—阿拉尔站以上是由和田河、叶尔羌河、阿克苏河3条源流汇入，1950—1960年径流量为50亿m3，到1990年为42．5亿m3，40a减少了7．50亿m3，平均每年以约0．2亿m3的速率减少。通过对塔里木河干流4个水文站（阿拉尔、新渠满、英巴扎、卡拉站）年径流量资料的分析可知，50a（1957—2008年）以来，这4个水文站的平均年径流量分别是：阿拉尔站45．86亿m3，新渠满站37．50亿m3，英巴扎站28．91亿 m3，卡拉站5．81亿 m3，由此表明，塔里木河干流的地表径流量按照上游至中、下游的顺序，沿河流方向越往下径流量减少的趋势越明显（图2），从而加剧了塔里木河下游的缺水危机，即自1972年塔里木河下游河道被大西海子水库拦截后，河道断流、湖泊干涸、大西海子水库以下的地下水位剧烈下降，英苏以下的河道长期断流，地下水位降至8～12m［10］，严重影响了下游地区生态系统的正常运行。

图2 塔里木河干流各水文站年经流量的变化［11］

2．2 塔里木河流量变化的分析

2．2．1 四源流的补给在过去50a中，四源流主要是靠冰川融水补给。冰川融水的多少主要受到温度的影响，温度上升会加速冰川的融化，补给塔里木河的水量会增加，反之则减少。但温度太高，又会加大水分的蒸发强度。相关研究表明［12］，在全球变暖的气候背景下［13］，塔里木河流域年均气温随时间变化表现出上升的趋势，在近50a里，阿克苏河、叶尔羌河、和田河的温度分别以每10年0．33℃，0．12℃，0．21℃的速率增加。从塔里木河年平均气温变化（图3）来看，其上、中、下游的平均气温均呈上升趋势，尤其1990s是温度增高的10a，且越往下游增暖趋势越明显［3］。因此可以认为近50a来4条源流的气温总体上仍然是上升的，气温的增加，将会导致春季冰川和积雪的消融，在一定条件下将会影响四源流径流的变化。而利用投影回归模型对塔里木河流域进行的预测所得出的结论：“降水增加，气温必然会降低，使冰雪融水减少；降水增加幅度较小时，冰川融水增加量大，当降水增加幅度大时，冰川融水增加量小”，“随着降水增加，塔里木河流域水资源呈减少的变化，而对冰川融水比重小的河流降水增加年径流增大”［14］，而塔里木河流域主要是一条冰川融水比重大的河流［3］，和田河水系下的喀拉喀什河、玉龙喀什河的冰川融水分别占到了54．1%，64．9%，叶尔羌河水系下的昆马力克河、叶尔羌河的冰川融水分别占到了52．4%，64%，这两条河流主要靠冰川融水为塔里木河流域补给水源。降水和气温彼此有一定的消长作用，总体四源流出山口径流量呈上升态势。

图3 塔里木河流域年平均气温变化［3］

2．2．2 塔里木河干流耗水量变化近60a来，由于塔里木河流域地区绿洲灌溉面积的不断扩大及其引水量的大幅度增加，河流的径流量沿程减少的趋势明显，许多小支流流程缩短和断流，并导致尾闾湖泊干涸［15］。1949—2008年塔里木河流域的耕地面积净增9．87×106km2，年均递增2．37%，有效灌溉面积1979—2008年净增 4．473×106km2，年均递增1．62%。而塔里木河干流上游多年平耗水量18．44亿m3，占入塔河干流多年平均年径流量的39．10%，每1km平均耗水量3．73×106m3；中游多年平均耗水量22．22亿m3，占入塔河干流多年平均年径流量的47．2%，每1km 平均耗水量5．58×106m3，是干流耗水量和单位长度耗水量最大的区段；下游多年平均耗水量6．464亿m3，占入塔河干流多年平均年径流量的13．7%，每1km 平均耗水量1．5×106m3。塔里木河上游耗水量呈上升趋势，用水量很大；中游的耗水量相对稳定，但仍然很大；而下游的耗水量呈下降趋势，且最少（表1），而且随着时间的推移，塔里木河干流的来水量越往下越少。因此，塔里木河下游径流量的降低主要是由于上、中游河段的耗水量增加造成的。

表1 塔里木河干流不同时段区间耗水量［16］

3 塔里木河下游土地沙漠化分析

水是内陆干旱区诸生态因子中最主要的限制因子之一［17］，因此，在干旱、半干旱区内水资源就显得尤为重要，然而，在塔里木河流域内随着人口的急剧增长，对土地资源利用的压力加大，从而出现了天然植被或者固定沙地被大面积开垦的现象，使得灌溉农业的规模不断扩大，同时也就加大了对水资源利用的压力，特别是在塔里木河各支流补给干流的水量基本稳定的情况下，干流中、上游地区的水资源消耗在逐年增加，使干流下游的来水量大量减少，导致下游河道发生断流现象，出现了地下水位下降、植被衰败、风沙天气增加、土地沙漠化等一系列生态环境问题。

3．1 地下水位

由于塔里木河地处干旱、半干旱地区，几乎无降雨量，河流的补给主要是靠高山冰雪融水和支流的汇入，且塔里木河上、中游的耗水量大，则下游的泄水量就会减少，导致了塔河下游地下水位下降，即在2000年平均地下水位在8～2m［18］，其中，喀什达依和依干不及玛在1973—2000年地下水位下降十分明显，分别下降了4．24、5．20m，这严重地影响了该区植被的生态用水，导致本来就脆弱的生态系统更加危急。1973—2000年，塔河下游的这5个地方的地下水位不断地在降低（表2）。根据地下水、植被和沙漠化之间的定量关系，将塔里木河干流生态地下水位埋深划分以下五种类型：沼泽化水位（＜1．0m）、盐泽化水位（1～2 m）、合理水位（2．0～4．5m）、警戒水位（4．5～6m）和沙漠化出现水位（＞6m）［8］，依据这个划分标准，在2000年的时候除了罗布庄的地下水位在合理水位之内，其他4个地方的地下水位均＞6m，地下水位超过了绝大数下游植被的生长临界水位，造成了塔里木河下游大量的植被衰败，出现荒漠化和沙漠化扩大的现象。

表2 塔里木河下游地下水位埋深情况［18］

3．2 植被

水分是影响生态功能和过程的最关键的驱动因子，水对植被生长过程的胁迫程度决定着植被群落的多样性、群落稳定性和生态系统生产力［19］。根据资料记载［8］：1950年初，塔河下游地区的支流河岸胡杨林茂密，且小支流之间的林带宽达7～10m，在当时的水分条件下，由柽柳、芦苇、胡杨林和其它植物组成了沿河岸分布的自然植被带，随着洪水的泛滥就地生长，随着河流的改道而衰败和消亡。塔里木河干流上游在1950s末开始进行开发，在1957—1959年建立了10个农牧团场，开垦面积的扩大和引水量的不断增加导致了塔河下游生态用水匮乏，生态环境退化。1970s，大西海子水库截流后铁干里克以南开始出现断流，地下水位下降，导致靠地下水维系生存的天然植被受到胁迫。至21世纪初，胡杨林及衰败林和衰败灌木林的面积为12．56万hm2，天然胡杨林减少了87．7%，灌丛草地和衰败草地退化面积为14．02万hm2，占流域面积的21%［20］。特别是在阿拉干以下的区域，地下水位已到了不适合乔木、灌木、草本植被成长的程度，天然植被大面积衰败，物种数减少，物种多样性降低，生态系统出现严重退化［9］。所以，塔里木河下游来水量的减少，使大面积的植被衰败、死亡，为下游地区其他生态退化做了伏笔。

3．3 风沙天气

塔里木河流域总面积1．02×106km2，是我国最大的内陆河流域，处于干旱、半干旱地区，由于降水量稀少，蒸发强烈（＞2 800mm），土壤长期处于干旱状态，荒漠和沙漠面积辽阔，盆地春夏季又多大风，地温较高，其流动期沙风速为5．2m／s，对周边沙尘天气的形成及沙丘移动有重要的影响［21］。自1970s起，塔里木河下游的来水量剧烈减少，随之地下水位也在降低，使下游地区的生态用水匮乏，导致大面积的植被衰败，地表土壤或者沙子裸露，极易被风蚀沙化，为沙尘暴的形成提供了更多的物质条件，同时也提高了该区的风速。据统计，近40a来，塔里木盆地80%的地区大风日数总体上呈逐渐减少的趋势，但是塔里木河下游呈增加趋势，下游的尉犁1990年大风日达18．4 d，为近40a的极值；铁干里克1990年的大风日达13．4d，是1970s以来最多的时期。而塔里木盆地虽然年均沙暴日各个年代有明显的差别，但总体呈下降趋势，塔里木河下游地区的两个观测点（铁干里克、尉犁）的沙暴日却明显地在增加：1990s，铁干里克年平均为9．5d，是近40a来的最大值，也是塔里木盆地最为明显的一个地方；其次，尉犁在1990s的沙尘暴日比1980s增加了23%［22］（表3），这都是由于塔里木河下游径流量减少，地下水位降低，地表植被受到破坏而造成的，且其将会成为沙漠化前进的直接驱动力。

表3 塔里木河流域沿程主要气象要素年代际变化（1961－1997年） d

3．4 沙漠化

水资源是干旱、半干旱区的生命线，而绿洲是干旱、半干旱地区人们生存的主要依托，是该区社会、经济活动的中心。塔里木河流域占塔里木盆地的绝大部分，塔河是保障塔里木河盆地绿洲经济、自然生态和各族人民生活的生命线［15］。从20世纪50年代起至今，经过50多年的建设，塔里木河流域已成为新疆主要的粮食和棉花基地。在上、中游及各支流区扩大农业灌溉面积的同时干流下游地区的径流量逐渐减少，再加上人为活动的干扰，即塔里木河人工改道及水库修建等，使塔里木河归宿的罗布泊和台特马湖在1970s相继干涸，塔里木河向后退缩了200km。1990s中期和1950s相比，塔里木河来水量减少16．8亿m3，减少了30%，而下游仅用水量减少了12．5亿m3，下游来水量急剧减少并且用水比例由27．7%减少到7．8%［23］，因而造成塔里木河下游段沙漠化的加剧。

3．4．1 沙漠化现状 1956—1959年、1960—1969年，塔里木河下游的耗水量分别为13．03亿 m3，12．38亿 m3，分别占汇入干流的25．9%，24．0%，此时塔里木河下游地区的水源条件相对较好，还能维持天然胡杨林和红柳林的生长。通过分析遥感资料［24］，在20a间（1958—1978年）塔里木河下游地区除了阿拉干和考干两地起伏的流沙以3%～7%的速率增加之外，半流动和半固定沙地变化并不太大，一般只有1%左右，1973年塔里木河下游土地沙漠化面积为814．6km2，占区域面积的21．08%；1973—1990年，塔里木河下游地区沙漠化面积净增长了55．2km2；1990—2000年，沙漠化面积增加了181．9km2。由于人口的增长以及受国家政策的影响，加大了对粮食的需要量，大面积开垦的耕地，而塔里木河的存在，为该区农业的发展提供了前提条件。据下游恰拉的水文资料［7］，恰拉的来水量在1950s为13．53亿 m3，而后迅速减少到1980s的3．93亿m3，到1990s进一步减少到2．28亿m3，同时，造成了下游地区地下水位由1959年的3．1m降至1992年的10．3m，远远超过了天然植被赖以生存的地下水位线［22］，使河流两岸的大量天然植被由于缺乏生态水和地下水位的下降而衰败退化和消失，从而加速了塔里木河下游沙漠化的扩展。1959—1983年间，塔里木河中、下游沙漠化土地由69．23%上升至80．6%，在24a间上升了11．4%，沙漠化土地增加0．45%，1978—1983年，平均每年增加了2．23%，沙漠化危害日趋严重［25］，在此期间，不仅是由于人为的破坏空前加剧，生态环境恶化，最重要的是塔里木河下游来水量的急剧减少导致下游地区生态系统受到了破坏，产生了一系列的生态环境问题，比如，地下水位降低而导致植被缺水而死，林地面积在5a内以40%的速率减少，固定、半固定的沙地面积也以百分之几至百分之几十的速率减小，在2000年，塔里木河下游的固定、半固定沙丘的面积分别变为15．40万hm2，191．81万hm2［19］。

3．4．2 沙漠化程度继续加强在阿拉干地区，沙漠化情况最为严重，固定、半固定沙地的面积迅速减小，流动的平沙地面急剧增大，增长率可达94．54%［26］。1973—1999年，阿拉干区的地下水位一直呈下降趋势，尤其是1997年，地下水位下降到12．65m，已经超过了植被生存的极限，造成了大面积的植被死亡，生态系统更加脆弱，再加上人类不合理的活动，使得1959—1996年间，阿拉干地的沙漠化总面积由1 371．22km2增加到了1 494．29km2，同期极重度沙漠化面积所占比例逐年增加，由1959年、1983年、1992年的30．20%，31．56%，33．76%增加到了1996年的35．23%，同时，重度沙漠化所占的比重也由1959年、1983年、1992年的6．08%，6．13%，9．20%增加到了1996年的11．67%。而且重度和极重度沙漠化土地面积占到了47%［25］。自2000年以来，向塔里木河下游绿色走廊应急输水，使塔里木河下游的地下水位上升，干流两侧的胡杨林生态林草得到了较快的恢复，进而使下游绿色走廊的生态条件得到了改善［27］。因此，塔里木河下游地区的沙漠化是由上、中游人为扩大耕地面积，过度的利用干流的水资源，使下游来水量剧减及其产生的一系列环境问题导致的。

4 结论

（1）近50a来，上游地区3条源流的径流量总体是增加的，但由于人类活动的干扰，使汇入塔里木河干流的水量减少，且干流不同河段水资源的分布不均，上、中游的多年平均耗水量分别占干流的39．1%，47．2%，而下游多年平均耗水量只占到干流的13．7%，每1km 平均耗水量为1．5×106m3，导致下游河段断流，湖泊干涸，严重地影响了下游地区的生态用水。

（2）通过对资料的分析，塔里木河下游的径流量减少对地下水位、植被、沙尘暴及大风天气、沙漠化程度都产生了负面影响。即塔里木河下游的来水量减少时，造成了下游地区地下水位急剧下降，尤其在1990s后期阿拉干地区的地下水位已降到12．65m，超过了植被生长需水的临界值，导致大面积植被枯萎退化和死亡，地面裸露，为沙尘暴、大风天气的产生提供了物质条件，使该区的这种天气状况在整个流域呈增加趋势，沙漠化面积也在不断的扩大，仅在1990—2000年这10a间沙漠化面积增加了181．9km2。

（3）河流径流量、地下水位、植被、沙漠化，这些因子之间是相互影响，相互制约的，存在着内在的联系，在整个生态系统中牵一发而动全身，尤其是在生态环境脆弱的干旱、半干旱区更为显著。即塔里木河下游径流量的减少，直接影响到了下游地区的地下水位，而地下水位又直接影响着该区的土壤水，进而影响着该区的植被状况，植被的破坏和地表的裸露又会影响到该区的风沙天气以及为沙漠化提供了物质来源和驱动力，逐渐影响到了沙漠化的发生、发展。因此，人类应树立全局、和谐的发展观，从整体的角度出发，使生态效益、经济效益、社会效益最大化。

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