氣候和土地利用/覆蓋變化對(duì)渭干河—庫車河三角洲綠洲水資源的影響

張飛，郭玉川，姜紅濤，張嚴(yán)俊，周梅

摘要：氣候變化和土地利用變化對(duì)流域水循環(huán)和水資源的影響已經(jīng)引起社會(huì)的廣泛關(guān)注。為探究氣候和土地利用/覆蓋變化對(duì)水資源的影響，選取塔里木河流域中游典型生態(tài)脆弱區(qū)渭干河–庫車河三角洲綠洲為研究區(qū)域，首先以1998年和2011年的TM影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了研究區(qū)土地利用/覆蓋的時(shí)空變化特征，并結(jié)合該綠洲歷史水資源的利用狀況和氣候狀況分析了氣候和土地利用變化對(duì)水資源的影響。其次，分析了該綠洲的水資源變化特征。結(jié)果表明，1972～2012年渭-庫綠洲年平均溫度的變化呈上升趨勢，溫度最高增加了0.9 ℃/（6年）;年降水量總的變化呈減少趨勢，降水量最高減少了21 mm/（6年）;年蒸發(fā)量總體呈減少趨勢，蒸發(fā)量最高減少了305 mm/（6年）;各種土地利用/覆蓋類型在1998～2011年都發(fā)生了較大變化，其中林地的縮減最大，其次為沙地，而增加最大的是耕地，其次為其他用地（山地、裸地等）和鹽堿地。綠洲耗水量增加，并且地下水位呈現(xiàn)急劇下降趨勢?？傊?，該綠洲土地利用/覆蓋的變化使其需水結(jié)構(gòu)在向耗水的方向變化，因此，在目前氣候變化的大環(huán)境下，改善土地利用方式對(duì)提高渭干河流域水資源的利用效率具有重要意義。

關(guān)鍵詞：土地利用/覆蓋變化;水資源;渭干河-庫車河三角洲綠洲;氣候變化

中圖分類號(hào)：S181.6 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ?文章編號(hào)：0439-8114（2014）23-5716-08

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.23.024

水資源危機(jī)是影響人類生存和地球環(huán)境的主要問題之一，也是當(dāng)前社會(huì)面臨的主要問題。氣候和土地利用變化是影響水資源配置和水環(huán)境狀況的主要原因[1-7]。IPCC第四次全球氣候評(píng)估報(bào)告指出：1906～2005年全球地表溫度的線性趨勢為0.74 ℃，預(yù)計(jì)到2100年，全球平均氣溫將上升1.1～6.4 ℃。以全球變暖為主的氣候變化已成為當(dāng)前世界最重要的環(huán)境問題之一[8]。全球大幅度氣候變暖會(huì)引起水資源在時(shí)空上的重新分配，表現(xiàn)在局地降水、蒸發(fā)和徑流等的變化，且這種改變在各個(gè)地區(qū)各不相同。如果氣候變化引起了干旱和缺水地區(qū)水資源量減少，那么由此帶來的影響就會(huì)更嚴(yán)重一些[9-11]。近幾十年來各國專家學(xué)者就氣候變化對(duì)水文水資源的影響開展了大量研究工作并取得了一些重要成果。研究結(jié)果表明，未來水資源變化存在很大的區(qū)域性，有些地區(qū)未來水資源呈增加趨勢，有些呈減少趨勢，而有些則變化不大，而且都存在較大季節(jié)差異性[12-16]。氣候變化主要表現(xiàn)為流域氣溫和降水量變化，從而影響流域產(chǎn)流量[17-18]。一些研究也表明，流域產(chǎn)流量與植被覆蓋類型和覆蓋度及氣候條件緊密相關(guān)，同時(shí)，土地利用/覆蓋變化（LUCC）將對(duì)流域水資源狀況也產(chǎn)生重大影響[19-21]，主要表現(xiàn)在土壤質(zhì)量和地表徑流等方面[22，23]。目前，人類面臨的許多環(huán)境問題都與LUCC有關(guān)。LUCC對(duì)區(qū)域環(huán)境的影響主要包括對(duì)生態(tài)環(huán)境安全、水文變化和土地退化等方面的影響[24-26]，土地利用格局的空間異質(zhì)性反映了土地生態(tài)過程的作用結(jié)果，土地利用格局受到自然環(huán)境的限制與人類活動(dòng)的干預(yù)而發(fā)生變化[27]。

另外，綠洲是干旱區(qū)的一種特有生態(tài)地理景觀，水資源是綠洲流域中下游經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境平衡的紐帶。然而，由于氣候變化和人類活動(dòng)的共同影響，引發(fā)了綠洲河道下泄、水量銳減、土壤沙漠化和鹽堿化面積迅速增加、植被退化等許多問題[28]。水資源作為影響綠洲的關(guān)鍵因素，它的數(shù)量和分布直接影響著荒漠化和綠洲化的進(jìn)程，是干旱區(qū)最為活躍的自然因素，對(duì)土地開發(fā)利用起著決定性作用[29]。

隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，渭干河-庫車河三角洲綠洲將進(jìn)入大規(guī)模的開發(fā)和建設(shè)新時(shí)期，其在南疆的輻射作用和戰(zhàn)略地位更加突出，而人口與環(huán)境、經(jīng)濟(jì)與發(fā)展都對(duì)該綠洲的水資源開發(fā)利用提出了更高的要求。渭干河流域地處天山南坡，降水稀少，中游人類生產(chǎn)生活用水主要依賴于山區(qū)降水，該流域主要的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)為綠洲農(nóng)業(yè)。因此開展該區(qū)域氣候和土地利用/覆蓋變化對(duì)水資源的影響研究，對(duì)合理調(diào)整土地利用格局，涵養(yǎng)水源，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。本研究試圖通過分析渭干河-庫車河三角洲綠洲氣候和土地利用/覆蓋變化來對(duì)水資源的影響開展研究，深入了解干旱區(qū)內(nèi)陸河流域土地利用結(jié)構(gòu)與生態(tài)過程及人類活動(dòng)之間的關(guān)系，從而為該地區(qū)水資源可持續(xù)利用與發(fā)展提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1 ?研究區(qū)域與研究方法

1.1 ?研究區(qū)概況

渭干河-庫車河三角洲綠洲（以下簡稱渭-庫綠洲）位于天山南麓，塔里木盆地北緣，是生態(tài)環(huán)境變化的敏感地區(qū)，位于41°06′-41°38′N，81°26′-83°17′E，是一個(gè)典型而完整的山前沖積扇平原，轄阿克蘇地區(qū)的庫車、沙雅和新和三個(gè)縣（如圖1）。該綠洲年平均降水量51.6 mm，年內(nèi)降水量60%～70%集中在5～8月。年蒸發(fā)量1992.0～2863.4 mm，年平均氣溫10.5～11.4 ℃，極端最高氣溫41.5 ℃，極端最低氣溫為-28.9 ℃，年無霜期209.8～226.4 d。氣候的變化必將對(duì)水資源的開發(fā)利用和當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重要的影響。綠洲境內(nèi)不產(chǎn)生地表徑流，發(fā)源于天山南麓的渭干河-庫車河是進(jìn)入綠洲境內(nèi)的主要地表徑流，其中的渭干河不僅是上游地區(qū)——拜城盆地的主要地表水源，而且也是下游庫車、沙雅、新和綠洲的母親河。該綠洲歷史上水草豐茂，自20世紀(jì)70年代以來，上游灌區(qū)生產(chǎn)發(fā)展較快，用水量大大提高，致使下游水源逐漸減少、湖泊干涸、沙漠入侵、植被退化，逐漸演變?yōu)楝F(xiàn)在的荒漠植被類型，并有進(jìn)一步退化的趨勢[30]。

渭–庫綠洲區(qū)域的水資源主要由地表水和地下水組成。地表水主要來源于北部天山高海拔地區(qū)的冰、雪融水和降水產(chǎn)生的地表徑流匯集而成的內(nèi)陸河;地下水補(bǔ)給主要靠河流潛流及渠系、田間和雨水滲漏。降水年內(nèi)分配為夏季多、春秋季少。山區(qū)降水一部分直接以徑流形式輸出山口，另一部分在低溫條件下，以冰、雪形成積累并儲(chǔ)存起來，孕育現(xiàn)代冰川。渭干河流域的冰川面積1 685 km2，冰川年融水補(bǔ)給量17.33億m3，占渭干河出山徑流量的71%;庫車河流域的冰川面積25.11 km2，冰川年融水補(bǔ)給量0.282億m3，占庫車河出山徑流量的8.52%[31]。冰川對(duì)氣候變化反應(yīng)十分敏感，氣候變化對(duì)該綠洲水資源的最大影響是對(duì)河流上游冰川儲(chǔ)存量的影響，進(jìn)而影響河流徑流量。