玛纳斯河生态特点与保护原则

周吉军

(新疆兵团勘测设计院(集团)有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830002)

新疆玛纳斯河流域是屯垦戍边开发最早的地区，现已形成316.3万亩的灌区和石河子市等新兴城镇，人口密集、绿洲经济发达，其开发建设模式在新疆中小河流域具有代表性[1]。随着灌溉规模的发展，流域的生态环境也发生了相应的变化，人工绿洲拓展了人类生存空间，下游河道断流和尾闾湖泊萎缩甚至干涸引起了自然生态的退化。1999年流域特大洪灾之后，提出兴建肯斯瓦特水利枢纽工程解决流域防洪安全问题，一座大型山区水库的建设势必增加人类对水资源的控制能力，如何权衡发展与保护的关系，如何规范人类用水行为，如何确定人与自然和谐相处的合理状态，是工程规划设计必须回答的关键问题。工程论证过程中以防洪减灾和水资源优化配置为工程主要任务，以遏制河湖生态进一步退化为基本原则，按照尊重河流水文特征控制生态基流、尊重河流生态特点确定敏感保护目标、尊重发展现实控制经济社会用水总量的规划设计思路，非常值得借鉴。

1 河流水文特征与生态基流控制

1.1 河流水文特征

玛纳斯河发源于天山北坡，由南向北流入准噶尔盆地腹地，红山嘴断面以上集水面积5156km2，多年平均年径流量13.16亿m3，是盆地南缘最大的一条河流[1]，在天山北坡绿洲带具有典型代表性。玛纳斯河从高山流向盆地，呈现出径流形成、运移转化、蒸发散失的水循环过程。按照河流生态健康一般原则来看，河道断流是河流不健康的表现[2]，但西部内陆干旱区的玛纳斯河有其特殊性。

从水文条件看，天山北坡河流的径流量年际变化都不大，但年内分配丰枯悬殊，玛纳斯河肯斯瓦特站曾实测到夏季洪峰流量1095m3/s，冬季最小流量仅为5.98m3/s，这个流量不可能流到尾闾，冬季断流几乎年年发生，是典型的季节性河流。实际上，即使是实施生态补水的塔里木河，下游冬春季断流也是常态[3]。

从河流沿线地质情况看，从肯斯瓦特水库坝址下游3km处直至河源，河道均为基岩河床，地表径流处于累积增长状态，全年不断流，基流控制是必要的。坝址下游3km处至红山嘴河段，穿越东西展布的巨型向斜构造带，带内沉积巨厚的第四纪砾岩及砂卵石，具强透水性，小流量进入此河段不久即大部分渗失，冬季常见河床断流现象。红山嘴断面有垂直河道东西向展布的背斜构造，河底出露地层为第三纪泥岩，不透水，受其顶托，不仅河床自身潜流溢出，而且有左右两侧山间洼地地下水以高位泉方式溢出并汇入玛纳斯河，此河段5km范围内常年有水，冬季流量基本稳定在4～5m3/s。红山嘴之后河流进入冲洪积扇，因存在山前断裂，基岩面急剧下降，河床砂卵石巨厚，河水再次大量入渗，冬季断流也是常态。在下游扇缘地带河床质变细，渗透能力降低，再次以平原泉水方式出溢，泉水溢出带东西展布，平原水库多修建在此条带下游侧，在灌区地下水没有大规模开发利用的50—60年代，泉水沟均以玛纳斯河河道为归宿，这个特点与天山北坡其他山溪性河流类似。

从人工干预过程看，随着屯垦事业发展，特别是大泉沟和夹河子等平原水库建成后，夹河子水库以下直至小拐河段，每遇枯水年泄洪量和泄洪时段都极为有限，河道不仅冬季断流，而且会出现全年断流。

所以，本河流的生态基流控制不能忽视其自然本底特点，必须分河段、分季节区别对待。枯水期应控制基岩河床段不断流，洪水期重点控制夹河子水库断面泄放一定的水量，维持下游河道及玛纳斯湖的生态用水。

1.2 生态基流控制

肯斯瓦特水库坝址断面多年平均流量为38.7m3/s，下游有3km左右的常年不断流河道，泄放生态基流是必要的。按照枯水期不少于年均流量的10%、丰水期不少于20%控制，流量分别为3.87、7.74m3/s，以此作为水库规模论证和径流调节计算的边界条件。为了保证小流量连续泄放，水库电站特设一台生态机组常年运行，并进行在线监控。

夹河子水库断面以下的生态水量控制，与流域下游河湖自然生态状况密切相关，如果退化严重则应考虑生态修复，如果下游生态变化处于可接受状态且比较稳定，则应以现状经济用水总量不增加作为控制条件，保证平水年和丰水年汛期不断流，以遏制下游生态进一步恶化。根据有关研究成果，玛纳斯河流域灌区耕地景观持续向好[4]；在河流两岸、沙漠与人工绿洲之间依靠天然降雨生存的沙生植被覆盖度没有明显退化，依靠封育禁牧禁樵保护的白梭梭等生长良好；玛纳斯湖湿地植被覆盖度在20世纪60年代大规模退化，临近的一些原来的低覆盖度区转化为人工绿洲高覆盖度区，形成此消彼长的生态环境效应，但湖区植被枯死、湖盆裸露成为风沙源，而且研究发现湖水的暂时充盈并未引起周边植被明显恢复[5]，因此判断流域下游(湖区除外)的生态状况近50年来基本稳定，所以维持现状是可以保证下游生态安全的。根据1970—2006年夹河子水库运行管理资料，统计该断面历年实际泄水情况，得到间断性泄水系列，有些年份为“零排放”，而1999年下泄水量就达到6.39亿m3，使玛纳斯湖再现于沙漠边缘。经统计，泄水量的多年均值为6556万m3，虽然仅占红山嘴断面径流量的5%，仍然具有极大的生态价值。因此，水利和环保专家从现实可能性和遏制自然生态恶化必要性考虑，提出流域水资源管理及全流域工程调度运行应在流域机构监管下，实施在线监测，以不少于现状下泄水量6556万m3作为刚性约束，防止山区水库建成后降低下游生态水量，通过依法依规管理解决生态保护问题。虽然是权宜之计，但也为下游生态保护建立了一个新的红线保障，从最近十几年管控情况看，约束效果良好，湖区至今仍然维持一定的水面面积。

2 河流生态特点与敏感保护目标确定

2.1 河流生态特点与鱼类保护

河流源头是海拔5000m以上的冰川，肯斯瓦特水文站以上河段穿行于高山峡谷，两岸陡峻，河谷深切，河床基岩出露，鲜有河谷林，两岸支沟及阶地分布稀疏乔木和灌木，河中生长珍贵的高山冷水保护鱼种：新疆裸重唇鱼；肯斯瓦特至红山嘴河段穿越第四纪沉积的向斜洼地，河谷两岸分布依靠降水生存的灌木，河床为裸露的砂砾石，没有植被；在红山嘴以上5km左右河段，受玛纳斯背斜泥岩顶托，河床泉水长年出溢，且有高位泉分布，河谷林发育；红山嘴至夹河子河段，两岸高阶地上广布耕地，河床砂卵石渗漏强烈，没有植被；夹河子水库以下直至小拐河段河床质颗粒逐渐变细，河岸低缓，河曲发育，芦苇等植被茂盛，主要依靠地下水生存；小拐以下直至玛纳斯湖两岸为沙漠景观，主要生长梭梭柽柳等沙生植物，河床萎缩且经常断流；尾闾玛纳斯湖已经干涸，现为盐矿[6]。

新疆裸重唇鱼，其产卵区为红山嘴以上泉水溢出河段，汛期洄游至坝址通过鱼类增殖站人工辅助实施保护，确定为玛纳斯河上游生态保护的敏感目标是非常必要的。

2.2 尾闾湖泊生态特点与保护原则

按照内陆河生态完整性角度看，尾闾湖干涸是河流不健康的表现[7]，但玛纳斯河有其特殊性。自20世纪90年代至今，有很多专家学者对玛纳斯湖的演变历史、干涸的原因、生态特征开展了持续深入的研究，研究空间范围扩展到整个盆地四周，研究时间跨度上溯到300年前的乾隆时期，这些研究成果对流域治理面临的生态问题思考具有启发作用，简要归纳为以下几个方面。

(1)研究发现，玛纳斯河不是此湖唯一的源流

历史上除玛纳斯河入湖之外，盆地南部的三屯河和呼图壁河、西北部的达尔布迪克河、北部的乌伦古河甚至额尔齐斯河都曾经是古玛纳斯湖(阿雅尔淖尔)的源流，受地壳运动、气候变化和人类活动影响，直到19世纪末20世纪初，才只剩下了玛纳斯河一条入湖河流[8]。从玛纳斯河流域来看，西侧临近的金沟河、巴音沟河实际上也是玛纳斯河的支流，只是一般年份没有水量下泄，下游已成为重要的绿洲农业区，但穿过灌区的排洪通道(河道)依然存在，1999年暴雨融雪型洪水期间，两河洪水与玛纳斯河洪水遭遇，造成洪水泛滥。所以说，玛纳斯湖区是准噶尔盆地最低洼的地方，也曾是诸多河流的归宿地，如果将玛纳斯湖作为流域生态敏感目标并提出恢复玛纳斯湖的任务，涉及的研究范围几乎涵盖盆地周边所有河流及其绿洲经济区，应慎重。

(2)研究发现，玛纳斯湖随气候变化曾经历过多次的充盈—干涸变化过程

这是通过研究湖底沉积和湖岸生物残留得出的结论，也就是说即使在农耕规模不大的时期，只要气候变化导致入湖水量变化，湖泊就相应随之变化，天然来水过程主导了湖泊水面大小[9]。1999年是最近一次充水，当年玛纳斯河出现50年一遇洪水，年径流量达到18.8亿m3，是均值的1.5倍，上游用水没有减少，但湖水面依然恢复到60km2以上。所以仅靠人工干预维持某个规模稳定水面的想法，不符合自然规律。

(3)研究发现，玛纳斯湖是古玛纳斯湖萎缩后形成的若干个小湖泊之一

古玛纳斯湖面积很大，随着气候变化逐渐萎缩成若干个小的湖泊[10]，受地壳运动和河流冲淤变化，入湖河水在不同历史时期注入不同的区域，为核心位置多次变迁的迁移湖泊。1915年玛河改道向东进入的湖区位置，近代有详细记载，也是现代地图上显示的玛纳斯湖。1999年洪水形成的水面主要在小拐以下河段，此区域实际上也是古玛纳斯湖的组成部分。所以，准噶尔盆地底部区域广布的风沙源，是非常久远的历史过程形成的，成因非常复杂，如果像台特马湖一样作为生态保护目标，确定湖区位置和保护边界都很困难。

(4)研究证明，水土开发直接影响湖泊状态，但流域生态环境总体向好

研究人员查到了1863年清代北疆昌吉至玛纳斯县一带耕地面积达到95万亩时的湖面范围数据，发现湖面已大幅度萎缩；据玛纳斯河水利志记载，建国初期湖面面积约500多km2。此后流域屯垦快速发展，上游陆续新建了大量水利工程特别是平原水库，逐渐形成石河子等人口聚集区和诸多工矿企业，以人工绿洲为主的新生态环境格局逐渐形成。1962年灌溉面积达到265万亩时，玛纳斯湖再次完全干涸[10]。本次干涸得到了人们持续的关注，绿洲生态与自然生态合理边界的争论与研究一直在持续，特别是近年来借助卫星遥感影像资料的对比分析成果表明，人工绿洲成长与天然植被退化都存在，但流域植被覆盖度总体增加，是人与自然和谐共生状态[10]。

(5)玛纳斯湖区生态需要继续深入研究

通过对湖区周围生态环境的实地考察，发现湖盆内部广布盐矿，根据有迹可见的湖岸高程看，湖水矿化度很高，没有发现鱼类生长迹象，水生植物甚至枯死的残留根系都少有发现。在离开湖区一定距离，盐生及沙生植物如梭梭等至今生长良好，这些植被显然是依靠稀少的天然降水生存的，与湖水关系不大。可见，降水量100～150mm的玛纳斯湖区生态保护有其特殊性。

综上所述，虽然湖泊作为湿地的生态学意义不容置疑[11]，但因对流域大时间尺度下气候变化规律认识有限，面对已形成的流域经济社会发展局面，人们对恢复玛纳斯湖均持审慎的态度，至少在近期作为生态保护敏感目标尚不具备条件。

3 工程规划设计的生态保护原则

玛纳斯河流域地处极度干旱区，生态环境极度脆弱，在此背景下兴建山区大型水库，必须从全流域尺度考虑。通过河流水文特征、生态特征分析及流域生态演变回顾，结合流域经济社会可持续发展要求，对玛纳斯河流域用水建立明确的管控指标是非常必要的。近期应该遵循的生态保护原则是：第一要保证新疆裸重唇鱼这一珍稀水生生物物种延续；第二要维持河谷林及近岸植被不退化，保证汛期河流连续性、枯水期关键河段不断流；第三要保证下游河道多年平均输水量不减少，保持下游河湖生态现状并尽量维持1999年形成的“玛依湖”寿命。为此，山区水库规划设计和运行管理必须满足以下条件：

(1)肯斯瓦特水利枢纽工程建设必须在坝后同步新建鱼类人工增殖站，在工程运行寿命周期内，持续实施人工繁育工作，对土著珍稀鱼类进行种群保护，每年放流数量不少于50万尾。

(2)肯斯瓦特水库电站运营期间1台10MW的小机组24h不间断运行，下泄生态基流不小于3.87m3/s，并安装生态流量在线自动监测系统，进行实时监控，保证生态基流泄放。

(3)保证夹河子水库断面多年平均下泄河道水量不低于6556万m3，维持1970—2006年间的水平，并在库后设置生态水量监测断面，由流域管理机构监督落实，保证下游河道和尾闾湖泊生态不退化。316.3万亩流域灌溉面积不允许增加，地表水不增引，地下水实施管控，中水利用逐步加强，灌区通过产业调整和推广高新节水技术满足经济社会发展。

4 结语

(1)在流域生态安全前提下建设和管理玛纳斯河山区水库工程，符合人与自然和谐共生的发展理念，规划设计思路是完全正确的。

(2)确定生态基流和生态水量控制指标，应充分研究河流的自然本底特点，因河施策。

(3)河流生态敏感保护目标须慎重确定。本流域的珍稀鱼类保护很容易达成共识，但尾闾湖泊的保护必须实事求是，在没有更好的解决策略之前，遵循经济用水总量控制的原则是正确的。关于玛纳斯湖的保护，今后还需要深入研究。

(4)肯斯瓦特水利枢纽工程已建成运行，规划设计确定的生态保护原则和措施得到了很好的落实，尾闾湖泊已成旅游热点，山区水库兴利除害作用显著，决策效果良好。