塔里木河流域水質(zhì)演變規(guī)律及生態(tài)需水研究

阿德·阿布拉

(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 庫爾勒 841000)

0 引 言

在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)過程中，流域生態(tài)環(huán)境的退化會(huì)對(duì)其造成較大的影響，塔里木河流域因經(jīng)歷過退化到恢復(fù)的過程而成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。因其農(nóng)業(yè)規(guī)模加大，對(duì)水資源的依賴也不斷增強(qiáng)，導(dǎo)致水環(huán)境問題不斷增多，水質(zhì)惡化日趨嚴(yán)重，特別是礦化度不斷增加。為保護(hù)和恢復(fù)塔里木河流域生態(tài)環(huán)境，文章將對(duì)其演變規(guī)律和生態(tài)需水進(jìn)行研究[1]。

1 塔里木河流域水質(zhì)時(shí)空變化規(guī)律分析

流域所處地理環(huán)境與其水質(zhì)演變存在必然的聯(lián)系，且與該地的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有一定的關(guān)聯(lián)。水環(huán)境與人類活動(dòng)相互影響，共同形成復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。從水環(huán)境的角度上看，人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)主要為水資源的索取以及排放。反之，人類的經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須以水環(huán)境為基礎(chǔ)和條件。

塔里木河流域的水環(huán)境演變受到多種因素的影響，但近年來，流域內(nèi)不斷增加的灌區(qū)以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，使塔里木河流域主灌區(qū)河道中加速涌入大量污染物，導(dǎo)致水體的污染和礦化度不斷增多。不同的流域地段有著不同的成因，受限于篇幅，文章僅列出其中較為典型的流域。

1.1 塔河干流

塔里木河流域所處位置西高東低，且三面環(huán)山，為內(nèi)陸封閉盆地，土壤中含有較多的易溶鹽，其中的鹽分極易被溶解，并會(huì)隨著水流匯入到塔里木河中，且自肖夾克起即無新支流匯入，隨著蒸發(fā)以及滲透的不斷進(jìn)行，支流中的水分不斷減小而含鹽量不斷增多，此外，兩岸農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)排出的鹽堿水也會(huì)匯入到塔里木河干流中，因此，在多種因素的影響下，使得塔里木河的鹽分不斷增多[2-4]。

從時(shí)間演變規(guī)律進(jìn)行分析可知，CODMn以及氨氮指標(biāo)均有不斷增加的趨勢(shì)，其原因主要在于工業(yè)污水以及農(nóng)田灌溉量等不斷增長，平原區(qū)內(nèi)湖、庫等水體不斷積蓄氮和磷等污染性物質(zhì)，使得水中水生生物不斷增加，進(jìn)一步導(dǎo)致水體透明度降低，含氧量降低，水質(zhì)變差。自2000年開展綜合治理之后，塔里木河水體的CODMn和氨氮指標(biāo)均有所降低，水質(zhì)有所改善。在2000年以前礦化度不斷增加的原因主要在于土地的開墾使得塔里木河的灌溉面積從35.11萬hm2增長到84.4萬hm2，每年所需引進(jìn)的水量增加到150億m3，相比于過去約有1倍以上的增長，導(dǎo)致干流的補(bǔ)水量從50億m3降低到42億m3。從整體上看，塔里木河干流存在較高的礦化度，且雖然整體上表現(xiàn)為持續(xù)降低的趨勢(shì)，但仍然不容樂觀。

從空間演變規(guī)律進(jìn)行分析可知，塔里木河干流的CODMn表現(xiàn)出平緩降低的趨勢(shì)，且上游的來水流量比下游的大，污染點(diǎn)較多，故上游段的阿拉干存在更高濃度的CODMn，塔里木河干流沿程有不斷增加的氨氮，原因在于沿程存在較多的含氮污水排放。塔里木河沿程礦化度不斷降低，其原因主要在于阿拉爾存在較多的農(nóng)田排水，而中下游段的農(nóng)田則較少。

1.2 阿克蘇河

阿克蘇河所處地形地勢(shì)呈東高南低，具體可以劃分成山區(qū)和平原兩部分。因其所處地理?xiàng)l件無工業(yè)污水排放，因此其水流變化較為平穩(wěn)，水質(zhì)較好。阿克蘇河周邊以農(nóng)業(yè)為主打產(chǎn)業(yè)，水體中的礦化度和CODMn主要來自于農(nóng)業(yè)的灌溉排水。相比于新疆農(nóng)藥施用平均水平，該流域周邊的農(nóng)藥用量較高。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，病蟲害可通過施加農(nóng)藥的方式進(jìn)行防治，從而使作物產(chǎn)量得到提高，但若長期使用則會(huì)對(duì)土壤健康造成影響，并且容易以灌溉的方式流入河流中，影響下游水庫水質(zhì)，出現(xiàn)水體的富營養(yǎng)化，對(duì)生產(chǎn)造成影響。因此，隨著每年不斷增加的農(nóng)藥使用量，水中的污染物也在不斷增長，進(jìn)而呈現(xiàn)出CODMn以及礦化度指標(biāo)持續(xù)增長的現(xiàn)象，而因?yàn)橹苓厽o大型工廠存在，故氨氮的變化較為平緩[5-6]。

阿克蘇河因上游為出山口，故河流中以冰雪融水為主，有著較好的水質(zhì)條件。但其沿程變化較大，河水存在逐漸增加的礦化度，堿性不斷變強(qiáng)，CODMn以及氨氮濃度也在不斷提升，其原因主要是沿程溫度持續(xù)上升，導(dǎo)致水分蒸發(fā)過快，鹽分濃度不斷提高，同時(shí)，因地下水中存在較多化學(xué)物質(zhì)，故地下水的補(bǔ)水量也存在較高的含鹽量，此外，沿途植被逐漸變得稀少，人口逐漸增多，都導(dǎo)致CODMn、礦化度以及氨氮不斷增加。

2 塔里木河流域生態(tài)需水研究

生態(tài)需水指的是在進(jìn)行流域水資源開發(fā)時(shí)，在確保自然生態(tài)環(huán)境以及河流健康的前提下所需的輸水量。當(dāng)前，國內(nèi)在進(jìn)行生態(tài)需水計(jì)算時(shí)使用的是10年最枯月平均流量法，國外使用的是7Q10法等。考慮到文章所研究對(duì)象位于干旱區(qū)，且現(xiàn)有資料較少，故決定以改進(jìn)的Tennant法計(jì)算生態(tài)需水量。在Tennant法的基礎(chǔ)上，考慮到塔里木河水資源的現(xiàn)存狀況，文章將一年用水劃分為如表1所示的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 Tennant法評(píng)價(jià)河流生態(tài)健康標(biāo)準(zhǔn) %

Tennant法需使用天然流量作為資料計(jì)算，但近年來，塔里木河受到人類活動(dòng)的影響較大，因此在對(duì)河道生態(tài)需水量進(jìn)行計(jì)算時(shí)需先判別干流序列所受經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的影響，進(jìn)而確定出天然徑流流量。在不受經(jīng)濟(jì)活動(dòng)影響時(shí)，短期內(nèi)流域耗水量多為恒定值，主要為蒸發(fā)或滲透等。故經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)耗水量的影響可以采用判斷河段耗水量的方式進(jìn)行計(jì)算。塔里木河干流的阿拉爾水文站以及阿克蘇河的沙里桂蘭克水文站受經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的影響較小，故文章選用上述站點(diǎn)作為代表站點(diǎn)進(jìn)行研究分析。

2.1 阿克蘇河

對(duì)沙里桂蘭克站各年份的徑流模比數(shù)進(jìn)行計(jì)算后，選取1.0模比系數(shù)作為典型年份進(jìn)行分析，從上圖可以看出，與1.0季節(jié)模比系數(shù)最為接近的年份為1982年，因此確定該站的1982年為典型年，其各個(gè)季節(jié)的徑流量如表2所示。

表2 沙里桂蘭克站1982年季節(jié)徑流量 億/m3

圖1 沙里桂蘭克站徑流模比數(shù)隨時(shí)間變化

對(duì)典型年份的徑流量進(jìn)行計(jì)算可知，一般用水期的年徑流量為11.332223億/m3，用水高峰期澤為13.05081億/m3。使用Tennant法對(duì)沙里桂蘭克站在生態(tài)健康前提下的生態(tài)需水量進(jìn)行計(jì)算，可得如表3所示結(jié)果。

表3 阿克蘇河河段生態(tài)需水量 億/m3

經(jīng)計(jì)算可知，沙里桂蘭克站多年的平均徑流量在一般用水期時(shí)為4.54億/m3，狀態(tài)極好，在用水高峰期時(shí)則在25.7億/m3時(shí)為極好狀態(tài)，說明在該時(shí)期內(nèi)要確保生態(tài)系統(tǒng)健康則需上述最小需水量。

2.2 塔里木河干流

圖2 阿拉爾站徑流模比數(shù)隨時(shí)間變化規(guī)律

同理，選用與1.0最為接近模比系數(shù)作為典型年，根據(jù)圖中所示將典型年確定為1990年。其徑流量數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 1990年季節(jié)凈流量

因阿拉爾站處于灌區(qū)，故其徑流量存在較大干擾，特別是在用水高峰期時(shí)，其天然徑流量需通過近似引用水量的方式進(jìn)行還原。從現(xiàn)有資料可知，多年來阿拉爾有10億/m3的年平均引水量，且時(shí)間與用水高峰期一致，而在一般用水期時(shí)的外部輸水量較少，因此可將其看做是天然徑流。對(duì)一般典型年份的徑流量進(jìn)行計(jì)算后可知，一般用水期的徑流量為24.375166億/m3，而用水高峰期的徑流量則為27.28863億/m3。采用Tennant法計(jì)算阿拉爾站所在支流在確保生態(tài)健康標(biāo)準(zhǔn)下的生態(tài)需水量，所得結(jié)果如表5所示。

表5 研究河段生態(tài)需水量 億/m3

經(jīng)計(jì)算分析，在一般用水期時(shí)阿拉爾站有8.94億/m3的年平均徑流量，用水高峰期則在34.3億/m3的年平均徑流量下才處于極好狀態(tài)，因此可參考該最小需水量進(jìn)行生態(tài)輸水，以確保生態(tài)系統(tǒng)健康。

3 結(jié) 語

通過上述研究，文章主要得出如下結(jié)論：

1)從時(shí)間演變的角度上看，塔里木河干流以及阿克蘇河的水質(zhì)均表現(xiàn)出CODMn、氨氮不斷增長；從空間演變的角度上看，塔里木河干流在整體上看為沿程CODMn以及礦化度不斷降低而氨氮持續(xù)增長的趨勢(shì)，阿克蘇河則表現(xiàn)出CODMn、礦化度以及氨氮沿程均在不斷增長的趨勢(shì)。

2)塔里木河流域中的水污染在時(shí)空上所造成的影響因素主要為自然、氣候以及人為因素。人口的不斷增加以及經(jīng)濟(jì)活動(dòng)越發(fā)頻繁，導(dǎo)致污染點(diǎn)源數(shù)持續(xù)上升，最終導(dǎo)致水質(zhì)的下降。通過Tenant法基于對(duì)多年平均徑流量的計(jì)算，得到各河段在確保生態(tài)環(huán)境健康前提下的生態(tài)需水量，為后續(xù)生態(tài)輸水提供數(shù)據(jù)支持。