塔河下游河道輸水的水生態環境響應探討

塔衣爾·艾爾肯

（新疆塔里木河流域干流管理局 ,新疆 庫爾勒 841000）

1 塔河下游河道輸水概況

1.1 河道應急輸水基本情況

塔河下游天然植被主要以荒漠河岸林為主,在下游河道發生斷流以來因地下水位的劇烈下降,天然植被大規模衰亡,導致河道水生態系統中物質循環、能量代謝、信息傳遞鏈條中斷,天然植被生產力、分解速率及存活穩定性等下降。20世紀80年代以來,大西海子水庫截流后,塔河下游鐵干里克以南先出現斷流,地下水位大幅降低,大部分河道地下水位從斷流前的3 m～6 m下降至斷流后的8 m～12 m,而且越往下游地下水位降幅越大,具體見圖1,尤其是阿拉干以下河段,地下水位已經無法適應喬灌木和草植被生物的生長,天然植被大面積枯死,生態系統嚴重退化。

圖1 塔河下游典型河段地下水位變化過程線

塔河流域是環塔里木盆地諸多水系的統稱,塔河流域覆蓋整個南疆地區,流干流長1321 km,總面積達103.1×104km2,且塔河流域自身并不產流,而是由諸多源流匯流而成。在將近50 年的大規模水土開發等人類活動及氣候變化的綜合影響下,流域水環境發生改變,一些源流相繼減少或斷流,塔河流域水量補給也受到嚴重影響。主要表現在：（1）各個源流自身用水量增大,導致匯入塔河干流的水量持續減少；（2）塔河干流中上游實際消耗的水量持續增大,在河道補給水量無明顯增加的情況下,導致下游河道斷面水量持續減少,而且大西海子水庫于1972 年建成并運行后基本阻隔了上游水流向下游河道的下泄過程,使得該水庫下游河道處于長期斷流狀態,缺水使水生態環境惡化,致使河道兩側的塔克拉瑪干沙漠和庫魯克沙漠緊逼合攏；（3）河道水質加速惡化,塔河上中游河道水質礦化度基本在1.0 g/L以上,下游河道地下水礦化度基本在5.0 g/L以上；（4）下游河道地下水位持續下降,在調查過程中,地下水在塔河下游河道兩側2.0 km范圍內的埋深在8.0m以上的區域在研究區總面積1889 km2中的占比僅為82.3%,而且這一占比呈持續下降趨勢,這種情況下,即便是抗旱能力極強的怪柳、胡楊等植被也很難正常生存[1]。

為使得塔河下游河道供水及水生態環境盡快恢復,流域管理局于2000 年4 月～2003 年10 月期間,充分利用開都河流域天然來水偏豐的水量優勢先后向塔河下游河道輸水,生態應急輸水共5 次,總輸水線路設計長度928.45 km,從開都河累計調出水量22.18×108m3,經由大西海子水庫泄洪閘后持續向塔河下游河道總共輸水13.82×108m3,輸水次數、輸水時間、輸水流程及下泄水量[2]等具體見表1。

表1 大西海子水庫下泄水量及流程

1.2 地下水位監測

通過在塔河下游河道建立地下水位監測斷面及植物群落觀測地,以塔河下游2000 年以來生態輸水過程為主線對輸水后河道地下水位埋深、沿程水量損耗、植被恢復等情況進行連續監測。

塔河下游河道輸水主要采取的是沿自然河道線性輸水的方式,為全面了解輸水過程中河道沿程地下水位動態變動趨勢,在塔河下游輸水河道阿克墩、亞合甫馬汗、英蘇、阿布達勒、喀爾達依、吐格買萊、阿拉干、依干不及麻、考干等地共設置了9 個地下水監測斷面[3],具體見圖2,并分別在各監測斷面與輸水河道相距50 m～100 m、150 m～200 m、250 m～300 m、500 m～550 m、800 m～850 m及1050 m等處設置了41 眼地下水觀測井,上述各監測斷面分別設置5 處、4 處、8 處、3 處、5 處、3 處、7 處和3處地下水監測井,井深在9 m～17 m之間,以便進行地下水動態變動趨勢的監測。

圖2 塔河下游河道地下水監測斷面示意圖

2 河道輸水的水生態環境響應

2.1 河道輸水與水量沿程消耗

2000年以來對塔里木河下游河道所進行的5次線性輸水經由大西海子水庫溢洪道下泄的水量中,除少部分通過河湖水面蒸發散失外,其余大部分均補給了下游河道兩側地下水,根據對塔河下游河道沿程區間水量的實際消耗程度,大西海子水庫-阿拉干段區間河道所消耗的水量[4]為10.51×108m3,在總輸水量中占比75.8%；阿拉干-臺特瑪湖區間河道所消耗水量2.94×108m3,在總輸水量中占比20.7%；其余0.47×108m3水量則全部進入臺特瑪湖,在總輸水量中占比3.5%。根據對5 次輸水過程及輸水后河道兩岸地下水位的監測結果,地下水位隨輸水次數的增加而升高,土壤含水量增大,各區間河道河長流量損失率 也表現為先降低后穩定的趨勢,具體見圖3,各區間河道河長流量損失率 與河道水量Q呈線性關系。

圖3 各區間河道河長流量損失率δ變動趨勢

2.2 河道兩側地下水位恢復

在向塔河流域下游河道間歇性輸水的過程中,距離河道較遠區域的地下水位恢復表現出明顯的滯后性。向塔河下游河道5 次生態輸水后各監測斷面地下水位上升情況見表2。由表2監測數據可以看出,與河道距離越遠,地下水補給量越小,地下水位回升幅度越小且埋深越大。

表2 塔河下游河道5次生態輸水后各監測斷面地下水位上升/埋深情況 單位：m

根據河道水量均衡方程式可進行包氣帶補給水量的計算[1],具體公式如下：

式中：W包氣帶補給水量,108m3；W來為塔河下游河道5次生態輸水總量,108m3；W地為河道兩側地下水補給水量,108m3；W河為下游河道水面蒸發量,108m3；W湖為入湖水量,108m3。

由式（1）可以確定出塔河流域下游河道包氣帶補給水量W包為40241×108m3,5次生態輸水各項消耗量見表3,且5次生態輸水消耗總量累計值為4.37×108m3（包括入湖水量0.47×108m3,河道蒸發量0.31×108m3,包氣帶轉化消耗量1.58×108m3和地下水轉化消耗量2.01×108m3）,在總輸水量中占比31.62%。

表3 5次生態輸水水量平衡情況

根據監測結果,向塔河下游河道連續5 次生態輸水后河道兩側地下水位埋深0～4 m、4 m～6 m、6 m～8 m的面積分別從輸水前的5.3 km2、128.7 km2、184.2 km2增大至輸水后的20.4 km2、262.3 km2和340.2 km2,地下水水質也表現出明顯的改善和優化趨勢。

2.3 植被恢復對地下水動態變化的響應

根據塔河下游河道5次生態輸水后河道兩側地下水位的回升,進行生態植被可能恢復程度的分析。胡楊是新疆塔里木河流域周圍干旱沙漠地帶標志性的植物,采用胡楊樣枝年輪寬度進行氣生長量的對比分析,并以所得出的生長量指標作為胡楊恢復程度的量化性指標。從圖4 可以看出,胡楊林生長量對距離河道的響應程度以2000 年為拐點,自2000 年生態輸水以來,胡楊樣枝平均生長量（年輪度）均呈現出持續增大的趨勢,且距離河道越近則生長量增大越明顯,且塔河下游河道生態輸水對胡楊生長的橫向影響范圍已經達到距離河道850 m范圍。

圖4 胡楊樣枝年輪寬度的變動趨勢

3 結論

綜上所述,自2000 年以來向塔里木河下游河道的5 次生態輸水中,損耗在阿拉干以上河段的水量占比較大,這說明逐次推進的輸水方式對阿拉干以上河段影響較顯著,這也與河道兩側地下水位回升和植被恢復情況相吻合。因水流在河道沿途存在蒸發、包氣帶轉化消耗、地下水轉化消耗及入湖損耗,所以各斷面流量均值及地下水補給均呈沿程遞減趨勢,隨著輸水次數的增加,河道兩岸地下水位和土壤含水量顯著提高,這一過程對河道耗水產生的影響也較為明顯,使單位河長流量損失逐次降低并逐漸趨于穩定。塔河下游河道生態輸水后河道橫向地下水水質明顯改善；胡楊等喬灌木重新恢復萌蘗、開花結實等生長能力,植被系統趨于恢復。