塔里木河下游胡杨对输水生态响应

塔里木河是我国最长的内陆河，下游357km河道断流近30年，近些年，塔里木河生态环境持续恶化，我国为促进塔里木河流域退化生态系统的恢复，抢救生态环境，多次向下游实施应急输水。本文在掌握塔里木河概况的基础上，研究塔里木河下游应急输水的基本情况，并以此研究生态输水对下游水生态环境影响，希望对塔里木河的生态保护有所帮助。

为了解塔里木河下游生态输水量与地下水埋深多年响应变化过程,得出地下水埋深对生态输水的响应变化规律,以塔里木河下游英苏断面为研究区,运用定性与定量分析方法,综合考虑不同输水差异(包括零输水年即2008年、输水极少年即2009年、输水较多年2011年等),对2000-2015年英苏断面1050m范围内地下水埋深数据进行了分析。结果表明:研究断面内地下水埋深在各年份总体呈现比较平稳的递减趋势,年内个别月具有较大的增幅,另外由于冻土消融等因素影响,地下水埋深在2~3月有一定的增幅;离河较近区域的地下水埋深变化对生态输水的响应具有时间同步性,而离河道较远地区的地下水埋深在响应时间上存在滞后性,本研究断面1050m范围内地下水埋深响应时间维持在1a内;经过多年生态输水过程,英苏监测断面距离河道约750m范围内地下水平均埋深维持在2~6m范围内,基本达到植物生长所需地下水埋深水平;另外,综合分析研究断面多年输水引起的地下水位响应过程,为获得生态输水过程所带来的最大生态效益,生态输水不仅要保持一定的输水量,还要保持输水年周期的连续性。

文章以塔里木河下游12次应急生态输水资料为背景,以塔里木河下游英苏、阿拉干、依干不及麻3个断面为例,根据实地观测得到的地下水资料,对3个断面的地下水埋深的变化、地下水矿化度和ph值等水质指标的变化进行了分析。结果表明:随着输水次数的增加,地下水埋深有抬升的趋势;地下水矿化度与输水量的多少有密切的关系,输水量越多矿化度越低,且地下水矿化度随着离河道距离的增加而增大;地下水ph值的变化与输水次数与输水量成正比。

以生态输水后地下水动态变化引起的地表植被生物量差异为出发点,探讨生态输水对塔里木河下游植被恢复价值的影响。首先,利用生态输水前后地下水动态变化和地表植被响应的长期监测资料,以塔里木河下游考干断面为例,在垂直于河道方向上长2000m、平行河道方向宽100m的样带内,选取2000年10月、2007年9—10月、2015年10月的植被监测与称重资料数据;其次,借鉴国内外生态经济价值量化方法,综合地表植被响应价值和地下水抬升的潜在价值计算输水后地表植被恢复价值。结果显示:(1)在塔里木河下游地区,生态输水使得地下水位明显抬升,水位的抬升幅度随着距河道距离的增加逐渐降低,植被盖度也随着距河道距离的增加呈现降低趋势;在距河道1000m以外,地下水位与植被盖度变化不明显;(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%,并且这两个时段植被新增生物量与距河道距离均呈现显著相关;(3)根据16次生态输水监测资料,计算出2007年与2015年该区间100m宽的样带因输水而投入的水资源价值分别为8266.5元、14805元,输水后植被总体恢复价值分别为53811.67元、83334.62元,投入产出比分别为1∶6.507、1∶5.63,说明生态输水的经济效益十分明显。

塔里木河下游大西海子水库以下河道,自2000年5月至2004年10月,共进行了六次间歇性的生态输水。本文通过对胡杨样枝生长量的分析,表明输水对胡杨林的恢复具有显著的作用;同时依据历史期间的生态水量与胡杨林的对应关系,预测了在现状输水条件下大西海子水库以下可以恢复的胡杨林面积。

以塔里木河下游第12次生态输水为契机,监测输水前后及输水过程中的地下水位动态变化,分析地下水位随时间的变化规律,以及垂直于河道不同距离处的地下水位变化差异。研究表明:距离输水河道越近,地下水位抬升量越大;越靠近下游上段抬升幅度越大。个别断面受河道是否过水及输水量的影响略有差异。进一步分析了输水量与地下水位抬升量的关系,从而使人们从一个侧面再次了解到塔里木河流域近期综合治理规划实施的效果。

根据塔里木河下游的地下水位、植物调查数据,对比分析了塔里木河下游生态输水后地下水位、生物量、物种多样性变化。结果表明:实施生态输水工程后,地下水位对生态输水的响应显著,地下水位逐渐抬升,下降趋势得以控制。草本植物生物量的变化趋势与每次输水量变化趋势基本一致,即随着输水量的增加草本植物的生物量也相应增加,草本植物生物量对生态输水的响应程度与输水的时间、输水量的多少有密切关系。地下水位埋深上升,物种多样性也呈上升趋势,但二者并不是同步,物种多样性上升趋势滞后于地下水位的上升,这表明地下水位的抬升有利于植物多样性的增加,但是地下水位变化对植物多样性的影响是一个渐变的过程。

依据樊自立等人对人工绿洲、天然绿洲的定义及分类,对塔里木河下游人工绿洲、天然绿洲包含的要素进行提取,并根据前人对干旱区人工、天然绿洲适宜配比的研究,结合相应的遥感影像数据,对塔里木河下游1990—2000年、2000—2010年人工绿洲和天然绿洲的变化规律及其比例进行分析,探讨该区人工绿洲和天然绿洲的适宜配比。主要结果为:1990—2010年期间,塔里木河下游人工绿洲平均以19.09km~2/a的速率增加,而天然绿洲平均以13.20km~2/a的速率减少。输水前在生态系统的退化过程中,高覆盖草地面积减少了43.91%,湖泊面积100%消失,同时水库面积减少了45.28%；输水后,高覆盖草地面积减少量大有好转,10a间只减少了6.79%,水库面积增加了392.44%。塔里木河下游流域在生态输水前,耕地增加了12.31%,生态输水后,耕地增加了30.37%。1990—2010年间,而绿洲总面积(人工+天然)不变,变化主要是发生在人工绿洲与天然绿洲之间的相互转化,天然绿洲逐渐被人工绿洲替代,平均每增加1份面积的人工绿洲就要失去1.1份天然绿洲。

以塔里木河下游为研究区域,分析了生态输水工程实施以来该区地下水埋深、水质、植被生长状况的不同响应程度。研究表明:生态输水工程使得原本较低的地下水位在一段时间内得到抬升,局部生态环境得到改善,尤其在输水中期(2003-2005年),植被物种组成发生变化,物种多样性增加,植被盖度提高,地下水水质有所好转;但2007年以后,尤其是2008年,随着输水的间断,下游地下水位开始回落,草本植物物种数量又开始减少,因此,生态输水工程必须持续进行才能真正挽救塔里木河下游生态环境。

塔里木河是我国最长的内陆河。为了抢救塔里木河下游生态环境,2000~2003年向断流30余年的下游500km左右的天然河道,实施了5次应急输水。在收集了对5次输水后生态修复评价的大量资料的基础上,结合第6次和第7次输水,对生态响应进行了进一步研究,并提出了进一步扩大输水生态修复影响范围的人工辅助措施,通过分河段、分区域合理配置水资源,以实现塔河流域生态修复的总体目标。

基于塔里木河下游8次生态输水资料和植被调查,从输水时间与天然植被落种时间的生态默契角度,分析了8次输水时间、水量以及博斯腾湖与塔里木河来水的规律,并根据塔里木河下游32种植物的落种时间,分别从不同乔、灌、多年生草本和一年生草本植物的落种与河道过水时间的相关性,对目前输水时间的合理性进行了评判,从塔里木河下游天然植被生态恢复的角度,提出了塔里木河下游最适宜的输水时间。结果显示:①由于调水沿途损耗较大,目前输水正以博斯腾湖调水向依靠塔里木河来水转变,因此,塔里木河有没有水向下游输送是生态输水的先决条件;②前8次输水过程中,过水时间主要集中在4-6月和8-10月两个时间段,这是由于博斯腾湖水量49.73%在4-6月;而塔里木河水量82.33%集中在8-10月;③从8次输水看,由于没有考虑到天然植被的落种更新问题,因此,河道过水时间与天然植被的相关性偏低,塔里木河来水的输水时间较博斯腾湖更为合理;④从下游乔、灌、草落种时间看,最适宜的输水时间是7-9月;从塔里木河给水时间的可行性看,每年最佳的给水时间是8月中旬到9月底。

塔里木河下游大西海子水库以下河段自1972年至2000年发生的持续断流是绿色走廊生态劣变的主要原因。从2000年5月至2011年11月,塔里木河下游共进行了10次生态输水。本文利用输水期间的地下水监测资料,运用水均衡法对大西海子以下河段历次输水过程中的水量转化进行了计算,量化了河道水量的转化项与塔里木河下游地下水的恢复程度,揭示了塔里木河下游河道径流-补给转化-蒸腾耗散的水文过程,文中结论可为今后进一步优化输水方案、合理配置区域水资源以及植被的有序恢复提供科学依据。

塔里木河下游生态应急输水的思考——塔里木河是我国最大的内陆河，干流总长1321km，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。塔里木河流域历史上植被较好，但长期以来人们在发展经济的过程中对水资源开发利用不尽合理，使流域生态...

根据连续多年监测获得的塔里木河下游地下水位、植被数据,对比分析了塔里木河下游生态输水后地下水位、生物量、物种多样性的变化。结果表明:实施生态输水工程后,地下水位变化显著,地下水位逐渐抬升,下降趋势得以控制。草本植物生物量的变化趋势与每次输水量变化趋势基本一致,即随着输水量的增加草本植物的生物量也相应增加,输水的时间、输水量的多少对草本植物生物量有较强影响。地下水位埋深上升,物种多样性也呈上升趋势,但二者并不同步,物种多样性上升趋势滞后于地下水位的上升,这表明地下水位的抬升有利于植物多样性的增加,但是地下水位变化对植物多样性的影响是一个渐变的过程。

为有效缓解塔里木河(以下简称“塔河”)下游生态进一步恶化,在塔河流域综合治理期间实施向塔河下游生态应急输水任务。项目实施后塔河下游“绿色走廊”生态有了明显改善,有效遏制了塔河下游生态环境日益恶化的趋势,对保护塔河下游生态环境及人们生存环境起到举足轻重的作用,对本地区、新疆乃至全国产生重要影响。

“塔里木河下游应急输水与生态改善监测评估研究”属水利部“十五”科技创新项目，由新疆水利厅、新疆水利水电科学研究院、新疆塔里木河流域管理局、新疆农业大学、清华大学、河海大学共同完成，获2004年度大禹水利科学技术奖二等奖。

近几十年来,塔里木河下游河道断流,地下水水位剧烈下降,天然植被衰退,为恢复和重建塔里木河下游严重受损的生态系统,从2001~2006年,先后进行了8次生态应急输水。在实地考察和前人研究的资料基础上,对塔里木河下游生态输水的背景进行介绍,通过对生态输水后地下水位恢复情况、地下水矿化度变化、植被对生态输水的响应以及生态输水对土地沙漠化情况影响的分析,由此反映生态输水的效益,从而对塔河下游生态输水中存在的问题进行探讨。

塔里木河下游绿色走廊是塔里木盆地东部南北联系的必经之地,也是新疆与内地联系的第二条战略要道,更是与边界外商经济贸易往来的重要地区。这个素有古丝绸之路之称的通道,历史上曾是烟波浩淼、鸟兽群栖、林草繁茂、村舍相连的繁华古国。但从上世纪50年代后,塔里木河流域大规模农业开发,造成流域内水资源区域分配失调,干流来水急剧减少,地下水位下降,生态遭到严重破坏,流域内土地沙漠化和土壤盐渍化问题日益突出,成为干旱区内陆河流域生态系统退化的典型代表之一。塔里木河下游生态恶化问题已引起了全社会关注。近几年来,国家加大了对塔里木河流域生态治理力度,于2000年5月至2009年12月,先后十次实施向塔里木河下游生态应急输水,使下游生态环境和水文状况都得到了改善,生态得到了一定程度恢复。本文以十次生态输水实测资料,从输水过程中地表水与地下水的变化、地表植被的生理生态变化、天然植被群落的恢复响应程度等方面,对塔河下游生态环境影响做一探讨。

以塔里木河下游生态输水后胡杨披针形叶和宽卵形叶作为实验材料,对这两种异形叶水势的日、月变化规律进行了比较研究。结果表明,两种异形叶水势的日变化趋势基本一致,大体上略呈单峰形,在午后14:00—18:00期间出现全天最低值;胡杨两种异形叶水势的月变化趋势也大体相同,表现为从5—8月阿拉干断面胡杨两种异形叶水势均呈先降低后增高的趋势;亚合浦马汗断面b1和b2井位处胡杨叶水势呈逐渐增高趋势,b3井位处胡杨披针形叶水势先降低后增高,7月最低。运用国际通用软件spss10.0对气温、地下水埋深与胡杨两种异形叶水势之间的关系进行了相关性分析,发现它们之间存在显著的相关关系。该研究对了解不同环境因子对胡杨两种异形叶水势的影响效应以及生态输水对塔里木河下游不同断面局部小气候的调节和改善作用有一定的参考意义。

自2000年向塔里木河下游实施生态输水以来,国内大多数学者所关注的问题一直集中在如何确定下游生态安全保障体系的合理生态保护范围及生态需水量;如何通过河道水流演进—地下水位抬升—植被恢复等关联性问题的系统,为下游生态输水整体效益评估、河道整治、水资源合理配置与优化调度、生态重建提供科学依据等问题上。对于塔里木河下游生态应急输水工程影响后评价的研究现在还不多见。为此,本论文以塔里木河下游生态输水为背景,对该工程影响后评价的内容进行探讨,目的在于得出塔里木河下游生态应急输水工程影响后评价的研究框架,为客观,公正的评价该工程影响提供依据。

通过近几年向塔里木河下游的应急生态输水,水流到达塔里木河尾闾台特玛湖,沿岸地下水位上升,沿河部分地段植被长势得以恢复,局部地区生态环境改善。为了从根本上解决塔里木河下游的生态环境问题,探讨了下游河道生态整治工程,包括河道疏浚输水线路选择和设置生态闸的问题。大西海子水库下游河道疏浚工程有3条输水线路可供选择,通过投资、占地、施工、管理、防洪等综合比较,选择在大西海子水库主坝上新建一座放水闸方案。方案在技术上和经济上是可行的。本着尽量少而又要满足河道疏浚后沿岸植被生长需水的原则,分析了沿岸生态闸设置的必要性和保护的生态植被的面积,并探讨了今后生态输水方式的选择与生态闸的开启顺序。

塔里木河下游是新疆生态环境问题比较突出的地区。为改善该地区恶化的生态环境,国家自2000年起向塔里木河下游实施了18次以生态建设和环境保护为目的的生态输水工程。近20a来,塔里木河下游地下水位随输水次数增加呈不断上升趋势,生态植被不断修复,生态环境逐步好转。尤其是2017年实施第18次生态输水后,下输水量及其影响范围取得较大突破,引起社会高度关注。通过近20a的断面来水监测资料,从水量、水质、地下水变化、植被恢复等方面,初步分析输水对生态环境的影响。同时,对前人研究的成果进行梳理和延展,使其对今后塔里木河下游的生态调度和科学管理起到指导作用。经分析得出以下结论:(1)虽然生态输水量基本都补给了生态植被和河道两侧的地下水,但持续性输水才是保证下游脆弱的生态环境稳定好转的根本途径。(2)输水使下游生态环境得到改善,现生态植被正在恢复,地下水位逐步抬升,地下水质明显好转。(3)采用汛期输水和间歇机动式调度,可使输水效益达到最大化。