肖開提?阿不都熱衣木,湯世珍

(1.河海大學(xué)水文水資源學(xué)院,江蘇南京 210098;2.塔城地區(qū)水文水資源勘測(cè)局,新疆塔城 834700)

1 流域概況

艾比湖位于準(zhǔn)噶爾盆地的西南隅,是艾比湖水系的尾閭湖。湖區(qū)南、西、北三面環(huán)山,東部與古爾班通古特沙漠相連。由于地處于歐亞大陸腹地,其多年平均降水量為105.17mm,蒸發(fā)量為1315mm。距艾比湖西北部6km的阿拉山口是我國(guó)西部地區(qū)唯一的鐵路、公路并舉的國(guó)家級(jí)一類口岸。烏魯木齊—伊寧的312國(guó)道和新亞歐大陸橋北疆鐵路古爾圖—阿拉山口段均從艾比湖西南邊緣通過(guò)[1]。

2 湖水礦化度及水化學(xué)特征變化

艾比湖面積從20世紀(jì)50年代初的1200km2至70年代時(shí)迅速萎縮到522km2,年平均縮小20.3km2,為自然干縮期的290多倍,儲(chǔ)水量也由30多億m3減少到7億m3左右[1],如圖1所示。湖水礦化度逐步升高,為100～136g/L,湖區(qū)東南、西北邊緣的礦化度分別達(dá)145～314g/L、167～282g/L。這一時(shí)期湖水面積急速變化是由于流域人口劇增和大規(guī)模水土開發(fā),入湖水量迅速減少所致。對(duì)比分析表明,1980年艾比湖流域人口為1949年的9.4倍,耕地?cái)U(kuò)大8.9倍[2]。

圖1 艾比湖歷年平均湖面積變化過(guò)程

20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)初,隨著艾比湖面積增大,礦化度增長(zhǎng)速率有所減緩?？傮w來(lái)講,艾比湖一直處在一個(gè)鹽分累積過(guò)程中,礦化度不斷上升,從20世紀(jì)50年代的ρ=70g/L上升到21世紀(jì)初期的ρ=136g/L,50多年間上升了近66g/L。說(shuō)明此間艾比湖水面積變化和湖水含鹽量之間有著直接的關(guān)系。

從20世紀(jì)50年代以來(lái)湖面面積與湖水礦化度的相關(guān)分析來(lái)看,可以計(jì)算出其為負(fù)相關(guān)序列,其相關(guān)系數(shù)達(dá)到-0.806,根據(jù)博州水文局的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),艾比湖的湖水礦化度變化分別為50年代為70g/L,70年代為88.7g/L,80年代為109.7g/L,90年代為100～115g/L,2002～2007年為136g/L[3]。

3 氣象資料分析

研究所用氣候資料為艾比湖流域的溫泉、阿拉山口、奎屯、烏蘇4個(gè)氣象站1960—2007年的歷年月平均氣溫和月降水量。

3.1 氣溫變化

近47年來(lái)艾比湖流域氣候存在著明顯變暖的總趨勢(shì),尤其以20世紀(jì)90年代最為明顯。艾比湖流域的氣候變暖具有明顯的季節(jié)性差異,增暖季節(jié)主要是在冬季,而春季變暖的趨勢(shì)較為緩慢。艾比湖流域最高和最低氣溫的變化普遍存在不對(duì)稱性。即最低氣溫明顯上升,而最高氣溫上升不明顯或呈下降趨勢(shì),并導(dǎo)致氣溫日較差顯著減小。從圖2的氣溫變化過(guò)程可以看出,各站月均氣溫振幅具有較好的同步性。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析,各站年平均氣溫的趨勢(shì)方程及相關(guān)系數(shù),在0.05的置信度下均通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)。

圖2 氣溫變化過(guò)程

3.2 降水變化

艾比湖流域降水量47年來(lái)呈增長(zhǎng)趨勢(shì),尤其是進(jìn)入20世紀(jì)90年代后期,降水量明顯偏多,其中夏季降水量增長(zhǎng)率要高于冬季降水量增長(zhǎng)率。該區(qū)降水在季節(jié)分配上發(fā)生了變化,而夏、冬兩季是4個(gè)季節(jié)中平均降水量增加最多的季節(jié),春季降水增加則比較緩慢。

艾比湖流域年際和四季蒸發(fā)量變化整體呈增加的趨勢(shì)。依據(jù)1960—2007年降水量序列,由逐步回歸向后剔除分析法,構(gòu)建最佳重建方程如下:

Pt=724.592-1419.885HAXt+1607.697SETt-836.531SETt+2

式中:Pt是溫泉?dú)庀笳?～5月的降水量;HAXt、SETt和SETt+2分別為哈夏、沙爾陶勒蓋當(dāng)年和次年最大灰度標(biāo)準(zhǔn)化樹輪年表序列。降水重建方程的復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.661,上述重建方程具有可靠性。

艾比湖流域年降水量的變化除了精河、溫泉外沒(méi)有明顯變化趨勢(shì),如圖3所示。20世紀(jì)90年代與前30年相比,整個(gè)流域年降水量平均增加了9.3%,其中溫泉增幅最大,為32.0%;而阿拉山口、博樂(lè)的降水呈減少趨勢(shì),分別減少13.8%和5.3%[4]。

圖3 降水量變化過(guò)程

3.3 蒸發(fā)量變化

艾比湖流域蒸發(fā)量(實(shí)際反映的是蒸發(fā)能力)自20世紀(jì)60年代以來(lái)一直呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。在艾比湖流域溫度升高、降水增多的同時(shí),蒸發(fā)量卻在減少。就其平均值而言,20世紀(jì)90年代蒸發(fā)量比前30年(1961—1990年)平均值減少了9.2%。這是一個(gè)值得研究的非常特殊現(xiàn)象。

研究期間,湖水面積和溫度、降水變化沒(méi)有明顯的相關(guān)關(guān)系,而艾比湖面積與流域平均蒸發(fā)的相關(guān)系數(shù)為0.4,說(shuō)明蒸發(fā)對(duì)湖水面積有一定的影響。溫度、降水變化對(duì)湖泊水資源的影響有限。

4 土壤鹽堿度變化

湖區(qū)干旱環(huán)境下的積鹽和鹽化的成土過(guò)程表現(xiàn)顯著。在調(diào)查過(guò)程中,鹽土和鹽漬化土占48.69%,其中,輕鹽、中鹽、漬化土各為2.9%,強(qiáng)鹽漬化土為5.7%。

湖區(qū)表土層的土壤粒級(jí)組成則有細(xì)化現(xiàn)象(多為上風(fēng)區(qū)),風(fēng)蝕造成了表層土壤的進(jìn)一步分化,下風(fēng)區(qū)接受了細(xì)土的沉積。這些土壤的鹽類主要屬然而,大量排水工程的修建和大規(guī)模開采地下水,使地下水水位降低,致使水成土、半水成土轉(zhuǎn)變?yōu)闅堄嗾訚赏痢堄嗵客?。隨著湖水面和縮小,湖盆氣候進(jìn)一步變干,鹽化過(guò)程逐步加強(qiáng),各類鹽化土壤則演變?yōu)橄鄳?yīng)的沼澤鹽、草甸鹽土、胡楊林鹽土等[5]。同時(shí),由于土壤含鹽量不斷上升和地下水水位下降,原有的植被急劇衰敗,逐漸為鹽生植被所取代。

土壤理化性狀空間異質(zhì)性直接影響艾比湖地區(qū)的地形地貌。艾比湖的低山帶和山前平原主要是荒漠草原和荒漠;遠(yuǎn)離艾比湖的沖、洪積平原是以超旱生植物為建群種的荒漠;艾比湖湖濱、河流入湖口附近及湖周沖洪積扇緣地帶則發(fā)育著隱域性植被。

博河上游至中游,分別位于山麓地帶(海拔1428m)、山前沖洪積平原上部(海拔1014m)和中部(海拔663m),海拔從高到低其土壤水熱條件亦發(fā)生轉(zhuǎn)變(干旱加劇和溫度增高)、沙性增強(qiáng)、pH值相應(yīng)增大,植被則由以針茅為主、蒿類植物為次的荒漠化草原遞變?yōu)橐阅望}堿類為主的小半灌木,人類活動(dòng)頻繁加劇了原來(lái)的植被嚴(yán)重破壞、消失,進(jìn)一步退化為1年生雜草(豬毛菜、叉毛蓬等)為主的草被。梭梭荒漠是艾比湖流域分布最廣的植物群落類型之一,伴生植物有鹽柴類和一些1年生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)期植物及短命植物,主要發(fā)育在沖、洪積平原中部、中下部的礫質(zhì)戈壁、鹽化沙壤土及沙土上。

從植被分布的差異可以看到,土壤鹽漬化程度對(duì)梭梭群落組成影響很大。無(wú)鹽漬化的樣地植物種類多,植被蓋度高(50%左右),而其他鹽漬化土壤或鹽土地的植物種類相對(duì)較少,除2塊樣地礫石比例小于10%外,其他多在17.08%～68.06%之間。分析樣品的土壤粒度曲線(不包括＜2mm的礫石)顯示,研究區(qū)域內(nèi)艾比湖西北部及博河中上游區(qū)域,表土層土壤粒級(jí)組成均表現(xiàn)為粗化狀,而艾比湖南部部分地塊表土層土壤粒級(jí)組成則有細(xì)化現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)土壤遭受風(fēng)蝕的現(xiàn)象是湖水萎縮、多風(fēng)并缺乏植被保護(hù)的必然結(jié)果。

艾比湖地區(qū)生態(tài)環(huán)境變化過(guò)程中,非生物因子,土壤理化性狀的空間異質(zhì)性是植被空間分布差異的主要原因,其表現(xiàn)在土壤類型、結(jié)構(gòu)、鹽分、養(yǎng)分以及局部水分條件的改變所引起的植物群建群種和優(yōu)勢(shì)種的變化。也就是說(shuō),土壤發(fā)生粗化、干旱化、鹽漬化、貧瘠化等,導(dǎo)致了喬木、灌木、半灌木、多年生草類等植物群落建群種和優(yōu)勢(shì)種演變?yōu)槟透珊?、耐鹽堿的小半灌木、鹽柴類和1年生植物,植物種類減少、覆蓋度降低。反過(guò)來(lái),植被退化加劇了土壤的風(fēng)蝕和肥力下降。因此,只有充分把握土壤-植被間的這種相應(yīng)關(guān)系,才能有效恢復(fù)和重建艾比湖地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。

5 結(jié) 語(yǔ)

研究表明,水質(zhì)惡化造成湖濱帶土壤鹽漬化和濕地植被退化,濕地指示物種減少而鹽生植物明顯增多。由于流域植被覆蓋稀疏,水土流失嚴(yán)重,在氣候因素和人類活動(dòng)的影響下艾比湖水面積總體呈縮小狀態(tài),鹽度逐漸增大,對(duì)湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了極大影響。因此,目前艾比湖的環(huán)境現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)并不樂(lè)觀,水資源的合理配置與開發(fā)已成為流域發(fā)展必須妥善處理的主要問(wèn)題[6]。筆者提出以下幾點(diǎn)整治措施以供參考:

a.保護(hù)水源。流域山區(qū)森林經(jīng)營(yíng)面積為37.47萬(wàn)hm2,占全流域面積1/6。山區(qū)天然林是艾比湖流域16條河流的發(fā)源地,穩(wěn)定地發(fā)揮著水資源涵養(yǎng)、保持水土、調(diào)節(jié)氣候、保護(hù)綠洲的不可替代的作用[7]。地面降水量約50%左右(23.6億m3左右)形成徑流,從這個(gè)意義上說(shuō),山區(qū)森林護(hù)衛(wèi)著艾比湖現(xiàn)有湖面水量的穩(wěn)定補(bǔ)給和生態(tài)經(jīng)濟(jì)的相對(duì)平衡。流域人工降水增雨的潛力很大。特別是在博河流域,若采取人工增雨和防雹相結(jié)合、火箭與高炮相匹配的措施,一般人工降水增雨效果為20%。

b.實(shí)施跨流域調(diào)水工程[6]?？缌饔蛘{(diào)水有2個(gè)方案:①“引額濟(jì)克”工程同濟(jì)艾比湖方案。在“引額濟(jì)克”工程現(xiàn)行設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,不需改變工程設(shè)計(jì),僅增修一條110km輸水干渠,從克拉瑪依引水5億m3入奎屯河補(bǔ)給艾比湖,這是投資少、見(jiàn)效快的工程。從改善克拉瑪依和奎屯河下游生態(tài)環(huán)境的考慮,每年下泄5億m3水量給艾比湖,是遲早要解決的問(wèn)題。②“引喀濟(jì)艾”調(diào)水方案。從伊犁喀什河調(diào)水10億m3,從根本上解決艾比湖生態(tài)用水和艾比湖流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展用水,這方案生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益兼優(yōu),長(zhǎng)遠(yuǎn)效益好。但這項(xiàng)調(diào)水工程投資大,建設(shè)周期長(zhǎng)。這兩個(gè)方案的選擇,取決于自治區(qū)總體布局和經(jīng)濟(jì)實(shí)力,但跨流域調(diào)水,根治艾比湖生態(tài)環(huán)境是必然抉擇。

c.農(nóng)業(yè)節(jié)水以節(jié)水增效、鹽堿地改良、低產(chǎn)田改造為主攻方向,全面推進(jìn)農(nóng)業(yè)灌溉體系建設(shè),加大對(duì)大型灌溉區(qū)投入。在技術(shù)層面上,通過(guò)建設(shè)山區(qū)調(diào)蓄水庫(kù)和地表水與地下水聯(lián)合調(diào)度運(yùn)用,實(shí)現(xiàn)水資源在區(qū)域和流域內(nèi)的合理配置,高效利用。

d.調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置。對(duì)新建、改建、擴(kuò)建建設(shè)項(xiàng)目實(shí)行水資源論證制度,按照水資源條件調(diào)整現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)(包括產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和種植業(yè)結(jié)構(gòu)),優(yōu)化配置水資源。如根據(jù)流域農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃,海拔800m以上的是牧區(qū),800～400m為半牧半農(nóng)區(qū),400m以下為農(nóng)業(yè)區(qū)。建議海拔800m以上地區(qū)縮小農(nóng)業(yè)規(guī)模,以發(fā)展畜牧業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。

e.建立生態(tài)保護(hù)和建設(shè)協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)。完善艾比湖流域規(guī)劃,對(duì)艾比湖流域水資源統(tǒng)一管理,合理配置經(jīng)濟(jì)用水和生態(tài)用水,協(xié)調(diào)各河流入湖水量比例,各流域之間科學(xué)分水,進(jìn)行有效監(jiān)督;對(duì)全流域的上中下游進(jìn)行規(guī)范化開發(fā),使局部利益和整體相結(jié)合。尤其作為一個(gè)環(huán)境承載力有限的封閉流域,退化具有某種程度的不可逆性,一旦破壞很難恢復(fù)。

[1] 王志杰.新疆地表水資源概評(píng)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2008.

[2] 王遵親.中國(guó)鹽漬土[M].北京:科學(xué)出版社,1993:132.

[3] 新疆維吾爾自治區(qū)水文水資源局.西北地區(qū)水資源合理開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究:新疆水資源評(píng)價(jià)[R].烏魯木齊:新疆維吾爾自治區(qū)水文水資源局,1998.

[4] 新疆水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)管理中心.西北地區(qū)水資源合理開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究:新疆水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀評(píng)價(jià)[R].烏魯木齊:新疆水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)管理中心,1999.

[5] 中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所.博河、精河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)與治理研究專題報(bào)告[R].烏魯木齊:中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所,2001:31-32.

[6] 周聿超.新疆河流水文水資源[M].烏魯木齊:新疆科技衛(wèi)生出版社,1997:76-78.

[7] 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院.艾比湖流域水資源合理配置[R].北京:中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,2002:12-44.