塔里木河下游地下水位状况

一、塔里木河下游地下水位状况

水资源是维持荒漠生态系统正常运转的主要因素之一。干旱区水资源的形成、转化与消耗具有自身的特点。受人类活动的影响，内陆河流域的水资源时空分布发生了明显变化，上游用水量增大，致使下游地区水资源锐减，生态环境质量下降。水资源的短缺及不合理利用，特别是生产用水及生态用水的矛盾长期得不到解决，造成了天然植被衰退、土壤干旱、盐渍化、沙漠化发展，加之大风及沙尘暴频繁，生态环境脆弱特征明显。

塔里木河是我国最大的内陆河，干流总长1321　km，流域总面积102万km²，多年平均天然径流量398.3亿m³，水资源总量429亿m³，是我国最长的内陆河，以其鲜明的地域特色和突出的水资源与生态问题著称于世。流域内降水稀少，地带性荒漠植被十分稀疏，对生态环境起重要作用的是依靠地下水而发育的非地带性中生和旱中生植被，它们主要分布在河旁、湖边及扇缘溢水带。其生长状况与地下水埋深的关系十分密切(樊自立等，2004)。塔里木河流域历史上植被较好，但是近50年来，塔里木河在以水资源开发利用为核心的大强度人类经济、社会活动作用下，流域水环境与自然生态过程发生了显著变化。尤其是塔里木河下游，近30年来，由于上游水资源的高强度开发，致使下游河道断流321　km。地下水位大幅度下降，大部分地区下降到8～12　m，由地下水过程维系的天然植被严重衰败。胡杨林大面积衰败，林间沙地活化。夹持在塔克拉玛干沙漠与库姆塔格两大沙漠之间的“绿色走廊”日益萎缩，濒临毁灭。自1972年以来，塔里木河下游320　km河道开始断流，两岸大面积红柳、胡杨林生态系统严重退化，生态环境十分脆弱，流域中下游人民群众的生存发展受到严重威胁，引起了党和国家领导人的高度重视以及国际社会的广泛关注。

“有水则绿洲，无水则荒漠”。历史上，塔里木河干流地区较多的来水和特殊的气候条件造就了天然绿洲景观，然而自20世纪50年代以来，塔里木河流域渐渐失去了它往日的风采。分析其原因主要有以下几个方面：

1.1　气候干旱，降水稀少，源流来水量不断减少

塔里木河流域远离海洋，三面高山环绕，流域平均年降水量仅为236.7　mm，是典型的大陆性干旱气候区。流域水资源匮乏，产水模数仅有9.2万m³·km^-2，不到全国平均值的1/3。塔里木河干流流经塔克拉玛干大沙漠北缘，年均降水量只有41.1　mm，干旱指数高达28～80，属极端干旱地带，干流汾河两岸的国民经济发展和生态用水，全靠源流下泄水量维持。随着源流地区人口和灌溉面积的大幅度增加，进入塔里木河干流的水量逐年减少，导致塔里木河干流下游地区生态环境严重恶化。

1.2　流域治理缺乏统一规划

塔里木河流域水资源长期以来分属各地、自治州、兵团等多方面管理，没有形成全流域的统一管理机构。1997年虽然成立了塔里木河流域水利委员会和塔里木河流域管理局，负责流域水资源统一管理工作，但是由于各源流控制性引蓄水工程及流域管理机构分属各地区管理，特别是长期形成的以地域为单元的区域管理观念较深，塔里木河流域管理局对流域水资源难以实施有效的统一调度、合理配置，难以协调地方和兵团、源流与干流、生产与生态的用水关系。

1.3　无序过度开发，浪费严重

随着人口增加，塔里木河流域灌溉面积发展迅速，滥垦、滥樵严重。据统计，1991年以来，干流地区新开垦荒地已超过3.3万hm²。塔里木河上游三源流的人口和灌溉面积也分别从1950年的156万人和34.8万hm²。增加到1998年的392万人和125.5万hm²。灌区用水量从20世纪50年代的50多亿m³增加到现状的153亿m³，用水增长了近2倍。在用水量大幅度增加的同时，用水效率却很低。现有灌区配套很差，渠道防渗率仅21%，渠系利用系数只有0.32～0.46，灌溉技术和管理落后，大水漫灌十分普遍，毛用水定额每亩高达1000～2000　m³，浪费十分严重。

1.4　水利工程建设布局不合理，缺乏控制性骨干工程

一是源流缺乏山区控制性调节工程。塔里木河各源流多以冰川融雪补给为主，径流年内分配严重不均，主要集中在汛期的6～9月，且主要为洪水，而3～5月灌溉季节来水量很少，需水量却占全年需水量的30%以上。由于缺乏控制性调节工程，来、用水过程极不协调，洪水灾害与缺水并存。二是平原水库过多，蒸发渗漏损失大。塔里木河“四源一干”共建平原水库76座，年蒸发渗漏损失水量约20亿m³。水库水利用率仅30%左右。三是干流中游地区引水口增多，且大多数无永久性控制工程；渠系布局不合理，工程配套差，渠道大多数几乎没有采取任何防渗措施；田间大水漫灌，散失严重。

发育在沙漠环境中的塔里木河流域是我国著名的内陆河流，由发育于山区融雪河流组成源流和干流组成。河流流域东南北三面环山，高大的山脉分别切断了印度夏季风、西风带和北方水气流的输送路径，使得这一区域降水量奇少，气候条件极为干旱，生态环境极其脆弱。同时由于流域拥有良好的农业生产条件，近50年来流域内的水土开发活动一直不断进行着，尤其上中游的水资源的重新分配，使下游地区的来水骤减，由20世纪50年代的13.53亿m³减至20世纪90年代的2.84亿m³。1959年为保证下游地区的农业生产，修建了大西海子水库，该水库以下河道的水量从减少至1979年完全断流，至20世纪90年代末，大西海子水库以下河道断流有20多年的历史。地表水供水中断干旱区域又无其他水源补给，在蒸发强烈条件下，必然造成地下水的下降。由于水源条件的恶化，依靠水生存的植被也必然走向衰亡，植被的衰亡又使得土地荒漠化趋势加剧，使下游区本身就较为恶劣的自然环境更加恶劣，从而下游区域内的水问题转变成生态问题。

荒漠化是指包括气候变化和人类活动在内的多种因素造成的干旱、半干旱及亚湿润干旱区的土地退化。引起土地退化的因素很多，它是气候、土壤、地质、地貌、植被、水文等自然因素与人为因素共同作用的结果。在塔里木河下游这一特定区域，近50年来，气候变化不显著，而人类不合理的开发活动是造成该地区沙质荒漠化程度不断加重的主要原因。其沙漠化过程可以用一个关系式表述：人类不合理的开发活动——塔里木河下游断流——地下水位下降——土壤含水量下降——地表植被生态系统退化、多样性丧失——地表出现沙漠化景观——“绿色走廊”衰退并逐渐失去植被保护——灾害性天气频度和强度增大——胡杨林及灌木死亡——进一步加剧沙漠化进程——塔克拉玛干与库姆塔格两大沙漠合拢。在塔里木河下游地区，地下水位和土壤水的变化是造成该地区沙漠化程度不断加重的两个重要驱动因子。地下水位的变化引起土壤含水率的改变，而土壤水分含量的高低直接影响植被的生长和地表土壤抗风蚀、沙化的能力，当这一变化超过一定限度后，植被就会衰败乃至死亡(徐海量等，2003)。

塔里木河下游断流河段区域气候干旱少雨(年降水量17.4～33.6　mm)，强烈的蒸发(年蒸发量2　671.4～2　902.2　mm)使得微不足道的大气降水很快蒸发殆尽，对地下水补给无任何意义，而地下水的主要补给来源是区内地表水。区域内地下水径流从径流特性方面可分为纵向和横向两种径流形式。在纵向上地下水径流主要受地形的控制，地下水径流与河流流向基本一致，由于水力坡度甚小，加上含水层透水性较差，径流速度很小，使纵向径流显得特别滞缓，甚至成停滞状态。在横向上地下水径流主要受河水位的控制，由于河水水位始终高于地下水位，形成了从河道中心向河道两侧的横向径流，而且地下水经常受到河水渗漏补给影响，使横向径流显得相对活跃一些。区内地下水主要以潜水蒸发形式排泄，但该区地下水埋深现已很大，故排泄量很小。该区含水层主要由颗粒细小的细沙和粉细沙组成，透水性和导水能力均较差，水力坡度小，水流滞缓，地下水水动力交替条件很差，溶滤了河湖相岩层中的大量盐分，加上强烈的蒸发作用，地下水中的盐分大量浓缩富集，使地下水矿化度很高(阿里木·吐尔逊，2003)。

塔里木河下游为下切弯曲性河流，河床纵比降仅为3%。在塔里木河下游地区干旱区域内的沙质土壤颗粒十分有利于土壤中的水分运动，在蒸发强烈的环境条件中，由于缺乏地表水和降水的供给，土壤水分降低很快，上层土壤变得干燥；在毛细管作用下，地下水不断地上升补给上层土壤水分，致使塔河下游地下水位有较大的变化，水位下降很快，20世纪90年代末塔河下游地下水的埋深沿河道两侧1　km左右一般在8～12　m，而在20世纪60年代，塔里木河下游地下水沿河道埋深一般在3～5　m，塔里木河下游地下水位的消退，植被生长所依赖的土壤水也不断减少，水分条件的恶劣使植被不能充分生长而呈衰败相(徐海量等，2003)。此外，由于区域内的水层土壤沙质较细，水层透体较多，且地形又较平缓，地下径流条件差。地表水供给条件恶劣，以及本区段是整个流域的尾闾，这些条件综合作用使本区地下水不仅矿化度较高，化学成分也较为复杂，并表现出一定的规律性。地下水水化学特征不仅受控于流域内地下水补给和排泄的条件，而且受控于地质、地貌、气候等自然环境的影响，可以说地下水水化学特征是流域内各种因素长期综合作用的结果。地下水的埋深则主要受补给源的影响。在有地表水源供给的情况下，地下水的埋深也具有明显的条带性规律，即离补给源较近处地下水埋深较浅，离补给源较远处地下水位埋深较深。在持续20年无地表水源供给的情况下，地下水埋深的条带性规律并不像水化学特征那样显著，这是因为随着地下水位的下降，土壤中毛细管的作用将逐渐减弱，至某一地下水位时毛细管将不再起任何作用，地下水失去与地表的联系，地下水位处于相对稳定的状态，此时下游段地下水位无论离河道远近，都保持在相近的地下水位上。经过长期的演变，塔河下游地下水具有明显的水化学特征，即：水平和垂直地带性分布规律；水化学成分变化的区间性；高矿化地下水的普遍性。地下水埋深在断流20多年后河道附近地下水水位为6.5～10　m。地下水的水化学特征的变化与地下水埋深相比是缓慢的，只要有水源供给，地下水位会很快得到回升，而水化学特征的变化却不明显。众所周知，水是维持干旱区生态系统最重要的因素。干旱化、沙漠化、盐渍化一直成为左右塔里木河下游末端生态环境的主要因素，也使得该地区的生态环境成为沿“三化”恶性发展的典型地区。在地处干旱区的塔里木河下游，地下水位的高低是景观生态整体功能强弱的关键。近些年，水资源的不合理利用引起的地表植被的退化是加速流域土地沙化的主要原因。1958年到1993年间，流动沙丘面积从占土地面积的44.34%上升到64.47%，其中，强度和极强度沙漠化土地增加了3.12%和3.56%。为恢复和重建严重受损的生态系统，拯救塔里木河下游日益萎缩的“绿色走廊”，于2000年5月开始向塔里木河下游断流30年的河道实施生态输水工程。目的是借助向塔里木河下游断流河道输水，通过河水下渗，补给和抬升河道附近的浅层地下水，使其升高至天然植被适合生长的范围，以挽救日益衰败的天然植被，促进塔里木河下游生态保育(陈亚宁等，2003)。

塔里木河下游的植被主要是非地带性中旱生植物，在干旱胁迫环境下，地下水和土壤水分是维系胡杨、柽柳、芦苇等天然植物生存的主要水源：(1)塔里木河下游大部分地区的天然植物生长已受到干旱胁迫。从野外实地调查和胡杨对地下水位变化的生理响应分析可见，横向上，随着远离输水河道、地下水位埋深增加，植物生长受干旱胁迫的程度加大；纵向上，由下游上段的亚合甫马汗断面至下段的阿拉干断面，胡杨的干旱胁迫程度增强。胡杨当年生小枝长度、当年生小枝上的平均叶数以及胡杨的冠幅和郁闭度等的实测结果也反映出相似的变化特点。(2)塔里木河下游以胡杨为主体的天然植被的生存主要是靠浅层地下水维系，因而，天然植物的生长、衰败和重建与地下水位变化密切相关。通过对塔里木河下游间歇性输水过程的监测结果表明，自2000年开始向塔里木河下游输水以来，河道附近的地下水位呈逐级抬升过程。在塔里木河下游输水河道的上、中段的部分区域，河道附近地下水位已由输水前的5～8　m抬升到了2.5～5　m，塔里木河下游主要建群种胡杨等植物的生长得到了明显改善。其中，靠近输水河道的植被生长较好，而随着远离河道，植被生长状况变差。反映生态输水对塔里木河下游植被的恢复起到了积极作用(陈亚宁等，2004)。

自2000年以来，随着向塔河生态输水次数和输水量的增加，输水河段两侧的地下水位对生态输水产生了明显响应：横向上，地下水的响应范围逐渐扩大，但随远离输水河槽中轴线，响应程度逐渐减小，地下水位的抬升幅度减弱；纵向上，输水河段上游区段地下水位响应范围最大，中游区段次之，下游区段较小。在英苏断面的地下水响应范围超过1000　m，而下段的依干布及麻仅为500　m左右。并且，地下水位的抬升幅度也表现为由上游段至下游段逐渐减弱的态势，在靠输水源——大西海子水库近的上游区段地下水抬升幅度较大，达84%；中游段次之，下游段则抬升幅度较小，仅为6%。反映了输水量与输水持续时间与地下水位变化的密切关系。输水后平均水位也发生了变化：5次输水后平均水位从输水前的－8.25　m(标准差1.89)上升至输水后的－7.65　m，－5.96　m，－5.53　m，－4.44　m，－4.13　m，上升幅度分别为7%，28%，33%，46%，50%(徐海量等，2003)。

在间歇性输水条件下塔里木河下游河道两侧区域内地下水的运动具有一定的规律性：(1)　随着输水的持续，河道两侧区域地下水位虽有明显的上下波动，但整体上来说具有上升的总趋势。其中离河道不同远处的点地下水位上升幅度也有所不同，离河道越近水位上升幅度越大，而离河道越远水位上升幅度就越小。(2)　随着河道充水和停水的重复交替进行，河道两侧区域地下水位也相应地发生周期性上下波动。其中地下水位波动周期主要与整个输水过程河道充水和停水时间的周期性特征有关，而离河道不同远处的点水位波动幅度主要与离河道的距离有关，即距离越小波动幅度越大，距离越大波动幅度就越小。(3)　当河道充水时，河道两侧不同点的地下水位恢复从时间上来讲表现出一定的滞后特征，也就是说，河道近处水位恢复速度较快，而河道远处水位恢复速度相对较慢(赵东晓，2003)。