塔里木河干流地下水变化动态研究

2020-09-29夏力哈尔俄坦

水利科技与经济 2020年9期

夏力哈尔·俄坦

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，乌鲁木齐 830000)

塔里木河流域地处干旱内陆区，其生态系统结构较为简单。近50年来，塔里木河流域在人类对水土资源和生物资源不合理地开发利用和区域气候炎热干燥双重驱动下，生态系统结构受到严重破坏和发生重大改变，致使流域水量锐减、生态环境恶化和土地盐渍化问题严重。进而引起地下水水温、矿化度、土壤湿度和温度等也发生相应的变化，湿地面积缩小，河道断流，河道附近地下水位连年下降，沙漠化日益严重，使深入塔克拉玛干沙漠的“绿色长廊”开始急剧萎缩。塔里木河流域生态环境、土地沙漠化等生态问题已引起国内外的广泛关注。

本文根据部分学者和专家的研究成果[1-3]和实际动态监测，从塔里木河地下水水温、矿化度、土壤湿度和温度、地下水位等方面重点分析和探讨塔里木河地下水变化动态规律，为塔里木河流域水资源的充分利用和流域的整体规划以及土壤盐渍化的防治和该地区进行的大规模生态恢复及重建提供一定的科学依据。

1 塔里木河基本概况

塔里木河流域地处新疆维吾尔自治区南部，干流始于和田河、叶尔羌河和阿克苏河的交汇处肖夹克，归宿于台特玛湖，干流全长1 321 km，北倚天山，西临帕米尔高原，南靠昆仑山、阿尔金山，三面高山耸立，地势西高东低。山区以下分为山麓砾漠带、冲洪积平原绿洲带、塔克拉玛干沙漠区，其地理位置位于E71°39′-E93°45′、N34°20′-N43°39′，流域多年平均天然径流量398.3×108m3，主要以冰雪补给为主。塔里木河从肖夹克至英巴扎为上游，河道长495 km；英巴扎至卡拉为中游，河道长398 km；卡拉以下至台特玛湖为下游，河道长428 km。塔里木河流域支流较多，最长支流是叶尔羌河，叶尔羌河长1 165 km，流域面积为4.8×104km2。其次还有阿克苏河、喀什噶尔河、和田河、开-孔河、迪那河、渭干河与库车河、克里雅河和车尔臣河等[4]。图1为塔里木河流域水系分布示意图。近50年来随着河水断流，加之无任何地表径流补给，地下水位大幅度下降，天然植被严重衰败，水生态问题日益凸现。尤其在人类对水土资源和生物资源不合理地开发利用和区域气候炎热干燥双重驱动下，对河流生态环境造成了重大影响。研究表明，自20世纪50年代以来，流域生态系统结构受到严重破坏和发生重大改变[5-9]。因此，全面对塔里木河流域地下水变化动态进行分析，提出相应治理建议，对水环境保护、区域经济发展都具有重要意义，为塔里木河水资源的充分利用和塔里木河流域的整体规划等提供一定的科学依据。

图1 塔里木河流域水系示意图

2 数据资料

本研究依据塔里木河流域主要环境地理特征和重要程度布设15个地下水动态监测断面，共98眼地下水水位监测井，通过塔里木河干流上中游地下水自动监测系统对塔里木河阿拉尔至台特玛湖河道两侧地下水位变化和地下水化学特征进行实时监测和采集分析。监测样点依次为阿拉尔、新渠满、英巴扎、沙吉力克、沙子河口、乌斯满、阿其克、铁依孜、恰拉、英苏/老英苏、喀尔达依/博孜库勒、阿拉干、依干不及麻、库尔干、台特玛湖，见图2和表1。

图2 塔里木河干流地下水监测站点示意图

表1 塔里木河河流监测断面基本信息

续表1

3 地下水变化动态

3.1 塔里木河地下水埋深变化分析

本研究通过塔里木河干流上中下游地下水自动监测系统，对塔里木河阿拉尔至台特玛湖河道两侧2014和2015年12个月各监测断面井号地下水埋深旬变化进行实时监测和采集分析。分别选取上中下游典型监测断面，即上游阿拉尔、中游铁依孜、下游库尔干来分析地下水埋深旬变化，见图3。

图3 地下水埋深旬过程图

由图3可以看出，2014年和2015年上中下游典型监测断面地下水埋深旬过程图趋势变化较相似，2015年较2014年8月份上升1 m，其他月份变化不大；上游断面监测井地下水埋深在1-3月份和8月份期间有抬升的趋势，说明上游在此期间河道来水，考虑为春季桃花汛和洪水期，且最大埋深为4 m，变化不大；中游断面监测井地下水埋深在8月期间有抬升的趋势考虑为洪水期，且最大埋深为3.6 m，变化不大，监测井地下水埋深抬升到最高值的时间相对上游断面滞后一些；下游断面监测井地下水埋深不断增大，这是由于下游伴随着地表径流的减少，塔里木河来水量不断减少。

3.2 地下水水温月平均值变化分析

各断面选取断面中间的一眼井作为多参数监测井。多参数监测井监测地下水水温参数，对多参数井阿拉尔A3、新渠满B3、英巴扎C3、沙吉力克T3、沙子河口L3、乌斯满D3、阿其克E3、铁依孜W3、英苏F4、老英苏F8、喀尔达依G4、博孜库勒G9、阿拉干H4、依干不及麻I4、库尔干J4进行2014和2015年12个月塔河地下水水温数据统计及趋势分析。见图4。

图4 地下水水温月平均值变化图

从地下水水温月平均变化图可以看到，2014和2015年地下水水温趋势变化较相似，变化幅度较小，总体保持在10℃～14℃之间。其中沙子河口L3、喀尔达依G4、沙吉力克T3数据由于温度传感器故障，跳跃幅度较大。

3.3 地下水矿化度月平均值变化分析

各断面选取断面中间的一眼井作为多参数监测井。多参数监测井监测地下水矿化度，对多参数井阿拉尔A3、新渠满B3、英巴扎C3、沙吉力克T3、沙子河口L3、乌斯满D3、阿其克E3、铁依孜W3、英苏F4、老英苏F8、喀尔达依G4、博孜库勒G9、阿拉干H4、依干不及麻I4、库尔干J4进行2014和2015年12个月塔河地下水矿化度数据统计及趋势分析。见图5。

图5 地下水矿化度月平均值变化图

从图5可以看出，2014和2015年地下水矿化度趋势变化较相似，变化幅度较小，两年的矿化度值变化不大。这是由于矿化度和电导率值、水温等数值密切相关，而这些参数两年变化不大，且矿化度与电导率值为线性关系。

3.4 土壤温度月平均值变化分析

多参数监测井监测土壤温度，对多参数井阿拉尔A3、新渠满B3、英巴扎C3、沙吉力克T3、沙子河口L3、乌斯满D3、阿其克E3、铁依孜W3、英苏F4、老英苏F8、喀尔达依G4、博孜库勒G9、阿拉干H4、依干不及麻I4、库尔干J4进行2014和2015年12个月塔河土壤温度数据统计及趋势分析。见图6。

从土壤温度月平均变化图可以看到，2014和2015年土壤温度趋势变化较相似，变化幅度较大，峰值集中在7-8月份。这是由于土壤温度受外界温度变化的影响较大，随着空气温度的升高而变大，随着空气温度的降低而变小。

3.5 土壤湿度月平均值变化分析

多参数监测井监测土壤湿度，对多参数井阿拉尔A3、新渠满B3、英巴扎C3、沙吉力克T3、沙子河口L3、乌斯满D3、阿其克E3、铁依孜W3、英苏F4、老英苏F8、喀尔达依G4、博孜库勒G9、阿拉干H4、依干不及麻I4、库尔干J4进行2014和2015年12个月塔河土壤湿度数据统计及趋势分析。见图7。

图6 土壤温度月平均值变化图

从土壤湿度月平均变化图可以看到，2014和2015年土壤温度趋势变化较一致，土壤湿度总体变化不大，所有土壤湿度值不大于1%。

4 地下水变化动态原因浅析

通过塔里木河干流上中下游地下水自动监测系统，对塔里木河阿拉尔至台特玛湖河道两侧2014-2015年各监测断面井号地下水埋深旬变化进行了实时监测和采集，分析原因如下：

上游断面监测井地下水埋深在1-3月份和8月份期间有抬升的趋势，说明上游在此期间河道来水，考虑为春季桃花汛和洪水期；中游断面监测井地下水埋深在8月份期间有抬升的趋势考虑为洪水期，监测井地下水埋深抬升到最高值的时间相对上游断面滞后一些；下游断面监测井地下水埋深不断增大，这是由于下游伴随着地表径流的减少，塔里木河来水量的不断减少。

塔里木河地下水动态为单一的渗入蒸发型[1]，其动态变化受气象、水文等因素的影响，但主要受塔河干流下放生态水的严格控制[10]。当干流来水量增加时，河流水位高于地下水位，河流水位补给地下水，水位上升明显，随着时间延长，水位上升缓慢甚至趋于稳定；但中下游水量大量散失，受研究区河道水文地质的影响，补给量微乎其微；长时间断流时，河道无水，地下水位埋深较深，不能及时补给河道。另外，塔河源流区和上中游地区人类过度的土地开发，上中游地区的耕地面积急剧扩大，灌溉用水量剧增，导致下游水量骤减，甚至下游河道的长期断流，地下水位持续下降，绿色走廊的生态环境日趋恶化，胡杨林与灌草植被衰退死亡，沙漠化迅速发展[11]。