基于河—湖—库水系连通的孔雀河生态输水分析

李卫红，吾买尔江·吾布力，马玉其，何 宇，王军政，朱成刚

（1.中国科学院新疆生态与地理研究所，荒漠与绿洲生态国家重点实验室，新疆 乌鲁木齐830011；2.新疆塔里木河流域管理局，新疆 库尔勒841000）

孔雀河源于我国最大的内陆淡水湖——博斯腾湖，流经新疆巴音郭楞蒙古自治州（简称巴州）的库尔勒市和尉犁县，延绵数百公里，尾闾为罗布泊，河流全长841 km，流域面积4.46×104km2。孔雀河作为塔里木河的姊妹河，其中、下游河道与塔里木河干流河段基本平行，两河之间横向距离约20～80 km，218国道与建设中的“库—格铁路”在两河之间穿行。

孔雀河中下游的荒漠河岸林生态系统是塔里木河下游自然植被带与生态系统的重要组成部分，与塔里木河干流的荒漠河岸林共同组成塔里木河流域下游“绿色走廊”，构成了阻挡库木塔格沙漠与塔克拉玛干沙漠合拢的天然生态屏障，对于保护库尔勒—尉犁（以下简称“库—尉”）绿洲经济的健康发展和塔里木河流域下游绿洲生态安全、保障218国道与新—青铁路的畅通发挥着重要的生态防护与生态服务作用。然而，由于大规模、高强度的水土开发，导致河道断流，荒漠河岸林植被衰败，天然绿洲萎缩，荒漠化加剧[1-2]。据统计，1999—2012年孔雀河下游的林地和草地以每年26.67 km2的速度减少，约60%～80%的胡杨处于枯死状态，胡杨死梢率达70%～90%[3]。孔雀河中游区段由于耕地面积的不断扩大，湿地面积急剧缩小，农业用水量不断增加，强烈挤占了生态用水。加之，大规模的打井、超采地下水，导致地下水位大幅下降，多处地下水位埋深已达8～10 m，接近胡杨死亡的临界地下水位[4-5]，造成荒漠河岸林生态系统严重退化，河岸两侧胡杨林大面积衰败甚至死亡，胡杨林生态系统濒临崩溃。

孔雀河流域天然胡杨林生态系统的持续退化，不仅涉及各族群众的切身利益，对库—尉绿洲经济的健康发展和生存环境造成严重影响，危及218国道与新—青铁路，同时加速了塔里木河下游“绿色走廊”整体的破碎化发展，加剧了“丝绸之路经济带”重要通道的生态危机[6]。针对此，加快实施以抢救孔雀河沿岸胡杨林生态为目的生态输水迫在眉急，势在必行。本文重点探讨了抢救孔雀河胡杨林、向断流河道输水的相关问题，包括输水水源、输水路线、输水时间及如何扩大输水效益等，旨在为抢救孔雀河胡杨林生态提供科技支撑。

1 资料与方法

1.1 数据资料

本文所采用的气温数据是由东安格利亚大学（University of East Anglia）气候研究中心（Climate Research Unit，CRU）提供的月尺度 0.5°×0.5°分辨率的气象数据CRU TS v.3.22。CRU数据是基于地表观测站点实测数据构建的格点数据，精度较好。水文资料包括1960—2014年博斯腾湖上游的开都河、黄水沟、清水河的出山口年流量数据。

1.2 孔雀河生态输水方案设计

向孔雀河实施生态补水的核心问题是水源问题。在实施生态输水过程中，同时考虑输水路线、输水时间和输水方式等，构建河—湖—库水系联网，以博斯腾湖来水为主要依托，利用现有河道、沟渠，结合新建渠道，辅以桥、涵、闸等工程措施，构建引、蓄、灌、排相结合的河—湖—库连通水系网络工程体系，实现流域水资源的联合调度，提升输水的生态效益，拯救孔雀河中、下游日益退化的荒漠河岸林生态系统。

2 结果分析

2.1 博斯腾湖调生态水的可行性分析

孔雀河源于博斯腾湖，是一条受人为控制、常年流量稳定的河流，多年平均年径流量13.34×108m3[7]。流域有三大主要分水枢纽，其中，第一分水枢纽由库—塔干渠经西尼尔水库和东、西干渠向下游的尉犁县供水；第二分水枢纽向库尔勒市供水；第三分水枢纽经永丰渠向库尔勒市的普惠地区供水（图1）。

孔雀河下游的阿克苏甫水库以下476 km河道自1976年阿克苏甫水库修建后断流，中游普惠水库修建后，其下游195 km河道于1995年开始断流，上游第三分水枢纽以下，从2011年也开始断流。河道断流的原因关键在于流域土地资源的大规模开发、引水强度的不断加大、以及一系列水利工程的修建，其结果造成自然河道被人工渠道代替，且人工渠道延伸的同时使自然河道断流情况愈演愈烈，断流时间和断流距离越来越长。

图1 孔雀河流域示意图

博斯腾湖既是开都河的尾闾，又是孔雀河的源流，博斯腾湖有无生态水向孔雀河输，取决于其上游开都河的入水量和博斯腾湖的水位状况。研究结果显示，当博斯腾湖水位达到1 046.5 m左右时，湖泊水域面积为 1 018.8 km2，库容为 67.92×108m3，为博斯腾湖的合理生态水位[8]。这期间，博斯腾湖水位每升高或降低10 cm，相当于增加或减少库容1×108m3。因而，当博斯腾湖水位达到1 046.5 m以上时，可以从博斯腾湖向孔雀河实施生态输水，总体不会影响博斯腾湖供水及湖区生态。不仅如此，如果合理调度博斯腾湖水位，还有助于加速湖泊水体循环，有效降低湖水矿化度，改善湖泊水生环境。

从水文分析也可以看出[9-12]，在全球变暖背景下，水循环加剧，山区冰川积雪消融加快，博斯腾湖流域近期进入了一个相对丰水时段[12-13]（图2）。自20世纪90年代中期以来，博斯腾湖上游的开都河、黄水沟、清水河的来水量都较之前30 a有较大幅度的增加，增加量分别为25%、47.9%和37.9%。上游来水量的增加以及这两年对地下水井电双控措施的实施，使得博斯腾湖达到了合理生态水位（1 046.5 m），这些都为向孔雀河实施生态输水提供了有利条件。

2.2 向孔雀河生态输水的可行性分析

在过去5 a间（2011—2015年），塔里木河下游大西海子节点向下游泄水28.4×108m3，平均年下泄水量5.68×108m3，事实上已远超出塔里木河流域近期综合治理目标（3.5×108m3）。因此，从塔里木河调一定量水济孔雀河中下游生态不会影响塔里木河下游输水指标的完成。在输水过程中，可以联合调度塔里木河和孔雀河水源，在博斯腾湖处于低水位运行状况下，可以采取“引塔济孔”方案，调塔里木河水济孔雀河。

在输水通道上，孔雀河中下游与塔里木河近乎平行，有多条通道可以借助工程措施连通塔里木河和孔雀河。这里重点介绍三条路线，即北线：引塔里木河干流水经沙子河调水入孔雀河中游的普惠水库，调水线路长160 km；中线：从塔里木河干流经乌斯曼枢纽，沿乌斯曼河经塔里木河水库或水库库外渠向孔雀河中、下游输水，调水线路长110 km；南线：经阿其克枢纽，沿渭干河与恰阳河引水至66分水闸，向孔雀河下游输水，调水线路长约25 km。恰阳河输水路径最短，但需要一定河道疏浚。

图2 博斯腾湖流域山区来水量变化

2.3 生态输水量、线路及时间的选择

在输水路线上，从博斯腾湖输水有西线和东线两条输水路线，调塔里木河水有北线、中线和南线三条路线（图3）。

2.3.1 调博斯腾湖水济孔雀河

西线：即由孔雀河第三分水枢纽，经普惠水库向孔雀河中下游输水。这一输水路线经过孔雀河流域中游主要灌区，可以有效缓解各绿洲区因河道断流和地下水超采造成的地下水位下降的问题，并对绿洲区自然植被的生态需水保障有实际意义，也能够带来良好的社会效益与经济效益。但是，输水过程中有两方面问题要注意，一是，在河水进入普惠水库库区附近时，由于河道淤堵淹埋严重，加之大片湿地被开荒，河水行进缓慢，河损严重；再是，在普惠水库至尉犁县城段的106 km河段，以及尉犁县城以下至66分水闸段，由于河道多年断流和绿洲区地下水过量开采，河水下渗严重，河损大，输水进程迟缓。为此，可以考虑把西干渠作为本路线的补充，以加快这一路线的输水进程，然而，西干渠流量较小，过水能力有限，对输水的补充是极为有限的。

图3 孔雀河生态输水路线示意图

东线：即由第一分水枢纽，经西尼尔水库由东干渠输水至孔雀河下游。整个东线输水通道完整，第一分水枢纽沿东干渠至66分水闸仅55 km，输水线路快捷可行，可以直接输水至下游。这一输水路线有效地利用了流域较为完备的水利设施，通过流域内防渗输水干渠-东干渠向孔雀河下游实施生态输水，输水线路更短，沿途损耗更小，输水效率更高，同时，沿干渠水量监测管理相对完善，容易对输水进程和水量进行管理和及时调整。

2.3.2 调塔里木河水济孔雀河

从塔里木河调水有北线（沙子河）、中线（乌斯曼河）和南线（恰阳河）方案可选。北线：从沙子河调水入孔雀河，缺点是调水线路长，达160 km，沿途河损大；中线：从乌斯曼河向孔雀河中下游输水，调水线路也较长，约110 km；南线：经恰阳河引水至孔雀河，虽然调水线路短，约35 km，但恰阳河需要一定河道疏浚，加大过水能力。

（1）北线：是在塔里木河干流洪水期，从沙子河生态引水闸引水，沿沙子河故道输水至普惠水库，之后经由普惠水库向孔雀河下游实施生态输水。每年夏季，塔里木河干流会有为期近1个月的洪水期，干流来水会显著增加，包括沙子河生态引水闸在内的各干流生态引水通道可实现引水。沙子河故道形态基本保留，塔河干流沙子河生态引水闸口功能完好，引塔里木河干流水经此向孔雀河实施生态输水是可行的。这一生态引水输水路线充分利用了塔里木河干流的洪水与干流生态引水设施，通过跨流域调水，可以有效缓解流域水资源时空分布差异造成的管理型与工程型缺水，有助于实现各流域间的“丰枯互济、空间互调、优势互补”，增加流域水资源利用的有效性。同时，经由这一输水路线向孔雀河调水并实施生态输水，可以兼顾塔里木河干流中游北岸数十公里荒漠河岸林植被的生态修复与生态水补给，具有较好的生态效益。但是，输水路线较长，下泄生态水沿途损耗较大，输水效率相对较低，输水成本较高。

（2）中线：通过塔里木河干流乌斯曼分水枢纽，在塔里木河干流洪水期经乌斯曼河故道，流经塔里木水库至孔雀河，经尉犁县城向66分水闸和孔雀河下游实施生态输水。塔里木河干流乌斯曼枢纽在经过近期综合治理改建后，功能完备且引水过水能力显著提升，并可以实时监控来水及引水量。这一输水路线充分利用了塔里木河干流的生态引水设施，可以实现在不影响干流下泄水任务的情况下合理调水。同时，经由这一路线的生态输水同样可以兼顾到塔里木河干流中游中下段北岸荒漠河岸林的保育修复，对塔里木河干流的生态保育，特别是距离干流河道较远的胡杨林保育具有较好的生态效益。

（3）南线：通过塔里木河干流阿其克分水枢纽，经渭干河、恰阳河故道至66分水闸向孔雀河下游实施生态输水。这一输水路线是“引塔济孔”方案中三条路线里最短的一条，由塔里木河干流分水枢纽至孔雀河66分水闸仅有约35 km，沿途灌区较少，因下渗和可能发生的灌区沿途取水造成的输水水量损失相对较低。个别区段需要进行疏浚整治，尤其需要对河道部分狭窄瓶颈处进行整治，以提升过水能力，保证生态输水水头，提高过水能力。另外，因为多年断流，原有孔雀河近66分水闸及恰阳河河道部分区段有当地居民拦蓄水建成的土坝，在输水前需要拆除，以保证生态水下泄。

2.3.3 输水量与输水时间

当博斯腾湖水位在1 046.5 m以上时，可以考虑从博斯腾湖向孔雀河实施生态输水（0.5～1.0）×108m3，水位变化幅度在5～10 cm间。西线经第三分水枢纽、普惠水库至尉犁县城以下，与乌斯曼来水汇合，计划输水0.6×108m3。东线为由第一分水枢纽，经库—塔干渠、东干渠向孔雀河下游输水，计划输水0.4×108m3。在保证向塔里木河下游输水3.5×108m3基础上，建议采取“互补互济”原则，将多余水量调往孔雀河，拯救濒临死亡的孔雀河胡杨林生态系统。在前5 a，主要通过中线的乌斯曼河与南线的恰阳河输水，输水量比例为6∶4，即60%从中线输水，40%从南线输水。

在输水时间和输水量上，年内的输水时间应与农业用水时间错开，以8月底—9月为宜；在输水间隔上，由于目前地下水位埋深较大，胡杨林处于垂死状态，建议前五年频次加密，在水源条件满足情况下，每年输水一次；在水源条件难以保证条件下，可以每2～3 a输一次水，输水水量在（1.5～2）×108m3左右。

3 提高生态输水效益的建议

3.1 加快实施河—湖—库水系连通工程，提升水资源对生态环境与经济社会发展的支撑保障能力

孔雀河作为塔里木河的姊妹河，其中、下游河道与塔里木河干流河段基本平行，具有河—河连通的自然条件。事实上，在历史上，塔里木河与孔雀河也是自然连通、可以互为补给的[14-15]。建议加快实施河—湖—库水系连通工程，依托塔里木河、孔雀河流域水系和已建水利工程设施，采取工程与自然相融合的原生态设计理念，借助现有河道、沟、渠，辅以桥、涵、闸等工程措施，构建引、蓄、灌、排相结合的河—湖—库连通水系网络工程体系（图4）。在流域内和流域间形成河—河连通，河—湖连通、河—库连通与湖—库连通的新局面，通过水系连通性的增强，使流域能够实现水资源丰—枯互补、河—湖—库互济、区域空间与各河流间互调，增强流域水资源承载力与水系网络的稳定性，缓解水资源空间分布不均、水土资源不匹配、生态用水紧张引发的矛盾，提升水资源对生态环境与经济社会发展的支撑保障能力。

图4 孔雀河—塔里木河河—湖—库连通示意图

3.2 河道疏浚，提高输水效率

孔雀河中下游自然坡降很小，部分河段由于长期断流风沙淤积河床整体抬高，河道周围农区人为在河道内设置的一些土坝土埂，增大了水流运行的阻力致使水头运行缓慢、停滞甚至倒流，增加了河损。而且，由于长期河道断流，部分河段内生长有比较茂密灌草植物，阻滞水流下泄，滞缓了生态输水阶段任务的完成[16-17]。孔雀河第三分水枢纽至普惠水库包头湖段的堤防比较薄弱，并且河床内生长有大量的芦苇等杂草，在本次输水中，在35 m3/s的流量下即发生了漫滩现象，严重妨碍水量足额下泄，与其应具有的150 m3/s的泄洪流量相差甚远，建议相关部门组织清淤。对于在此次输水过程中，水头前进比较慢甚至倒流的河段，如66分水闸口上下河段进行勘察，查明本次输水水流迟滞原因，采取必要措施加以疏通和输水方式和线路上的调整。

2016年合计从塔里木河调水约1.08×108m3。然而，实际流入孔雀河生态水量为却仅为0.32×108m3，按此计算，由塔河调水汇入孔雀河的沿途水量耗散达70%。虽然沿途耗散的水补充了当地的地下水，但对于亟待拯救的孔雀河中下游天然植被来说，这无异于劫夺了它的“救命水”，从而一定程度上削弱了河—河水系连通、互济互补、联合调度生态输水的实施效果。因此，为保障引塔济孔主要线路——乌斯满河向孔雀河输水通道和恰阳河向孔雀河输水通道的畅通，提高输水效益，建议尽快对输水线路实施必要的清淤疏浚、拆障等措施，增大输水通道的过流能力。在水情允许的条件下，增大“引塔济孔”水量，以确保生态输水能够更多到达孔雀河下游，从而加快输水目标实现。

3.3 建设生态引水的通道与闸口，提高输水效益

孔雀河中下游河道坡降小，且河道断流多年失修，河道过水能力明显不足，加之两岸开荒过程中私自挖口、堵坝，河床内修路、打井等问题突出，对生态输水的进程影响极大；再则，沿自然河道实施的生态输水对地下水及两岸胡杨的保育恢复范围有限，加之孔雀河沿河缺少能够实施生态引水的闸口与相关设施，从而限制了借生态输水契机增大生态受水面积与胡杨恢复范围的实施，同时也弱化的生态输水的绩效。为此，建议对孔雀河第三分水枢纽以下至一道坝主要河道以及输水通道，除采取综合疏浚整治，提升河道过水能力外，还可以依据地势与自然植被分布特征，加快建设生态引水枢纽及分水闸、堰、人工调控河水漫溢，以扩大生态受水面积和输水效益。在输水过程中，可以先通过沿自然河道输水，抬升河道附近地下水位，拯救河道两岸垂死的天然植被，进而借助一定工程措施或沿河道架泵泵水，从而扩大输水的生态效应。