塔里木河下游生态输水后地下水的响应分析

王建宏

（新疆维吾尔自治区塔里木河流域干流管理局）

1 研究背景

塔里木河全长约2 100 km，是中国最大的内陆河，由于近几十年对中上游地区盲目无序的开垦，导致塔里木河水量大幅度减少。参照1959、1983年的航片资料，24 a中塔里木河干流区沙漠化程度上升15.60%，其中下游的沙漠化程度最为严重。台特玛湖是塔里木河的终点湖泊，1972 年塔里木河的下游河道断流，塔里木河面积迅速减少，直至消失在沙漠中，随着台特玛湖湖水的干枯，周围植物成片死亡，周围村庄消失。台特玛湖的干枯敲响了中国生态保护的警钟，自2001 年6 月开始，中国国务院发布《塔里木河流域近期综合治理规划报告》，随后国家开展对塔里木河流域的治理工作，陆续投资一百多亿元，挽救塔里木河下游区域生态环境。随着针对塔里木河综合治理工作的不断推进，截至2017年底，新疆先后18次向塔里木河下游进行输水总数水量达到68.80 亿m3。为了探究塔里木河下游生态输水后地下水的响应关系，对响应关系进行分析。塔里木河下游生态输水资料见表1。

表1 塔里木河下游生态输水资料表

2 研究区概况

2.1 研究区确定

塔里木河流域位于我国新疆地区，见图1。塔里木河下游区域从卡拉水文站到台特玛湖，塔里木河在大西海子水库有两个分支，南面为老塔里木河，北面为齐文阔尔河，两河流在阿拉干进行交汇，生态输水从大西海子水库开始，流经齐文阔尔河，研究在齐文阔尔河段建立6个地下水监测点，主要研究英苏区域监测断面的地下水响应过程。监测区域是下游输水的核心区域，分布有怪柳、胡杨、骆驼刺、甘草及芦苇等植物。英苏区域四季分明，降雨量非常少，昼夜温差较大，水分蒸发量较多，是典型的暖温带大陆性干旱气候。

图1 研究区英苏断面的地理位置情况图

2.2 研究区地质及监测井分布情况

塔里木河下游经过漫长的发展，河水携带大量泥沙在河流流通中不断堆积，形成非常厚的第四系松散沉积层，英苏地区由于受到沉积作用及周围沙漠环境影响，其地下岩层分布见图2，主要由细沙、粉砂、粉质粘土、粉土组成。英苏地区齐文阔尔河段宽约30 m，监测井的布置如图2 所示，距离齐文阔尔河段约59、231、300、500、750、1 050 m 处分别布置编号为C3、C1、C4、C5、C6、C7 监测井，监测井井深范围在8～17 m 之间，监测齐文阔尔河段周围1 050 m范围内的地下水埋深变化情况。

图2 研究区英苏断面地质情况及监测井布置图

3 数据测量方法

地下水的运动方式主要分为纵向径流和横向径流两种，纵向径流主要受所在区域地质地形控制，横向径流主要受周围河流水位影响。为了分析塔里木河下游生态输水后地下水的响应过程，所以文章主要研究地下水的横向径流运动，在对塔里木河下游进行输水时河水位高于地下水位，这时就形成了以河道为中心的横向径流，离河道越近横向径流的速率越快。为了详细掌握英苏监测断面的地下水变化情况，收集2001-2017年塔里木河下游输水量及地下水埋深监测资料。

4 塔里木河下游生态输水后地下水的响应分析

4.1 塔里木河下游地下水和附近植被之间的关系

英苏区域是典型的暖温带大陆性干旱气候，年降雨量比较少仅为30～60 mm，年蒸发量比较高可以达到2 500～3 000 mm。区域内植物主要依靠地下水供给生长，也是下游植物赖以生存的保障。植物的生长对地下水埋深要求较高，只有合适的地下水埋深，植物才能够健康生长，因此地下水是英苏区域植物生长发育的重要限制因素。下游生态输水后齐文阔尔河段地下水位变化明显，随着地下水位变化，天然植被逐渐恢复。2017年对英苏区域植物进行实地调查，绘制地下水位和植物覆盖度关系图见图3，两者的相关性R2=0.607 9。

图3 地下水位和植物覆盖度变化趋势图

4.2 生态输水后水量变化分析

2001 年建立塔里木河下游生态输水绿色走廊，随着18 次向塔里木河下游进行生态输水，逐渐恢复重建受损的塔里木河下游生态系统。截至2017 年底，新疆先后18 次向塔里木河下游进行输水总数水量达到68.80 亿m3。总输水天数共计1 623 d。塔里木河生态输水的源头是博斯腾湖，在进行输水时其水位变化将直接影响下游水位的变化。对博斯腾湖水位变化进行分析，发现其水位变化趋势和下游输水量变化趋势基本相符，在2001-2003 年、2010-2011 年、2015-2017 年博斯腾湖水位较高，同时生态输水量逐渐增加。在2004-2009 年、2012-2014博斯腾湖水位逐渐降低，生态输水量相应减少。

4.3 生态输水后地下水埋深变化

4.3.1 不同监测井各年份的地下水埋深变化

对2001-2017 年生态输水后英苏断面监测井的地下水埋深变化数据进行分析，发现英苏断面地下水的排泄方式是通过潜水蒸发和植被蒸腾进行的，在各年份均呈现出缓慢平稳递减，总体来讲生态输水后地下水的排泄方式较稳定，有个别年分的个别月份变化较大，主要是由于该时期降雨量较少，地表水蒸发增加，地下水主要依靠生态输水供给，所以产生数据波动，从数据分析可以看出，地下水的埋深变化趋势和生态输水变化趋势一致，呈现出正相关关系。多年数据表明，2011年时地下水位埋深最低，2009 年地下水位埋深最高，主要原因是2008 年塔里木河流域发生特枯，集中的水量主要用于向塔里木河泄洪，没有向下游进行生态输水。

生态输水后英苏断面各监测井个埋深变化量见表1，从表1 数据可以看出2001-2007 年连续生态输水后，地下水的埋深逐渐变小，地下水位上升明显。在2004年生态输水时，输水量增加，而地下水埋深值增大，分析主要原因是，对铁干里克乡输水灌溉量增加，相应减少塔里木河下游的输水量。2008 年为特枯期，没有进行生态输水，所以编号C3、C1、C4、C5监测井埋深呈增加趋势，而编号C6、C7监测井埋深减少的主要原因是由于水位差产生侧向补流，水位上升。2009年输水量较少，输水量小于潜水蒸发和植被蒸腾量，地下水位埋深增加。2010-2013年相应增加生态输水量，地下水位上升。2014年源头水资源匮乏，输水量较少，地下水位埋深增加。2015-2017年源头水量充足，地下水位升高。

4.3.2 各监测井同一年份的地下水埋深变化

表1 生态输水后英苏断面各监测井个埋深变化量表

分析2001-2017年各监测井的埋深数据，得出在各监测井监测范围内，地下水的埋深值在0.65～9.06之间。C1监测井由于地势原因，地下水埋深随着输水年限增加呈现出先增加后减少的变化趋势，其他监测井变化趋势均是随着输水年限的增加埋深逐渐减少。地下水埋深值最大的一年是2009 年，埋深值最小的一年是2011 年。并且随着距离河岸距离减少，地下水位逐渐上升，呈线性递减关系。

续表1

5 结语

地下水位埋深随着输水年限的增加呈现出较匀速的递减；研究断面（英苏断面）距离河段较近的监测点相应区域输水后地下水的响应具有时间同步性，距离河岸较远监测点相应区域输水后地下水的响应时间上具有一定滞后性，要持续数月或几年才能有明显表现；距离河岸越近，地下水水位越高。为了保证生态输水质量并获取最大生态效益，生态输水量要充足且具有一定周期连续性。