气候和土地利用/覆盖变化对渭干河—库车河三角洲绿洲水资源的影响

张飞，郭玉川，姜红涛，张严俊，周梅

摘要：气候变化和土地利用变化对流域水循环和水资源的影响已经引起社会的广泛关注。为探究气候和土地利用/覆盖变化对水资源的影响，选取塔里木河流域中游典型生态脆弱区渭干河–库车河三角洲绿洲为研究区域，首先以1998年和2011年的TM影像数据为基础，分析了研究区土地利用/覆盖的时空变化特征，并结合该绿洲历史水资源的利用状况和气候状况分析了气候和土地利用变化对水资源的影响。其次，分析了该绿洲的水资源变化特征。结果表明，1972～2012年渭-库绿洲年平均温度的变化呈上升趋势，温度最高增加了0.9 ℃/（6年）;年降水量总的变化呈减少趋势，降水量最高减少了21 mm/（6年）;年蒸发量总体呈减少趋势，蒸发量最高减少了305 mm/（6年）;各种土地利用/覆盖类型在1998～2011年都发生了较大变化，其中林地的缩减最大，其次为沙地，而增加最大的是耕地，其次为其他用地（山地、裸地等）和盐碱地。绿洲耗水量增加，并且地下水位呈现急剧下降趋势。总之，该绿洲土地利用/覆盖的变化使其需水结构在向耗水的方向变化，因此，在目前气候变化的大环境下，改善土地利用方式对提高渭干河流域水资源的利用效率具有重要意义。

关键词：土地利用/覆盖变化;水资源;渭干河-库车河三角洲绿洲;气候变化

中图分类号：S181.6        文献标识码：A        文章编号：0439-8114（2014）23-5716-08

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.23.024

水资源危机是影响人类生存和地球环境的主要问题之一，也是当前社会面临的主要问题。气候和土地利用变化是影响水资源配置和水环境状况的主要原因[1-7]。IPCC第四次全球气候评估报告指出：1906～2005年全球地表温度的线性趋势为0.74 ℃，预计到2100年，全球平均气温将上升1.1～6.4 ℃。以全球变暖为主的气候变化已成为当前世界最重要的环境问题之一[8]。全球大幅度气候变暖会引起水资源在时空上的重新分配，表现在局地降水、蒸发和径流等的变化，且这种改变在各个地区各不相同。如果气候变化引起了干旱和缺水地区水资源量减少，那么由此带来的影响就会更严重一些[9-11]。近几十年来各国专家学者就气候变化对水文水资源的影响开展了大量研究工作并取得了一些重要成果。研究结果表明，未来水资源变化存在很大的区域性，有些地区未来水资源呈增加趋势，有些呈减少趋势，而有些则变化不大，而且都存在较大季节差异性[12-16]。气候变化主要表现为流域气温和降水量变化，从而影响流域产流量[17-18]。一些研究也表明，流域产流量与植被覆盖类型和覆盖度及气候条件紧密相关，同时，土地利用/覆盖变化（LUCC）将对流域水资源状况也产生重大影响[19-21]，主要表现在土壤质量和地表径流等方面[22，23]。目前，人类面临的许多环境问题都与LUCC有关。LUCC对区域环境的影响主要包括对生态环境安全、水文变化和土地退化等方面的影响[24-26]，土地利用格局的空间异质性反映了土地生态过程的作用结果，土地利用格局受到自然环境的限制与人类活动的干预而发生变化[27]。

另外，绿洲是干旱区的一种特有生态地理景观，水资源是绿洲流域中下游经济发展和生态环境平衡的纽带。然而，由于气候变化和人类活动的共同影响，引发了绿洲河道下泄、水量锐减、土壤沙漠化和盐碱化面积迅速增加、植被退化等许多问题[28]。水资源作为影响绿洲的关键因素，它的数量和分布直接影响着荒漠化和绿洲化的进程，是干旱区最为活跃的自然因素，对土地开发利用起着决定性作用[29]。

随着西部大开发战略的实施，渭干河-库车河三角洲绿洲将进入大规模的开发和建设新时期，其在南疆的辐射作用和战略地位更加突出，而人口与环境、经济与发展都对该绿洲的水资源开发利用提出了更高的要求。渭干河流域地处天山南坡，降水稀少，中游人类生产生活用水主要依赖于山区降水，该流域主要的经济基础为绿洲农业。因此开展该区域气候和土地利用/覆盖变化对水资源的影响研究，对合理调整土地利用格局，涵养水源，促进经济可持续发展具有重要的意义。本研究试图通过分析渭干河-库车河三角洲绿洲气候和土地利用/覆盖变化来对水资源的影响开展研究，深入了解干旱区内陆河流域土地利用结构与生态过程及人类活动之间的关系，从而为该地区水资源可持续利用与发展提供重要的科学依据。

1  研究区域与研究方法

1.1  研究区概况

渭干河-库车河三角洲绿洲（以下简称渭-库绿洲）位于天山南麓，塔里木盆地北缘，是生态环境变化的敏感地区，位于41°06′-41°38′N，81°26′-83°17′E，是一个典型而完整的山前冲积扇平原，辖阿克苏地区的库车、沙雅和新和三个县（如图1）。该绿洲年平均降水量51.6 mm，年内降水量60%～70%集中在5～8月。年蒸发量1992.0～2863.4 mm，年平均气温10.5～11.4 ℃，极端最高气温41.5 ℃，极端最低气温为-28.9 ℃，年无霜期209.8～226.4 d。气候的变化必将对水资源的开发利用和当地的社会经济产生重要的影响。绿洲境内不产生地表径流，发源于天山南麓的渭干河-库车河是进入绿洲境内的主要地表径流，其中的渭干河不仅是上游地区——拜城盆地的主要地表水源，而且也是下游库车、沙雅、新和绿洲的母亲河。该绿洲历史上水草丰茂，自20世纪70年代以来，上游灌区生产发展较快，用水量大大提高，致使下游水源逐渐减少、湖泊干涸、沙漠入侵、植被退化，逐渐演变为现在的荒漠植被类型，并有进一步退化的趋势[30]。

渭–库绿洲区域的水资源主要由地表水和地下水组成。地表水主要来源于北部天山高海拔地区的冰、雪融水和降水产生的地表径流汇集而成的内陆河;地下水补给主要靠河流潜流及渠系、田间和雨水渗漏。降水年内分配为夏季多、春秋季少。山区降水一部分直接以径流形式输出山口，另一部分在低温条件下，以冰、雪形成积累并储存起来，孕育现代冰川。渭干河流域的冰川面积1 685 km2，冰川年融水补给量17.33亿m3，占渭干河出山径流量的71%;库车河流域的冰川面积25.11 km2，冰川年融水补给量0.282亿m3，占库车河出山径流量的8.52%[31]。冰川对气候变化反应十分敏感，气候变化对该绿洲水资源的最大影响是对河流上游冰川储存量的影响，进而影响河流径流量。