塔里木河干流生态输水响应研究

李丽君

(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 库尔勒 841000)

胡杨是干旱及半干旱地区重点保护的林木资源，是阻止沙漠扩张的森林卫士，我国境内的天然胡杨林主要分布在西北地区的塔里木河流域，约占中国胡杨林总面积的54%[1-2]。随着塔里木河流域大规模的水土开发，流域内天然胡杨林生境破碎、面积减少、生态功能退化，不仅影响到新疆社会稳定和经济健康发展，更危及我国乃至世界的生态安全[3-4]。因此，自2000起，国家实施了塔里木河流域近期综合治理，为了加强生态保护的力度，2016年自治区启动塔里木河流域胡杨林生态保护专项行动[5]。随着生态输水的持续实施，优化生态水的调度、提高输水生态效益的需求越来越迫切，因此急需开展塔里木河干流胡杨林区生态输水效益评估[6]。本研究基于数据搜集、野外调查和遥感监测数据，从水文响应[7-9]、植被响应[10]及生态环境质量的时空格局变化3个方面对2022年度塔里木河干流生态输水效益进行评估，并甄别当前生态输水存在的问题，有针对性地提出了2023年度生态输水的对策及建议[11-13]。

1 研究区概况

塔里木河流域地处中国西北干旱内陆盆地，是我国最大的内陆河流域，北接天山，南靠昆仑山，西临帕米尔高原，流域面积达到了102.7万km2。塔里木河流域共包括九大源流，总计144条水系。现状下，除和田河、阿克苏河及叶尔羌河在肖塔汇入塔里木河干流，博斯腾湖通过人为引水至孔雀河与塔里木河干流实现了人为水力联系外，喀什噶尔河、迪那河、克里雅河、车尔臣河以及渭干-库车河均已逐渐失去了与塔里木河干流的地表水联系[14-15]。塔里木河流域面积广阔，基本囊括了南疆和田地区、喀什地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州、阿克苏地区和巴音郭楞蒙古自治州等五地州，这里孕育了多姿多彩的南疆文明，是南疆社会经济发展的重要保障，如图1所示。

图1 塔里木河干流研究区概况图

2 基本数据与研究方法

2.1 基本数据

本研究收集了生态输水前后的多源多尺度高频次遥感数据，包括Modis-EVI植被指数数据、Modis-LST地表温度数据、GEWEX-SRB地表辐射数据、CMORPH降水数据等，数据周期介于5～16d，分辨率5～250m，数据总量达到100GB以上。经数据处理，获取输水区内地下水储量、土壤水(TVDI)、植被覆盖度、植被初级生产力(NPP)、植被叶面积指数(LAI)、植被景观指数以及生态环境综合质量指数(RSEI)等结果。

2.2 生态输水效益评价指标体系

为科学全面地评价2022年生态输水取得的效益，从水文响应、植被响应及生态环境质量的时空格局变化的角度上构建生态输水效益的评价指标体系，见表1。

表1 生态输水效益的评价指标体系

3 结果与分析

3.1 水文响应

2022年塔里木河干流生态输水后地下水埋深显著提升。如图2所示，地下水埋深较输水前平均抬升0.37m。其中乌斯满断面由-2.26m抬升至-1.38m，阿其克由-2.3m抬升至-2.25m，库尔干断面抬升0.74m。

图2 塔里木河上中游输水区地下水埋深变化

地下水储量以2015年地下水储量变化数据为基准值，计算得出2022年塔里木河干流(上中游)地下水储量变化的空间分布结果。塔里木河上中游输水区地下水储量均呈现增加变化，且上游输水区地下水储量增量总体高于中游输水区地下水储量增量。塔里木河输水区地下水储量增量最高可达801mm，最低为51mm。塔里木河输水区地下水储量增量集中在200～300mm，占比为59.6%，主要分布于中游输水区；其次为300～400mm，占比为24.6%，主要分布于上游输水区；地下水储量增量大于700mm的区域面积占比为7.0%，主要分布于上游输水区北部；地下水储量增量小于100mm的区域面积占比仅3.5%，主要分布于上中游输水区交汇处的南部。

2015—2022年间，塔里木河干流输水区输水后干旱程度明显减弱。根据表2所示，塔里木河干流输水区无旱区和轻旱区面积比例增加，分别提升到2.3%、8.0%。重旱区由19.2%减少到12.3%，特旱区由4.3%减少到0.5%。综上，塔里木河干流区域由特旱、重旱区逐渐转化为轻旱和无旱区，土壤呈湿润化发展。

表2 塔里木河干流输水区不同等级TVDI占比 单位：%

3.2 植被响应

2015—2022年塔里木河干流的植被覆盖整体上呈现出明显的上升趋势，见表3。其中2015—2022年的7—9月植被高覆盖度面积占比增长22.7%，极低、低、中覆盖度分别减少了10.9%、5.8%、5.9%。表明生态输水后，随着地下水位抬升，塔里木河干流输水区的植被生长态势明显变好。

表3 2022年7—9月各输水不同覆盖度胡杨林平均植被覆盖度面积占比变化 单位：%

净初级生产量又称净初级生产力。是指在初级生产中，除去其新陈代谢所消耗的能量(呼吸量)后剩余的能量。生态输水促进了胡杨林初级生产力提升，塔里木河干流NPP由17.85gC/(m2·d-1)增加到20.86gC/(m2·d-1)，增加了16.88%，固碳能力(NPP)显著提高。

叶面积指数控制着生物理化过程，是干旱半干旱地区植被退化和恢复的敏感指标。根据胡杨的叶面积指数情况，划分为低、中，高和极高叶面积指数四类，见表4。流域叶面积指胡杨林叶面积指数整体略有回落。2015—2022年间，低等级叶面积指数面积由84.42%增加到87.07%，中等级叶面积指数面积从10.95%减少到8.44%，高等级叶面积指数面积占比基本不变，极高等级叶面积指数面积从1.29%减少至1.13%。流域叶面积指数由中等级向低等级转移，高、极高等级无明显变化趋势，整体叶面积指数略有回落。

表4 塔里木河上中游各等级叶面积指数占比 单位：%

生态输水促使胡杨林植被景观由小斑块向大斑块聚集，大斑块植被景观的蔓延趋势增加，见表5。塔里木河干流的最大斑块指数由2.52增加到15.84，植被大斑块景观数量显著增加。蔓延度指数从29.49(2015年)增至56.43(2022年)。在生态输水后，分离度指数减小，破碎化程度下降；均匀度和多样性指数减少。分离度、均匀度和多样性指数分别减少1.17、0.37和0.52。

表5 塔里木河上中游流域植被景观指数汇总

3.3 生态环境质量

2022年塔里木河干流(上中游)胡杨林输水区的生态质量状况主要以良[0.4～0.6]等级为主，其占比达77.4%，见表6。相较于2015、2022年塔里木河干流输水区胡杨林生态环境质量得到了明显改善。2015—2022年间塔里木河干流RSEI等级为差等的面积占比由5.5%下降至0.2%，中等区面积占比由34.9%下降至18.0%，等级为良的面积占比由59.1%上升至77.4%，优等区面积占比由0.6%增至4.4%；塔里木河干流(上中游)区域RSEI由差和中等级向优、良等级转化。

表6 2016—2022年塔里木河干流胡杨林输水区生态质量变化统计表 单位：%

4 存在的不足与建议

4.1 存在的不足

经过多年的努力，塔里木河干流沿线的生态保护工作取得一定的成效，但仍然存在许多问题亟待解决。通过调查研究，生态输水工作存在以下问题：

(1)生态输(用)水责任主体不明确、水量监测手段缺失和联动协商机制不完善。目前，已基本形成了“输水计划制定(地方林草部门)→复核(塔管局)→审批(自治区水利厅和林草局)→实施(塔管局与地方林草水利部门)→效益评估(第三方科研机构)”的生态输水运行机制，但应注意到的是在生态输水过程中仍然存在以下问题：①生态输水、用水责任主体不明确；②生态输水、用水监管不到位，实际生态输水量监测手段缺失；③反馈协商机制不健全：当遭遇偏枯或偏丰年份，实际生态输水量将发生明显变化，“干流局—地方林草—地方国土”未形成有效及时的反馈协商机制。

(2)生态供水工程仍不完善，闸群调控方案缺失。2022年塔河流域胡杨林生态输水量超额完成，计划输水量5.07亿m3，生态输水累计14.96亿m3，完成度达295%。但部分区域因生态引水工程因设计不合理、维护不到位，导致生态闸无法发挥作用，部分生态闸超负荷引水。以塔里木河干流为例，帕恰恰克生态闸设计供水量为4611.16万m3，但实际供水量仅为217.97万m3；而部分生态闸引水压力过大，如艾买塔克塔设计引水量为2134.42万m3，但实际供水量达到了7159.89万m3。同时2022年流域来水偏丰，容易导致过度淹灌。地方生态用水部门(地方林草局)，在生态输水过程中没有及时地疏导引流，造成生态受水区呈现淹灌不足和过度淹灌共存的现象。

4.2 建议

为了综合提升塔里木河干流胡杨林生态输水成效，提高水资源利用率，提出以下建议：

(1)建立健全生态输水监督考核及联动协商机制。为达到胡杨林重点保护区生态输水和流域下泄指标要求，协调组织水利、林草、国土等相关部门建立多部门联动协调的生态输水保障机制。各地各部门要坚定坚决贯彻落实自治区党委、自治区人民政府关于塔里木河流域胡杨林生态建设和生态保护的安排部署，各司其职、各负其责，确保生态输水达到事半功倍的成效。

(2)健全胡杨林区供水配套设施。塔里木河干流输水区供水工程及配套设施相较于其他流域较为完善，但需要重点关注核心区生态输水通道是否顺畅，避免出现过度淹灌现象。从流域角度出发，综合生态需水量、生态供水模式等要素，构建源流“集中同步组合以实现总流域增流”、各支流“闸群联合调度以实现分段耗水控制”、下游“生态输水，达到地下水位的调节”生态水调控总体方案。

5 结论

2022年度塔河干流生态输水效益评估如下：

(1)生态输水抬升了地下水埋深、增加地下水储量，减轻干旱程度，促进土壤湿润化发展。2015—2022年干流输水区地下水储量以增加200～300mm为主，占比为59.6%，主要分布于中游输水区；重旱面积占比由19.2%降低至12.3%，轻旱区面积占比由25.8%增加至33.8%。

(2)胡杨的植被覆盖度及固碳能力提高，叶面积指数整体增强，植被长势向好发展，植被景观由小斑块向大斑块聚集，促进了流域生态修复。胡杨林高覆盖面积占比由44.4%增加到67.1%，显著提升了胡杨林高植被覆盖占比；NPP由17.85gC/(m2·d-1)增加到20.86gC/(m2·d-1)，增加了16.88%，胡杨林的固碳能力得到显著提高。胡杨林叶面积指数整体略有回落；高等级叶面积指数面积占比基本不变，低等级叶面积指数面积由84.42%增加到87.07%，中等级叶面积指数面积从10.95%减少到8.44%。生态输水后，大斑块指数由2.52增加到15.84，增加了13.32，蔓延度指数增加26.94，促进胡杨林植被景观由小斑块向大斑块聚集，大斑块植被景观的蔓延趋势增加。

(3)输水区生态环境状况由差和中等级向优、良等级转化。2015—2022年间RSEI等级为差等的面积占比由5.5%下降至0.2%，中等区面积占比由34.9%下降至18.0%，等级为良的面积占比由59.1%上升至77.4%，优等区面积占比由0.6%增至4.4%；塔河干流区域RSEI由差、中等级向优良等级转化。