塔里木河下游生態(tài)輸水過程中荒漠河岸林活力恢復(fù)監(jiān)測

以生態(tài)輸水后地下水動態(tài)變化引起的地表植被生物量差異為出發(fā)點,探討生態(tài)輸水對塔里木河下游植被恢復(fù)價值的影響。首先,利用生態(tài)輸水前后地下水動態(tài)變化和地表植被響應(yīng)的長期監(jiān)測資料,以塔里木河下游考干斷面為例,在垂直于河道方向上長2000m、平行河道方向?qū)?00m的樣帶內(nèi),選取2000年10月、2007年9—10月、2015年10月的植被監(jiān)測與稱重資料數(shù)據(jù);其次,借鑒國內(nèi)外生態(tài)經(jīng)濟(jì)價值量化方法,綜合地表植被響應(yīng)價值和地下水抬升的潛在價值計算輸水后地表植被恢復(fù)價值。結(jié)果顯示:(1)在塔里木河下游地區(qū),生態(tài)輸水使得地下水位明顯抬升,水位的抬升幅度隨著距河道距離的增加逐漸降低,植被蓋度也隨著距河道距離的增加呈現(xiàn)降低趨勢;在距河道1000m以外,地下水位與植被蓋度變化不明顯;(2)2000—2007年植被新增生物量占2000—2015年植被新增生物量的57.02%,并且這兩個時段植被新增生物量與距河道距離均呈現(xiàn)顯著相關(guān);(3)根據(jù)16次生態(tài)輸水監(jiān)測資料,計算出2007年與2015年該區(qū)間100m寬的樣帶因輸水而投入的水資源價值分別為8266.5元、14805元,輸水后植被總體恢復(fù)價值分別為53811.67元、83334.62元,投入產(chǎn)出比分別為1∶6.507、1∶5.63,說明生態(tài)輸水的經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

塔里木河是我國最長的內(nèi)陸河。為了搶救塔里木河下游生態(tài)環(huán)境,2000~2003年向斷流30余年的下游500km左右的天然河道,實施了5次應(yīng)急輸水。在收集了對5次輸水后生態(tài)修復(fù)評價的大量資料的基礎(chǔ)上,結(jié)合第6次和第7次輸水,對生態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了進(jìn)一步研究,并提出了進(jìn)一步擴(kuò)大輸水生態(tài)修復(fù)影響范圍的人工輔助措施,通過分河段、分區(qū)域合理配置水資源,以實現(xiàn)塔河流域生態(tài)修復(fù)的總體目標(biāo)。

根據(jù)塔里木河下游的地下水位、植物調(diào)查數(shù)據(jù),對比分析了塔里木河下游生態(tài)輸水后地下水位、生物量、物種多樣性變化。結(jié)果表明:實施生態(tài)輸水工程后,地下水位對生態(tài)輸水的響應(yīng)顯著,地下水位逐漸抬升,下降趨勢得以控制。草本植物生物量的變化趨勢與每次輸水量變化趨勢基本一致,即隨著輸水量的增加草本植物的生物量也相應(yīng)增加,草本植物生物量對生態(tài)輸水的響應(yīng)程度與輸水的時間、輸水量的多少有密切關(guān)系。地下水位埋深上升,物種多樣性也呈上升趨勢,但二者并不是同步,物種多樣性上升趨勢滯后于地下水位的上升,這表明地下水位的抬升有利于植物多樣性的增加,但是地下水位變化對植物多樣性的影響是一個漸變的過程。

依據(jù)樊自立等人對人工綠洲、天然綠洲的定義及分類,對塔里木河下游人工綠洲、天然綠洲包含的要素進(jìn)行提取,并根據(jù)前人對干旱區(qū)人工、天然綠洲適宜配比的研究,結(jié)合相應(yīng)的遙感影像數(shù)據(jù),對塔里木河下游1990—2000年、2000—2010年人工綠洲和天然綠洲的變化規(guī)律及其比例進(jìn)行分析,探討該區(qū)人工綠洲和天然綠洲的適宜配比。主要結(jié)果為:1990—2010年期間,塔里木河下游人工綠洲平均以19.09km~2/a的速率增加,而天然綠洲平均以13.20km~2/a的速率減少。輸水前在生態(tài)系統(tǒng)的退化過程中,高覆蓋草地面積減少了43.91%,湖泊面積100%消失,同時水庫面積減少了45.28%；輸水后,高覆蓋草地面積減少量大有好轉(zhuǎn),10a間只減少了6.79%,水庫面積增加了392.44%。塔里木河下游流域在生態(tài)輸水前,耕地增加了12.31%,生態(tài)輸水后,耕地增加了30.37%。1990—2010年間,而綠洲總面積(人工+天然)不變,變化主要是發(fā)生在人工綠洲與天然綠洲之間的相互轉(zhuǎn)化,天然綠洲逐漸被人工綠洲替代,平均每增加1份面積的人工綠洲就要失去1.1份天然綠洲。

以塔里木河下游為研究區(qū)域,分析了生態(tài)輸水工程實施以來該區(qū)地下水埋深、水質(zhì)、植被生長狀況的不同響應(yīng)程度。研究表明:生態(tài)輸水工程使得原本較低的地下水位在一段時間內(nèi)得到抬升,局部生態(tài)環(huán)境得到改善,尤其在輸水中期(2003-2005年),植被物種組成發(fā)生變化,物種多樣性增加,植被蓋度提高,地下水水質(zhì)有所好轉(zhuǎn);但2007年以后,尤其是2008年,隨著輸水的間斷,下游地下水位開始回落,草本植物物種數(shù)量又開始減少,因此,生態(tài)輸水工程必須持續(xù)進(jìn)行才能真正挽救塔里木河下游生態(tài)環(huán)境。

塔里木河下游大西海子水庫以下河道,自2000年5月至2004年10月,共進(jìn)行了六次間歇性的生態(tài)輸水。本文通過對胡楊樣枝生長量的分析,表明輸水對胡楊林的恢復(fù)具有顯著的作用;同時依據(jù)歷史期間的生態(tài)水量與胡楊林的對應(yīng)關(guān)系,預(yù)測了在現(xiàn)狀輸水條件下大西海子水庫以下可以恢復(fù)的胡楊林面積。

基于塔里木河下游8次生態(tài)輸水資料和植被調(diào)查,從輸水時間與天然植被落種時間的生態(tài)默契角度,分析了8次輸水時間、水量以及博斯騰湖與塔里木河來水的規(guī)律,并根據(jù)塔里木河下游32種植物的落種時間,分別從不同喬、灌、多年生草本和一年生草本植物的落種與河道過水時間的相關(guān)性,對目前輸水時間的合理性進(jìn)行了評判,從塔里木河下游天然植被生態(tài)恢復(fù)的角度,提出了塔里木河下游最適宜的輸水時間。結(jié)果顯示:①由于調(diào)水沿途損耗較大,目前輸水正以博斯騰湖調(diào)水向依靠塔里木河來水轉(zhuǎn)變,因此,塔里木河有沒有水向下游輸送是生態(tài)輸水的先決條件;②前8次輸水過程中,過水時間主要集中在4-6月和8-10月兩個時間段,這是由于博斯騰湖水量49.73%在4-6月;而塔里木河水量82.33%集中在8-10月;③從8次輸水看,由于沒有考慮到天然植被的落種更新問題,因此,河道過水時間與天然植被的相關(guān)性偏低,塔里木河來水的輸水時間較博斯騰湖更為合理;④從下游喬、灌、草落種時間看,最適宜的輸水時間是7-9月;從塔里木河給水時間的可行性看,每年最佳的給水時間是8月中旬到9月底。

塔里木河下游大西海子水庫以下河段自1972年至2000年發(fā)生的持續(xù)斷流是綠色走廊生態(tài)劣變的主要原因。從2000年5月至2011年11月,塔里木河下游共進(jìn)行了10次生態(tài)輸水。本文利用輸水期間的地下水監(jiān)測資料,運(yùn)用水均衡法對大西海子以下河段歷次輸水過程中的水量轉(zhuǎn)化進(jìn)行了計算,量化了河道水量的轉(zhuǎn)化項與塔里木河下游地下水的恢復(fù)程度,揭示了塔里木河下游河道徑流-補(bǔ)給轉(zhuǎn)化-蒸騰耗散的水文過程,文中結(jié)論可為今后進(jìn)一步優(yōu)化輸水方案、合理配置區(qū)域水資源以及植被的有序恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

塔里木河下游生態(tài)應(yīng)急輸水的思考——塔里木河是我國最大的內(nèi)陸河，干流總長1321km，流域總面積102萬km2，多年平均天然徑流量398.3億m3，水資源總量429億m3。塔里木河流域歷史上植被較好，但長期以來人們在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的過程中對水資源開發(fā)利用不盡合理，使流域生態(tài)...

“塔里木河下游應(yīng)急輸水與生態(tài)改善監(jiān)測評估研究”屬水利部“十五”科技創(chuàng)新項目，由新疆水利廳、新疆水利水電科學(xué)研究院、新疆塔里木河流域管理局、新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、河海大學(xué)共同完成，獲2004年度大禹水利科學(xué)技術(shù)獎二等獎。

根據(jù)連續(xù)多年監(jiān)測獲得的塔里木河下游地下水位、植被數(shù)據(jù),對比分析了塔里木河下游生態(tài)輸水后地下水位、生物量、物種多樣性的變化。結(jié)果表明:實施生態(tài)輸水工程后,地下水位變化顯著,地下水位逐漸抬升,下降趨勢得以控制。草本植物生物量的變化趨勢與每次輸水量變化趨勢基本一致,即隨著輸水量的增加草本植物的生物量也相應(yīng)增加,輸水的時間、輸水量的多少對草本植物生物量有較強(qiáng)影響。地下水位埋深上升,物種多樣性也呈上升趨勢,但二者并不同步,物種多樣性上升趨勢滯后于地下水位的上升,這表明地下水位的抬升有利于植物多樣性的增加,但是地下水位變化對植物多樣性的影響是一個漸變的過程。

文章以塔里木河下游12次應(yīng)急生態(tài)輸水資料為背景,以塔里木河下游英蘇、阿拉干、依干不及麻3個斷面為例,根據(jù)實地觀測得到的地下水資料,對3個斷面的地下水埋深的變化、地下水礦化度和ph值等水質(zhì)指標(biāo)的變化進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:隨著輸水次數(shù)的增加,地下水埋深有抬升的趨勢;地下水礦化度與輸水量的多少有密切的關(guān)系,輸水量越多礦化度越低,且地下水礦化度隨著離河道距離的增加而增大;地下水ph值的變化與輸水次數(shù)與輸水量成正比。

對塔里木河下游不同離河距離成過熟胡楊和輸水后更新胡楊胸徑、地徑、樹高、冠幅、枯枝比以及優(yōu)勢胡楊百分比的調(diào)查表明:隨離河距離增加(地下水埋深增加),胡楊(大樹)枯枝比增加,優(yōu)勢胡楊百分比降低;胸徑、樹高、冠幅隨離河距離增加,增減規(guī)律不明顯。輸水后萌蘗更新胡楊的樹高、冠幅和地徑均隨離河距離增加而降低。以上調(diào)查指標(biāo)確定胡楊輸水后恢復(fù)等級,離河50~300m胡楊整體恢復(fù)"優(yōu)",離河300~500m胡楊恢復(fù)"良",離河500~1050m胡楊恢復(fù)"中",離河1050~1500m胡楊對輸水響應(yīng)微弱,整體恢復(fù)"差"。胡楊具明顯的隨離河距離增加恢復(fù)等級降低的梯度響應(yīng)特征,生態(tài)輸水促進(jìn)了河畔帶胡楊的恢復(fù),水是制約塔里木河下游胡楊生長與恢復(fù)的關(guān)鍵因子。

以塔里木河下游10次生態(tài)輸水的效果為背景,根據(jù)近5a在塔里木河下游阿拉干斷面的大量野外調(diào)查數(shù)據(jù),分析了胡楊冠幅對應(yīng)急生態(tài)輸水的響應(yīng)。結(jié)果顯示:隨著輸水次數(shù)的增加,胡楊冠幅呈梯度變化的趨勢,輸水對增加胡楊葉量和活枝有一定的促進(jìn)作用,不同冠幅級的胡楊主要分布在距河道200m的范圍,且其分布都與離河道距離呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,由于離河道距離的不同,胡楊冠幅對輸水響應(yīng)也不一樣;總體趨勢為,隨著離河道距離(地下水埋深)的增加,胡楊冠幅變化幅度不明顯。

為有效緩解塔里木河(以下簡稱“塔河”)下游生態(tài)進(jìn)一步惡化,在塔河流域綜合治理期間實施向塔河下游生態(tài)應(yīng)急輸水任務(wù)。項目實施后塔河下游“綠色走廊”生態(tài)有了明顯改善,有效遏制了塔河下游生態(tài)環(huán)境日益惡化的趨勢,對保護(hù)塔河下游生態(tài)環(huán)境及人們生存環(huán)境起到舉足輕重的作用,對本地區(qū)、新疆乃至全國產(chǎn)生重要影響。

通過近幾年向塔里木河下游的應(yīng)急生態(tài)輸水,水流到達(dá)塔里木河尾閭臺特瑪湖,沿岸地下水位上升,沿河部分地段植被長勢得以恢復(fù),局部地區(qū)生態(tài)環(huán)境改善。為了從根本上解決塔里木河下游的生態(tài)環(huán)境問題,探討了下游河道生態(tài)整治工程,包括河道疏浚輸水線路選擇和設(shè)置生態(tài)閘的問題。大西海子水庫下游河道疏浚工程有3條輸水線路可供選擇,通過投資、占地、施工、管理、防洪等綜合比較,選擇在大西海子水庫主壩上新建一座放水閘方案。方案在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上是可行的。本著盡量少而又要滿足河道疏浚后沿岸植被生長需水的原則,分析了沿岸生態(tài)閘設(shè)置的必要性和保護(hù)的生態(tài)植被的面積,并探討了今后生態(tài)輸水方式的選擇與生態(tài)閘的開啟順序。

文章將塔里木河下游斷流河流的生態(tài)輸水情況作為背景,依據(jù)剪斷的輸水河道充水以及斷水等階段的交替和重復(fù)情況,建立斷流河道間斷性輸水和地下水運(yùn)動的非穩(wěn)定流模型,在水位和流量邊界條件下的相互轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)對模型的求解,最終通過模型分析作用對塔里木河斷流生態(tài)輸水兩岸水位的恢復(fù)情況進(jìn)行分析,最終得到了令人滿意的結(jié)果,對模型的實用性進(jìn)行了展現(xiàn)。

對塔里木河下游地區(qū)生態(tài)輸水后典型斷面的植被面積、植被群落、土壤機(jī)械組分和土壤含水率、土地利用類型進(jìn)行研究的結(jié)果表明:生態(tài)輸水后植被面積呈增加趨勢,植被面積與生態(tài)輸水累計量呈正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.81,但植被變化對生態(tài)輸水的響應(yīng)具有滯后性;植被群落隨著地下水位埋深的增大,其蓋度和密度、植物多樣性呈減小的趨勢,分別從阿克墩斷面的0.48、0.55、11減少到依干布及麻斷面的0.04、0.01、2;土壤的機(jī)械組分隨著向下游下段地區(qū)推進(jìn)粗粒徑的百分比增加了5.71%,土壤含水率年際變化呈增加趨勢,主要與生態(tài)輸水的累計量有關(guān);輸水后水域、沼澤和林地面積呈增加趨勢,但草地變化不明顯,仍處于減少狀態(tài),因此生態(tài)輸水的潛在效應(yīng)體現(xiàn)需要一定的時間。

2000-2015年的生態(tài)輸水對塔里木河下游生態(tài)恢復(fù)發(fā)揮了重要的作用.通過連續(xù)16a的動態(tài)監(jiān)測和野外數(shù)據(jù)采集,對生態(tài)輸水的特點、方式、水量轉(zhuǎn)化特征、生境變化和影響范圍等進(jìn)行了系統(tǒng)的分析,同時對生態(tài)輸水策略與生態(tài)保護(hù)模式進(jìn)行了初步探討.結(jié)果表明:①主河道線狀輸水方式,難以擴(kuò)大環(huán)境響應(yīng)范圍,開展汊河輸水和面狀輸水是十分必要的;②水量轉(zhuǎn)化和耗散比例為:補(bǔ)給地下水44.2％,土壤與植被消耗48.8％,入湖水量與河道內(nèi)水面蒸發(fā)7％;③地下水響應(yīng)的最大距離為1000m,在距河500m范圍地下水位上升、水質(zhì)好轉(zhuǎn)顯著;④鑒于生態(tài)退化的趨勢得到遏止,但其脆弱性依然沒有根本轉(zhuǎn)變,恢復(fù)并合理調(diào)控其文闊爾河和老塔里木河區(qū)間的地下水位,擴(kuò)大受水區(qū)范圍,建立更加穩(wěn)固的生態(tài)恢復(fù)平臺,是今后生態(tài)輸水與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的主攻策略.

自2000年向塔里木河下游實施生態(tài)輸水以來,國內(nèi)大多數(shù)學(xué)者所關(guān)注的問題一直集中在如何確定下游生態(tài)安全保障體系的合理生態(tài)保護(hù)范圍及生態(tài)需水量;如何通過河道水流演進(jìn)—地下水位抬升—植被恢復(fù)等關(guān)聯(lián)性問題的系統(tǒng),為下游生態(tài)輸水整體效益評估、河道整治、水資源合理配置與優(yōu)化調(diào)度、生態(tài)重建提供科學(xué)依據(jù)等問題上。對于塔里木河下游生態(tài)應(yīng)急輸水工程影響后評價的研究現(xiàn)在還不多見。為此,本論文以塔里木河下游生態(tài)輸水為背景,對該工程影響后評價的內(nèi)容進(jìn)行探討,目的在于得出塔里木河下游生態(tài)應(yīng)急輸水工程影響后評價的研究框架,為客觀,公正的評價該工程影響提供依據(jù)。

近幾十年來,塔里木河下游河道斷流,地下水水位劇烈下降,天然植被衰退,為恢復(fù)和重建塔里木河下游嚴(yán)重受損的生態(tài)系統(tǒng),從2001~2006年,先后進(jìn)行了8次生態(tài)應(yīng)急輸水。在實地考察和前人研究的資料基礎(chǔ)上,對塔里木河下游生態(tài)輸水的背景進(jìn)行介紹,通過對生態(tài)輸水后地下水位恢復(fù)情況、地下水礦化度變化、植被對生態(tài)輸水的響應(yīng)以及生態(tài)輸水對土地沙漠化情況影響的分析,由此反映生態(tài)輸水的效益,從而對塔河下游生態(tài)輸水中存在的問題進(jìn)行探討。

塔里木河下游綠色走廊是塔里木盆地東部南北聯(lián)系的必經(jīng)之地,也是新疆與內(nèi)地聯(lián)系的第二條戰(zhàn)略要道,更是與邊界外商經(jīng)濟(jì)貿(mào)易往來的重要地區(qū)。這個素有古絲綢之路之稱的通道,歷史上曾是煙波浩淼、鳥獸群棲、林草繁茂、村舍相連的繁華古國。但從上世紀(jì)50年代后,塔里木河流域大規(guī)模農(nóng)業(yè)開發(fā),造成流域內(nèi)水資源區(qū)域分配失調(diào),干流來水急劇減少,地下水位下降,生態(tài)遭到嚴(yán)重破壞,流域內(nèi)土地沙漠化和土壤鹽漬化問題日益突出,成為干旱區(qū)內(nèi)陸河流域生態(tài)系統(tǒng)退化的典型代表之一。塔里木河下游生態(tài)惡化問題已引起了全社會關(guān)注。近幾年來,國家加大了對塔里木河流域生態(tài)治理力度,于2000年5月至2009年12月,先后十次實施向塔里木河下游生態(tài)應(yīng)急輸水,使下游生態(tài)環(huán)境和水文狀況都得到了改善,生態(tài)得到了一定程度恢復(fù)。本文以十次生態(tài)輸水實測資料,從輸水過程中地表水與地下水的變化、地表植被的生理生態(tài)變化、天然植被群落的恢復(fù)響應(yīng)程度等方面,對塔河下游生態(tài)環(huán)境影響做一探討。