台特玛湖适宜湖面研究

王光焰 徐生武 谢志勇

(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 库尔勒 841000)

塔里木河流域是我国生态环境最为脆弱的地区之一[1-2]，20世纪50年代以来，由于塔里木河上中游耕地面积的快速扩张，水资源消耗日益加剧，导致下游来水锐减，两岸植被严重衰竭，沙漠化加剧，台特玛湖干涸，生态环境急剧恶化[3]。台特玛湖自古就是内地通往中亚和新疆的战略通道，其沙漠化演替势必会对陆上交通安全均构成威胁[4]。为遏制塔里木河流域生态环境持续恶化，协调流域水资源、实现流域生态保护和经济稳定发展，2001年中国政府投资107亿元，对塔里木河流域进行全面管理[5-8]。2011年塔里木河实施管理体制改革，从此源头区子流域由塔里木流域管理局统一管辖，综合治理效果得到进一步提升。截至2018年，塔里木河流域已进行了19次生态输水，下流的生态水量呈现增加的趋势，更多的水汇入台特玛湖，流域综合治理的成效显著。

国内关于塔里木河下游及台特玛湖的研究已取得较多成果[9-10]。如陈国亮[11]指出1972年以来台特玛湖干涸，塔里木河生态输水前后，台特玛湖湖面年际、年内变化较大。生态输水工程的开展使台特玛湖面积逐年递增，两岸植被得到恢复；王雅梅等[12]通过调查研究生态输水前后台特玛湖植物的多样性变化，发现生态输水后该区域植被多样性明显增加。然而以上研究多集中探究了塔里木河下游生态环境对生态输水的响应，台特玛湖生态功能和生态定位尚未完全明确，且针对台特玛湖适宜湖面面积的研究较少。因此，本文以当前塔里木河下游及车尔臣河水量特征为参考，基于入湖水量提出台特玛湖初步适宜面积，为今后塔里木河流域综合治理提供了科学依据及重要参考。

1 研究区概况

台特玛湖位于若羌县北约50km处，地处塔里木盆地东南缘，其西侧为塔克拉玛干沙漠，东侧为库鲁克沙漠且东距罗布泊干涸湖盆约175km，南临阿尔金山，是塔里木河和车尔臣河的尾闾湖，过去曾与罗布泊相通[12]。在《新疆图志》(1911年)中，台特玛湖被称为“阿不旦海子”或“黑风海子”。从历史上看，台特玛湖的主要水源来自塔里木河，车尔臣河、瓦石峡河、若羌河以及米兰河等阿尔金山诸河水量也汇入其中，湖泊范围最大时台特玛湖可循塔里木河古道东入罗布泊[13]。研究区属干旱大陆性气候，年均降水量25mm，年极端最大降水量118mm；年均蒸发量2920mm，最大蒸发量3368mm。区域自然植被主要以红柳、芦苇为主，其他植被有胡杨、梭梭和骆驼刺(见图1)。

图1 台特玛湖地区示意图

2 基本数据与研究方法

2.1 数据预处理

本研究利用ENVI软件对研究区Landsat/TM数据以4、3、2三波段假彩色合成，这样植被表现为红色，积雪为白色，水体为蓝色或黑色，沙漠为浅棕黄色，盐碱地则呈现由清白到青灰色调。

2.2 河损的计算

基于水量平衡原理，河段耗水应是上断面来水与下断面径流的差值，即

W耗=W上-W下

(1)

式中W耗——河段耗水量,亿m3；

W上——上断面来水量,亿m3；

W下——下断面年径流量,亿m3。

根据塔里木河干流水量消耗特点，河段耗水主要包括国民经济引水、生态引水及河道自然耗散，因此有以下水量平衡公式：

W耗=W经济+W生态+W河损

(2)

式中W耗——河段耗水量,亿m3；

W经济——国民经济引水量,亿m3；

W生态——生态供水量,亿m3，包括农业引水的生态分洪和生态闸纯生态引水量；

W河损——径流在河道运移过程中水量的自然损耗,亿m3，主要包括蒸发、渗漏和漫溢。

3 结果与分析

3.1 下泄水量与湖面面积关系

塔里木河干流大西海子下泄水量是台特玛湖主要的水量补给来源，为明确台特玛湖适宜面积，应首先对大西海子水库下泄水量与湖面面积的关系进行分析。2000年之前塔里木河下游断流，无水注入台特玛湖，自2000年开始，随着流域综合治理的实施，大西海子水库开始向下游进行生态输水。水量监测数据显示，2000—2016年间,大西海子下泄水量为58.47亿m3，平均每年下泄3.44亿m3，入湖水量共3.4亿m3(见图2)。其中，2000—2006年间，大西海子水库共下泄22.81亿m3，年均下泄3.26亿m3，但入库水量仅为0.56亿m3，台特玛湖平均湖面面积为51.14km2，且湖面面积总体呈现增加趋势；2007—2009年间干流来水总体偏枯，大西海子水库下泄水量仅0.24亿m3，台特玛湖湖面面积呈减少趋势，2009年台特玛湖接近干涸；2010年以后，塔里木河干流来水总体偏丰，大西海子下泄水量达到35.41亿m3，年均下泄5.06亿m3，入库水量达到2.84亿m3，湖面面积平均为235.7km2(不包含2012年)。为明确大西海子水库下泄水量、入湖水量与台特玛湖湖面面积的关系，利用2000—2016年相关数据，分别拟合三者关系(见图3和表1)。根据图3和表1，大西海子下泄水量与入湖水量、大西海子下泄水量与湖面面积、入湖水量与湖面面积均呈现出显著或极显著的正相关关系，其中入湖水量与湖面面积拟合关系最好(R2=0.8166)。

图2 2000—2016年大西海子下泄、入台特玛湖水量及湖面面积(含车尔臣河下游湖区)变化

表1 大西海子下泄水量、入湖水量及湖面面积(含车尔臣河下游湖区)拟合方程

3.2 车尔臣河入湖水量计算

根据《且末县车尔臣河“一河一策”实施方案》，车尔臣河25%、50%和75%来水频率下的径流量分别为6.228亿m3、5.061亿m3、4.221亿m3。2015年巴州政府下发的《关于印发自治州实施最严格水资源管理制度“三条红线”控制指标的通知》(巴政发〔2015〕172号)中明确且末县车尔臣河流域2020年(近期规划年)用水总量指标为30366万m3。按照用水总量指标，在满足且末县国民经济用水后，车尔臣河25%、50%及75%来水频率下分别结余31944万m3、20244万m3及11844万m3。车尔臣河流域仅且末水文站有径流监测数据，缺失历史入台特马湖的水量以及入台特马湖河段的河道形态、土壤、地下水等资料，因此，在计算河道水量耗散时以塔里木河下游生态输水水量耗散资料为依据。根据“塔里木河干流(含台特玛湖)生态基流及最低生态水位”的研究结果，塔里木河下游生态输水水量耗散比例约为93%，由此计算出在25%、50%、75%的来水频率下河损水量分别约为29708万m3、18827万m3、11015万m3，而分别约有2236万m3、1417万m3、829万m3水量可进入台特马湖。

3.3 台特玛湖湖区适宜湖面面积

台特玛湖湖区(包括车尔臣河下游湖区和台特玛湖)适宜湖面面积的计算应以大西海子下泄水量及车尔臣河多年平均来水情况为参考，同时考虑维持台特玛湖湖区适宜湖面面积的可操作性，因此本文根据大西海子下泄水量及车尔臣河平枯年份的下泄水量探究了台特玛湖的适宜湖面面积。对于塔里木河下游，以大西海子3.5亿m3下泄水量为基准；对于车尔臣河主要考虑50%及75%来水频率下的入湖水量。参考大西海子下泄水量与入湖水量的拟合关系及历年塔里木河下游生态输水情况，大西海子3.5亿m3下泄水量条件下，入湖水量约为2530万m3。根据前文计算结果，在50%及75%来水频率下，车尔臣河分别有1417万m3、829万m3水量可进入台特玛湖。因此在大西海子下泄3.5亿m3与车尔臣河50%、75%来水频率下，总入湖水量分别约为4000万m3和3500万m3。参考塔里木河下游历年生态输水与湖面面积情况及入湖水量与湖面面积拟合公式，计算出湖面面积在168～193km2。但是，台特玛湖湖面年内变异较大。2018年3—12月，湖面水面面积呈现从增大到减小再到增大的趋势(见图4)。水面总面积从2018年4月的612km2减小为9月的103km2，随后增加到12月的570km2。在2018年，大西海子下泄水量7.05亿m3，但在8月和9月仍低于计算的168～193km2的平均适宜湖面。因此，在台特玛湖，维持月均湖面面积在168～193km2即可。基于以上分析，推荐台特玛湖湖区的适宜湖面面积为170～200km2。

图4 2018年3—12月台特玛湖湖面面积变化曲线

此外，在台特玛湖湖区(不含车尔臣河尾闾湖泊)，维持月均湖面面积在168～193km2。根据2018年8月12日的影像分析，台特玛湖湖区湖面面积166.2km2，其中，台特玛湖湖面81.6km2，车尔臣河尾闾湖面84.6km2。据此，在大西海子下泄3.5亿m3水量下，对于168km2的台特玛湖湖区湖面，可推算对应的台特玛湖平均湖面面积为83km2。

4 讨 论

由于台特玛湖生态功能和生态定位尚未完全明确，因此在初步核算台特玛湖适宜面积时，以当前塔里木河下游及车尔臣河水量特征为参考，基于入湖水量提出台特玛湖初步适宜面积。随着塔里木河流域管理水平的提升，塔里木河下游生态输水逐渐呈常态化，且车尔臣河也对台特玛湖有水量补给，因此在计算台特玛湖适宜湖面面积时，需同时考虑塔里木河干流下游及车尔臣河对台特玛湖的水量补给情况。

本文的研究结果表明：ⓐ塔里木河干流大西海子下泄水量是台特玛湖主要的水量补给来源，根据大西海子下泄水量及车尔臣河平枯年份的下泄水量对台特玛湖湖面的影响，维持月均湖面面积在168～193km2即可，推荐台特玛湖湖区(包括车尔臣河下游湖区和台特玛湖)的适宜湖面面积为170～200km2；ⓑ当台特玛湖湖区不含车尔臣河尾闾湖泊时，台特玛湖湖区应维持月均湖面面积在168～193km2，平均湖面面积为83km2。

塔里木河流域生态输水工程对下游生态修复和尾闾湖干旱区生态脆弱性的改善起到了积极作用并具有深远影响。自塔里木河下游生态输水以来，干涸近30年之久的台特玛湖重新恢复了湖面，塔克拉玛干沙漠和库鲁克沙漠合拢得到有效阻止，塔里木河下游天然绿色走廊得到保护，这些都具有现实意义[13]。同时，由于综合治理的效果，塔里木河下游地区地下水位抬升明显，植被覆盖度逐年增加，高效的生态输水必将是塔里木河下游生态恢复的保障，也是维持台特玛湖生境质量的重要前提[7-9]。因此建议，有必要探明台特玛湖适宜湖面，为合理控制塔里木河输水提供依据，这样既能最大限度地满足生态恢复需求，又不至于浪费水资源，甚至造成经济损失。具体措施为：以台特玛湖适宜湖面为目标，在塔里木河下游通过控制生态闸，在每年的7—9月漫溢2～3次，历时15～20天，最大漫溢时间间隔为3～5年，这样不仅有效地保证了种子发芽和植物群落的形成，维持并提升了植物群落的生物多样性，又能为台特玛湖地区生态环境持续恢复提供重要的理论依据。