周吉軍

(新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院(集團(tuán))有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830002)

新疆瑪納斯河流域是屯墾戍邊開(kāi)發(fā)最早的地區(qū)，現(xiàn)已形成316.3萬(wàn)畝的灌區(qū)和石河子市等新興城鎮(zhèn)，人口密集、綠洲經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，其開(kāi)發(fā)建設(shè)模式在新疆中小河流域具有代表性[1]。隨著灌溉規(guī)模的發(fā)展，流域的生態(tài)環(huán)境也發(fā)生了相應(yīng)的變化，人工綠洲拓展了人類生存空間，下游河道斷流和尾閭湖泊萎縮甚至干涸引起了自然生態(tài)的退化。1999年流域特大洪災(zāi)之后，提出興建肯斯瓦特水利樞紐工程解決流域防洪安全問(wèn)題，一座大型山區(qū)水庫(kù)的建設(shè)勢(shì)必增加人類對(duì)水資源的控制能力，如何權(quán)衡發(fā)展與保護(hù)的關(guān)系，如何規(guī)范人類用水行為，如何確定人與自然和諧相處的合理狀態(tài)，是工程規(guī)劃設(shè)計(jì)必須回答的關(guān)鍵問(wèn)題。工程論證過(guò)程中以防洪減災(zāi)和水資源優(yōu)化配置為工程主要任務(wù)，以遏制河湖生態(tài)進(jìn)一步退化為基本原則，按照尊重河流水文特征控制生態(tài)基流、尊重河流生態(tài)特點(diǎn)確定敏感保護(hù)目標(biāo)、尊重發(fā)展現(xiàn)實(shí)控制經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水總量的規(guī)劃設(shè)計(jì)思路，非常值得借鑒。

1 河流水文特征與生態(tài)基流控制

1.1 河流水文特征

瑪納斯河發(fā)源于天山北坡，由南向北流入準(zhǔn)噶爾盆地腹地，紅山嘴斷面以上集水面積5156km2，多年平均年徑流量13.16億m3，是盆地南緣最大的一條河流[1]，在天山北坡綠洲帶具有典型代表性?，敿{斯河從高山流向盆地，呈現(xiàn)出徑流形成、運(yùn)移轉(zhuǎn)化、蒸發(fā)散失的水循環(huán)過(guò)程。按照河流生態(tài)健康一般原則來(lái)看，河道斷流是河流不健康的表現(xiàn)[2]，但西部?jī)?nèi)陸干旱區(qū)的瑪納斯河有其特殊性。

從水文條件看，天山北坡河流的徑流量年際變化都不大，但年內(nèi)分配豐枯懸殊，瑪納斯河肯斯瓦特站曾實(shí)測(cè)到夏季洪峰流量1095m3/s，冬季最小流量?jī)H為5.98m3/s，這個(gè)流量不可能流到尾閭，冬季斷流幾乎年年發(fā)生，是典型的季節(jié)性河流。實(shí)際上，即使是實(shí)施生態(tài)補(bǔ)水的塔里木河，下游冬春季斷流也是常態(tài)[3]。

從河流沿線地質(zhì)情況看，從肯斯瓦特水庫(kù)壩址下游3km處直至河源，河道均為基巖河床，地表徑流處于累積增長(zhǎng)狀態(tài)，全年不斷流，基流控制是必要的。壩址下游3km處至紅山嘴河段，穿越東西展布的巨型向斜構(gòu)造帶，帶內(nèi)沉積巨厚的第四紀(jì)礫巖及砂卵石，具強(qiáng)透水性，小流量進(jìn)入此河段不久即大部分滲失，冬季常見(jiàn)河床斷流現(xiàn)象。紅山嘴斷面有垂直河道東西向展布的背斜構(gòu)造，河底出露地層為第三紀(jì)泥巖，不透水，受其頂托，不僅河床自身潛流溢出，而且有左右兩側(cè)山間洼地地下水以高位泉方式溢出并匯入瑪納斯河，此河段5km范圍內(nèi)常年有水，冬季流量基本穩(wěn)定在4～5m3/s。紅山嘴之后河流進(jìn)入沖洪積扇，因存在山前斷裂，基巖面急劇下降，河床砂卵石巨厚，河水再次大量入滲，冬季斷流也是常態(tài)。在下游扇緣地帶河床質(zhì)變細(xì)，滲透能力降低，再次以平原泉水方式出溢，泉水溢出帶東西展布，平原水庫(kù)多修建在此條帶下游側(cè)，在灌區(qū)地下水沒(méi)有大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用的50—60年代，泉水溝均以瑪納斯河河道為歸宿，這個(gè)特點(diǎn)與天山北坡其他山溪性河流類似。

從人工干預(yù)過(guò)程看，隨著屯墾事業(yè)發(fā)展，特別是大泉溝和夾河子等平原水庫(kù)建成后，夾河子水庫(kù)以下直至小拐河段，每遇枯水年泄洪量和泄洪時(shí)段都極為有限，河道不僅冬季斷流，而且會(huì)出現(xiàn)全年斷流。

所以，本河流的生態(tài)基流控制不能忽視其自然本底特點(diǎn)，必須分河段、分季節(jié)區(qū)別對(duì)待?？菟趹?yīng)控制基巖河床段不斷流，洪水期重點(diǎn)控制夾河子水庫(kù)斷面泄放一定的水量，維持下游河道及瑪納斯湖的生態(tài)用水。

1.2 生態(tài)基流控制

肯斯瓦特水庫(kù)壩址斷面多年平均流量為38.7m3/s，下游有3km左右的常年不斷流河道，泄放生態(tài)基流是必要的。按照枯水期不少于年均流量的10%、豐水期不少于20%控制，流量分別為3.87、7.74m3/s，以此作為水庫(kù)規(guī)模論證和徑流調(diào)節(jié)計(jì)算的邊界條件。為了保證小流量連續(xù)泄放，水庫(kù)電站特設(shè)一臺(tái)生態(tài)機(jī)組常年運(yùn)行，并進(jìn)行在線監(jiān)控。

夾河子水庫(kù)斷面以下的生態(tài)水量控制，與流域下游河湖自然生態(tài)狀況密切相關(guān)，如果退化嚴(yán)重則應(yīng)考慮生態(tài)修復(fù)，如果下游生態(tài)變化處于可接受狀態(tài)且比較穩(wěn)定，則應(yīng)以現(xiàn)狀經(jīng)濟(jì)用水總量不增加作為控制條件，保證平水年和豐水年汛期不斷流，以遏制下游生態(tài)進(jìn)一步惡化。根據(jù)有關(guān)研究成果，瑪納斯河流域灌區(qū)耕地景觀持續(xù)向好[4]；在河流兩岸、沙漠與人工綠洲之間依靠天然降雨生存的沙生植被覆蓋度沒(méi)有明顯退化，依靠封育禁牧禁樵保護(hù)的白梭梭等生長(zhǎng)良好；瑪納斯湖濕地植被覆蓋度在20世紀(jì)60年代大規(guī)模退化，臨近的一些原來(lái)的低覆蓋度區(qū)轉(zhuǎn)化為人工綠洲高覆蓋度區(qū)，形成此消彼長(zhǎng)的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，但湖區(qū)植被枯死、湖盆裸露成為風(fēng)沙源，而且研究發(fā)現(xiàn)湖水的暫時(shí)充盈并未引起周邊植被明顯恢復(fù)[5]，因此判斷流域下游(湖區(qū)除外)的生態(tài)狀況近50年來(lái)基本穩(wěn)定，所以維持現(xiàn)狀是可以保證下游生態(tài)安全的。根據(jù)1970—2006年夾河子水庫(kù)運(yùn)行管理資料，統(tǒng)計(jì)該斷面歷年實(shí)際泄水情況，得到間斷性泄水系列，有些年份為“零排放”，而1999年下泄水量就達(dá)到6.39億m3，使瑪納斯湖再現(xiàn)于沙漠邊緣。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，泄水量的多年均值為6556萬(wàn)m3，雖然僅占紅山嘴斷面徑流量的5%，仍然具有極大的生態(tài)價(jià)值。因此，水利和環(huán)保專家從現(xiàn)實(shí)可能性和遏制自然生態(tài)惡化必要性考慮，提出流域水資源管理及全流域工程調(diào)度運(yùn)行應(yīng)在流域機(jī)構(gòu)監(jiān)管下，實(shí)施在線監(jiān)測(cè)，以不少于現(xiàn)狀下泄水量6556萬(wàn)m3作為剛性約束，防止山區(qū)水庫(kù)建成后降低下游生態(tài)水量，通過(guò)依法依規(guī)管理解決生態(tài)保護(hù)問(wèn)題。雖然是權(quán)宜之計(jì)，但也為下游生態(tài)保護(hù)建立了一個(gè)新的紅線保障，從最近十幾年管控情況看，約束效果良好，湖區(qū)至今仍然維持一定的水面面積。

2 河流生態(tài)特點(diǎn)與敏感保護(hù)目標(biāo)確定

2.1 河流生態(tài)特點(diǎn)與魚(yú)類保護(hù)

河流源頭是海拔5000m以上的冰川，肯斯瓦特水文站以上河段穿行于高山峽谷，兩岸陡峻，河谷深切，河床基巖出露，鮮有河谷林，兩岸支溝及階地分布稀疏喬木和灌木，河中生長(zhǎng)珍貴的高山冷水保護(hù)魚(yú)種：新疆裸重唇魚(yú)；肯斯瓦特至紅山嘴河段穿越第四紀(jì)沉積的向斜洼地，河谷兩岸分布依靠降水生存的灌木，河床為裸露的砂礫石，沒(méi)有植被；在紅山嘴以上5km左右河段，受瑪納斯背斜泥巖頂托，河床泉水長(zhǎng)年出溢，且有高位泉分布，河谷林發(fā)育；紅山嘴至夾河子河段，兩岸高階地上廣布耕地，河床砂卵石滲漏強(qiáng)烈，沒(méi)有植被；夾河子水庫(kù)以下直至小拐河段河床質(zhì)顆粒逐漸變細(xì)，河岸低緩，河曲發(fā)育，蘆葦?shù)戎脖幻?，主要依靠地下水生存；小拐以下直至瑪納斯湖兩岸為沙漠景觀，主要生長(zhǎng)梭梭檉柳等沙生植物，河床萎縮且經(jīng)常斷流；尾閭瑪納斯湖已經(jīng)干涸，現(xiàn)為鹽礦[6]。

新疆裸重唇魚(yú)，其產(chǎn)卵區(qū)為紅山嘴以上泉水溢出河段，汛期洄游至壩址通過(guò)魚(yú)類增殖站人工輔助實(shí)施保護(hù)，確定為瑪納斯河上游生態(tài)保護(hù)的敏感目標(biāo)是非常必要的。

2.2 尾閭湖泊生態(tài)特點(diǎn)與保護(hù)原則

按照內(nèi)陸河生態(tài)完整性角度看，尾閭湖干涸是河流不健康的表現(xiàn)[7]，但瑪納斯河有其特殊性。自20世紀(jì)90年代至今，有很多專家學(xué)者對(duì)瑪納斯湖的演變歷史、干涸的原因、生態(tài)特征開(kāi)展了持續(xù)深入的研究，研究空間范圍擴(kuò)展到整個(gè)盆地四周，研究時(shí)間跨度上溯到300年前的乾隆時(shí)期，這些研究成果對(duì)流域治理面臨的生態(tài)問(wèn)題思考具有啟發(fā)作用，簡(jiǎn)要?dú)w納為以下幾個(gè)方面。

(1)研究發(fā)現(xiàn)，瑪納斯河不是此湖唯一的源流

歷史上除瑪納斯河入湖之外，盆地南部的三屯河和呼圖壁河、西北部的達(dá)爾布迪克河、北部的烏倫古河甚至額爾齊斯河都曾經(jīng)是古瑪納斯湖(阿雅爾淖爾)的源流，受地殼運(yùn)動(dòng)、氣候變化和人類活動(dòng)影響，直到19世紀(jì)末20世紀(jì)初，才只剩下了瑪納斯河一條入湖河流[8]。從瑪納斯河流域來(lái)看，西側(cè)臨近的金溝河、巴音溝河實(shí)際上也是瑪納斯河的支流，只是一般年份沒(méi)有水量下泄，下游已成為重要的綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)，但穿過(guò)灌區(qū)的排洪通道(河道)依然存在，1999年暴雨融雪型洪水期間，兩河洪水與瑪納斯河洪水遭遇，造成洪水泛濫。所以說(shuō)，瑪納斯湖區(qū)是準(zhǔn)噶爾盆地最低洼的地方，也曾是諸多河流的歸宿地，如果將瑪納斯湖作為流域生態(tài)敏感目標(biāo)并提出恢復(fù)瑪納斯湖的任務(wù)，涉及的研究范圍幾乎涵蓋盆地周邊所有河流及其綠洲經(jīng)濟(jì)區(qū)，應(yīng)慎重。

(2)研究發(fā)現(xiàn)，瑪納斯湖隨氣候變化曾經(jīng)歷過(guò)多次的充盈—干涸變化過(guò)程

這是通過(guò)研究湖底沉積和湖岸生物殘留得出的結(jié)論，也就是說(shuō)即使在農(nóng)耕規(guī)模不大的時(shí)期，只要?dú)夂蜃兓瘜?dǎo)致入湖水量變化，湖泊就相應(yīng)隨之變化，天然來(lái)水過(guò)程主導(dǎo)了湖泊水面大小[9]。1999年是最近一次充水，當(dāng)年瑪納斯河出現(xiàn)50年一遇洪水，年徑流量達(dá)到18.8億m3，是均值的1.5倍，上游用水沒(méi)有減少，但湖水面依然恢復(fù)到60km2以上。所以僅靠人工干預(yù)維持某個(gè)規(guī)模穩(wěn)定水面的想法，不符合自然規(guī)律。

(3)研究發(fā)現(xiàn)，瑪納斯湖是古瑪納斯湖萎縮后形成的若干個(gè)小湖泊之一

古瑪納斯湖面積很大，隨著氣候變化逐漸萎縮成若干個(gè)小的湖泊[10]，受地殼運(yùn)動(dòng)和河流沖淤變化，入湖河水在不同歷史時(shí)期注入不同的區(qū)域，為核心位置多次變遷的遷移湖泊。1915年瑪河改道向東進(jìn)入的湖區(qū)位置，近代有詳細(xì)記載，也是現(xiàn)代地圖上顯示的瑪納斯湖。1999年洪水形成的水面主要在小拐以下河段，此區(qū)域?qū)嶋H上也是古瑪納斯湖的組成部分。所以，準(zhǔn)噶爾盆地底部區(qū)域廣布的風(fēng)沙源，是非常久遠(yuǎn)的歷史過(guò)程形成的，成因非常復(fù)雜，如果像臺(tái)特馬湖一樣作為生態(tài)保護(hù)目標(biāo)，確定湖區(qū)位置和保護(hù)邊界都很困難。

(4)研究證明，水土開(kāi)發(fā)直接影響湖泊狀態(tài)，但流域生態(tài)環(huán)境總體向好

研究人員查到了1863年清代北疆昌吉至瑪納斯縣一帶耕地面積達(dá)到95萬(wàn)畝時(shí)的湖面范圍數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)湖面已大幅度萎縮；據(jù)瑪納斯河水利志記載，建國(guó)初期湖面面積約500多km2。此后流域屯墾快速發(fā)展，上游陸續(xù)新建了大量水利工程特別是平原水庫(kù)，逐漸形成石河子等人口聚集區(qū)和諸多工礦企業(yè)，以人工綠洲為主的新生態(tài)環(huán)境格局逐漸形成。1962年灌溉面積達(dá)到265萬(wàn)畝時(shí)，瑪納斯湖再次完全干涸[10]。本次干涸得到了人們持續(xù)的關(guān)注，綠洲生態(tài)與自然生態(tài)合理邊界的爭(zhēng)論與研究一直在持續(xù)，特別是近年來(lái)借助衛(wèi)星遙感影像資料的對(duì)比分析成果表明，人工綠洲成長(zhǎng)與天然植被退化都存在，但流域植被覆蓋度總體增加，是人與自然和諧共生狀態(tài)[10]。

(5)瑪納斯湖區(qū)生態(tài)需要繼續(xù)深入研究

通過(guò)對(duì)湖區(qū)周圍生態(tài)環(huán)境的實(shí)地考察，發(fā)現(xiàn)湖盆內(nèi)部廣布鹽礦，根據(jù)有跡可見(jiàn)的湖岸高程看，湖水礦化度很高，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)魚(yú)類生長(zhǎng)跡象，水生植物甚至枯死的殘留根系都少有發(fā)現(xiàn)。在離開(kāi)湖區(qū)一定距離，鹽生及沙生植物如梭梭等至今生長(zhǎng)良好，這些植被顯然是依靠稀少的天然降水生存的，與湖水關(guān)系不大?？梢?jiàn)，降水量100～150mm的瑪納斯湖區(qū)生態(tài)保護(hù)有其特殊性。

綜上所述，雖然湖泊作為濕地的生態(tài)學(xué)意義不容置疑[11]，但因?qū)α饔虼髸r(shí)間尺度下氣候變化規(guī)律認(rèn)識(shí)有限，面對(duì)已形成的流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展局面，人們對(duì)恢復(fù)瑪納斯湖均持審慎的態(tài)度，至少在近期作為生態(tài)保護(hù)敏感目標(biāo)尚不具備條件。

3 工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的生態(tài)保護(hù)原則

瑪納斯河流域地處極度干旱區(qū)，生態(tài)環(huán)境極度脆弱，在此背景下興建山區(qū)大型水庫(kù)，必須從全流域尺度考慮。通過(guò)河流水文特征、生態(tài)特征分析及流域生態(tài)演變回顧，結(jié)合流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展要求，對(duì)瑪納斯河流域用水建立明確的管控指標(biāo)是非常必要的。近期應(yīng)該遵循的生態(tài)保護(hù)原則是：第一要保證新疆裸重唇魚(yú)這一珍稀水生生物物種延續(xù)；第二要維持河谷林及近岸植被不退化，保證汛期河流連續(xù)性、枯水期關(guān)鍵河段不斷流；第三要保證下游河道多年平均輸水量不減少，保持下游河湖生態(tài)現(xiàn)狀并盡量維持1999年形成的“瑪依湖”壽命。為此，山區(qū)水庫(kù)規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理必須滿足以下條件：

(1)肯斯瓦特水利樞紐工程建設(shè)必須在壩后同步新建魚(yú)類人工增殖站，在工程運(yùn)行壽命周期內(nèi)，持續(xù)實(shí)施人工繁育工作，對(duì)土著珍稀魚(yú)類進(jìn)行種群保護(hù)，每年放流數(shù)量不少于50萬(wàn)尾。

(2)肯斯瓦特水庫(kù)電站運(yùn)營(yíng)期間1臺(tái)10MW的小機(jī)組24h不間斷運(yùn)行，下泄生態(tài)基流不小于3.87m3/s，并安裝生態(tài)流量在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證生態(tài)基流泄放。

(3)保證夾河子水庫(kù)斷面多年平均下泄河道水量不低于6556萬(wàn)m3，維持1970—2006年間的水平，并在庫(kù)后設(shè)置生態(tài)水量監(jiān)測(cè)斷面，由流域管理機(jī)構(gòu)監(jiān)督落實(shí)，保證下游河道和尾閭湖泊生態(tài)不退化。316.3萬(wàn)畝流域灌溉面積不允許增加，地表水不增引，地下水實(shí)施管控，中水利用逐步加強(qiáng)，灌區(qū)通過(guò)產(chǎn)業(yè)調(diào)整和推廣高新節(jié)水技術(shù)滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)在流域生態(tài)安全前提下建設(shè)和管理瑪納斯河山區(qū)水庫(kù)工程，符合人與自然和諧共生的發(fā)展理念，規(guī)劃設(shè)計(jì)思路是完全正確的。

(2)確定生態(tài)基流和生態(tài)水量控制指標(biāo)，應(yīng)充分研究河流的自然本底特點(diǎn)，因河施策。

(3)河流生態(tài)敏感保護(hù)目標(biāo)須慎重確定。本流域的珍稀魚(yú)類保護(hù)很容易達(dá)成共識(shí)，但尾閭湖泊的保護(hù)必須實(shí)事求是，在沒(méi)有更好的解決策略之前，遵循經(jīng)濟(jì)用水總量控制的原則是正確的。關(guān)于瑪納斯湖的保護(hù)，今后還需要深入研究。

(4)肯斯瓦特水利樞紐工程已建成運(yùn)行，規(guī)劃設(shè)計(jì)確定的生態(tài)保護(hù)原則和措施得到了很好的落實(shí)，尾閭湖泊已成旅游熱點(diǎn)，山區(qū)水庫(kù)興利除害作用顯著，決策效果良好。