近50年来塔里木河流域水域环境现状及其驱动力分析

杨家军，吐尔逊·哈斯木，阿迪力·吐尔干，阿不力提甫·吾甫尔，郝永娟

（新疆大学 资源与环境科学学院，乌鲁木齐830046）

塔里木河是我国境内最长的内陆河，全长1 321 km，流域总面积102万km2，占我国国土总面积的11%，具有自然资源丰富和区域生态环境脆弱的双重特点。塔里木河流域肖夹克以上曾经有阿克苏河、喀什噶尔河、叶尔羌河、和田河，在干流上段有渭干河和库车河；在中游段有迪那河和孔雀河［1］，但近些年由于人类的不合理开发利用，喀什噶尔河已于20世纪40年代，无水汇入塔里木河；导致与其有天然水力联系的水系从9条减少到4条，现今又减少到3条，即阿克苏河，和田河和开都河—孔雀河，流域面积缩小，流域水量不稳定，水质矿化度升高，水域环境正在不断地恶化。鉴于塔里木河水域环境的变化对生态环境演变的重要性，分析塔里木河水域环境的恶化现状及其驱动力对塔里木河生态环境整治以及农业，经济的发展具有重要意义。

1 研究区概况

新疆塔里木河地处我国西部干旱区，整个流域经过的地区都是塔克拉玛干沙漠的北缘，气候干燥，蒸发强烈，区域生态环境十分脆弱。流域的水资源是保障塔里木盆地绿洲经济、自然生态和各族人民生活的生命线。整个流域在地域上包括塔里木盆地周边向心聚流的九大水系和塔里木河干流、塔克拉玛干沙漠及东部荒漠区［2］。随着历史的变迁以及近代人类活动影响的加剧，目前与塔里木河干流有天然水利联系的仅有3条水系：和田河、叶尔羌河和阿克苏河，称之为上游三源流，开都—孔雀河通过库塔干渠向塔里木河下游送水，加上干流并称为“四源一干”。目前，在汇入塔里木河干流的三源流中，阿克苏河是塔里木河干流水量的主要补给来源，补给量占73．2%，和田河占23．2%，叶尔羌河仅占3．6%［3］。在过去50a里，塔里木河在人类农业，经济活动的过度干扰下，流域水域环境发生了显著变化，水资源开发过程中的经济与生态的矛盾日益突出。上游三源流向干流输送的水量逐年减少，水质不断恶化，下游320km的河道断流。尾闾台特玛湖干涸，塔里木河干流地下水位下降，源流条数不断减少。本研究主要结合塔里木河近50a的水文、经济资料及新疆统计年鉴和新疆统计公报的相关数据，通过数理统计分析得出塔里木河水域环境恶化的现状及驱动力。

2 塔里木河流域水域环境现状及驱动力分析

2．1 四源流出山口径流量变化

2．1．1 四源流出山口径流量 塔里木河处于沙漠干旱、半干旱气候区，降水稀少，蒸发量大，河流主要通过冰雪融水和暴雨补给，在径流组成中，冰川融水占48．2%，雨、雪混合补给占27．7%，河川基流占24．4%［4］，是一个封闭式的系统，干流主要由四源流来水进行补给。1956—2005年划分成的6个时间段可以看出四源流出山口径流量都在增加，上升趋势最为明显的是阿克苏河（图1），阿克苏河的出山口来水量在同一时段都比其它3条河流要高，从1956—1959年到2000—2005年阿克苏河、叶尔羌河、和田河、开—孔河出山口流量分别增加了23．95亿m3，4．69亿 m3，0．60亿 m3，7．55亿 m3。其中叶尔羌河出山口径流量在四源流中位于第二位，但补给塔里木河水量仅占到3．6%，这是由于叶尔羌河河流长，流域面积大，支流多，流域内有大中型水库37座和水文站6个，使得叶尔羌河的出山口水量到达塔里木河时大量消耗。特别是20世纪90年代以后，各源流普遍进入丰水期，图1数据显示除和田河在90年代源流出山口径流量与多年平均值相比有小幅下降外，其余各源流出山口径流量在90年代和2000年以后都有不同程度的增加。这是由于90年代天山南麓的阿克苏河受我国西北部增温增湿的影响，降水有所增加。据统计［5］，塔里木河流域多年平均降水量为1．164 3×1011m3，占全新疆降水总量的45．3%（流域面积占全新疆面积的60%），为典型的干旱少雨地区，降水量呈现出北多南少，西多东少的特点；且山地多于平原，山地一般为200～500mm，盆地为50～80mm，东南缘为20～30mm，盆地中心约为10mm，全流域多年平均年降水量为116．8mm，对于全长1 321km的塔里木河来说这些降水无法产生正常的河流水循环。

图1 塔里木河四源流出山口径流量

在过去的50a中，四源流的来水量主要是靠冰川融水补给的。冰川融水的多少主要受到温度的影响，温度上升会加速冰川的融化，补给塔里木河的水量则增加，反之亦然。但温度太高，又会加大水的蒸发。相关研究表明［6］，塔里木河流域年均气温随时间变化表现出上升的趋势，在近50a里，阿克苏河、叶尔羌河、和田河的温度分别以0．33，0．12，0．21℃／10a的速率增加。从塔里木河年平均气温变化来看（图2），其上、中、下游的平均气温均呈上升趋势，尤其是1990s是温度增高最快的10a，且越往下游增暖趋势越明显［7］。因此可以认为近50a来4条源流的气温总体仍然是上升的，气温的增加，将会导致春季冰川和积雪的消融，在不同程度上将会影响四源流径流的变化。而根据吴素芬等［8］利用投影回归模型对塔里木河流域进行预测所得出的结论：“降水增加，气温必然会降低，使冰雪融水减少。降水增加幅度较小时，冰川融水增加量大，当降水增加幅度大时，冰川融水增加量小”。“随着降水增加，塔里木河流域水资源呈减少趋势，而对冰川融水比重小的河流，降水增加则年径流增大［8］，但塔里木河主要是一条冰川融水比重大的河流（表1），和田河水系下的玉龙喀什河、喀拉喀什河的冰川融水分别占到了64．9%，54．1%，叶尔羌河水系下的叶尔羌河、昆马力克河的冰川融水分别占到了64%，52．4%，这两条河流主要靠冰川融水补给塔里木河流域的水量。降水和气温彼此有一定的消长作用，总体四源流出山口径流量呈上升态势，但这些补给河流真正进入干流以后的水量要少得多，导致塔里木河干流水量不断下降。

图2 塔里木河流域年平均气温变化［7］

表1 塔里木河主要源流径流组成

2．1．2 汇入干流水量 近50a来四源流出山口径流量在不断的增加，但是，由于人们在源流区山前大量引水进行农业灌溉，以及源流区用水量的增加，据有关资料统计，和田河、叶尔羌河、阿克苏河灌溉面积由1949年的35．12万hm2增加到1993的77．66万hm2［9］，由于塔里木河自身不产流，水资源全部来自四源流的补给，四源流水资源在源流区大量消耗，使得汇入塔里木河干流的水量从20世纪50年代的50．27亿m3减少到2000年以后的46．05亿m3，1950s，1960s四源流合计净入干流水量达到最大值，分别为50．27，51．68亿 m3，从1970s一直到2005年四源流汇入塔里木河干流的水量呈明显的下降趋势（图3），把时间向前向后推1／2个周期，分别得到三源流和四源流汇入塔里木河干流水量的趋势预测线性方程y3，y4，其中y3，y4的相关系数分别达到0．847 7，0．573 2，表示方程中下一年汇入塔里木河干流的水量与上一年成高度的负相关，在短时间内水量还会减少。据统计2002年3条源流入塔里木河的水量为52．48亿m3，占出山口天然总径流量的20．6%，在3条源流中仅阿克苏河完成了向塔里木河的输水任务，而叶尔羌河是唯一无水输入塔里木河的的源流［10］。1956—1979年三源流和四源流汇入塔里木河干流的水量相同是由于在这期间开—孔河无水补给塔里木河干流，三源流水量从20世纪50年代的50．27亿m3，减少到90年代的42．54亿m3。50a减少了7．73亿 m3，减少15．4%，平均年减少率0．15亿 m3。由于上、中游耗水量的不断增加，进入下游的水量急剧减少，下游径流节点控制站（恰拉站）20世纪50年代平均径流量为13．5亿m3，而到90年代仅为2．5亿m3，近40a减少了11．1亿m3，平均年减少率为0．3亿 m3。

图3 塔里木河三源流，四源流入塔里木河干流径流量

2．2 四源一干河流断流长度和断流时间分析

2．2．1 源流断流长度与时间分析

（1）叶尔羌河自1963年第一次出现全年断流至今的40a中，有20a断流，只在1994年、1999年和2001年的大洪水年才约有3．21亿m3的水量注入塔里木河干流，其余15a断流，构成艾力克他木到干流肖夹克站间320km河床干涸［11］；（2）和田河是一条季节性河流，每年洪水期的7—9月中有水量补给塔里木河，其余9个月无水量入塔里木河。特别是1993年塔里木河特枯水年时，该河仅有720万m3水量到达塔里木河口的肖塔站，但完全被人为引入胜利水库，因此1993年和田河无水补给塔里木河，这在历史上也是第一次，到了2003年和田河下游河道1月1日—7月1日和10月1日—12月31日断流共计274d，占全年天数的75．1%，断流河道长度约为300 km［11］；（3）开都—孔雀河从1969—1980年都无水补给塔里木河，自1980起通过孔雀河库—塔干渠的恰拉水库分水闸在干流中游下段补给塔里木河，20a平均入塔里木河水量仅有1．0亿m3，入水量主要在每年汛期，而春季、秋季和冬季无水输入塔里木河；（4）阿克苏河从1956年至今全年有水补给塔里木河，也是塔里木河流域4条源流中最大的源流和补给塔里木河水量最多的河流。

2．2．2 干流断流长度与时间分析 塔里木河干流自身不产水，历史上是一条自然耗散性河流［12－13］。自20世纪70年代初大西海子水库建成后，其下游321 km的河道开始出现断流，台特玛湖也于1974年干涸，下游地下水位大幅度下降，靠地下水维系生存的天然植被大面积衰败和死亡，沙漠化扩张，生态系统退化，生物多样性锐减，荒漠生态系统受损。20世纪90年代，断点上移到塔里木河下游的卡拉断面，断流长由20世纪70年代的321km增加到428km，进入21世纪，开始实施塔里木河流域综合整治工程，并于2000年实施了向塔里木河下游间歇性应急输水工程，下游生态环境得到一定程度的改善，但塔里木河断点上移的趋势依然存在，英巴扎（2001年、2004年、2005年和2006年）和新渠满（2007年）断面相继出现间歇性断流［14］。在近20a里塔里木河断流位置已经由下游的卡拉断面上溯到中游的英巴扎、甚至上游段的新渠满断面，断流上移了约770km［15］（图4）。从水文形势来看，汇入塔里木河干流的水量不断减少，加上塔里木河干流中、上游随意开荒取水，耗水量不断增加，致使到达下游恰拉断面的水量日益减少。事实上塔里木河自20世纪90年代就已经成为一条季节性河流了［15］，这是塔里木河断流的间接驱动力。

图4 20世纪70年代以来塔里木河干流断流距离状况［15］

从开发与保护的角度看最直接的驱动力是源流区灌溉面积的增加，有效灌溉面积基本上与耕地面积呈同步增长趋势（图5）［16］。耕地面积呈现波动增加的趋势，且耕地面积的增长一直大于有效灌溉面积。1949—2008年耕地面积增加98．70万hm2，年均增加2．37%，在59a间，耕地面积总量最多的年份是2008年，达169．34万hm2，最小的年份是1949年，为70．65万hm2。有效灌溉面积1979—2008年净增44．73万hm2（因缺乏1979年以前的数据无法分析），年均增加1．62%。灌区水资源利用率低，过去大部分都是漫灌，水资源不能充分、高效利用，河流两岸存在跑水沟，水资源流失严重，上、中游水资源分配不合理，农业用水大量挤占生态用水，水利工程建设布局不合理，治理措施不协调［17］。另外乱垦、乱伐现象严重。随着干流人口的增加，特别是上游人口的增长（图6），人们大量樵采两岸的树木，致使塔里木河周边环境恶化，沙丘移动加剧，地表径流量减少，河流泥沙含量增加，河道淤积、阻塞，河道水流不畅通，上游来水无法顺利通过河道输送到下游，导致下游水域环境进一步恶化，水量减少，河流缩短，断流时间加长。

图5 塔里木河流域绿洲耕地和有效灌溉面积变化趋势

图6 塔里木河干流区上中下游人口数量变化

2．3 塔里木河干流地下水位变化

中游地下水位在20世纪90年代比60，70年代下降了0．5～1．5m。下游地区地下水埋深下降明显，下降幅度较小，70年代初为0．92～5．13m，到80年代末至90年代初为1．07～7．45m，变幅为0．15～2．23m，平均下降1．64m。大西海子以下至台特玛湖段下降最为明显（表2），50—60年代据文献［18］记载地下水埋深1．0～5．0m，70年代初调查2．3～7．9 m，较60年代下降1．3～2．9m。80年代以来为3．0～12．75m，较70年代初下降0．7～4．85m。1997年调查为5．6～12．92m，较80年代又下降2．6～0．17m。据1999年塔河中下游实地踏勘考察组实测英苏、阿拉干、考干等地的地下水位与50年代相比平均下降4～6m，分别达到9．50，11．2，11．4m［19］。塔里木河地下水位逐年下降主要受气象、水文等因素的严格控制，农业灌溉对水位也有一定的影响。流域年蒸发量远远大于降水量，上游来水量减少，中游水量大量散失，导致进入下游的水量大大减少。随着地表水资源的减少，地下水得不到及时补给，水位就随之下降。

表2 塔里木河下游地下水位埋深情况［19－21］

2．4 塔里木河水质变化

塔里木河在1958年以前是一条淡水河，干流河水矿化度平均为1．0g／L［22］。从塔里木1985—1998年塔里木河各站月平均矿化度变化［23］（图7）中可以看出，塔里木河三站监测到的水质矿化度都较高，其中阿拉尔站位于塔里木河的上游，1985年10月至1986年9月，有9个月超过1．0g／L，其中有6个月大于3．0g／L，有2个月超过5．0g／L，最高值超过了6．0g／L。新渠满位于塔里木河上游下段，1985至1998年各月平均矿化度有11个月超过1．0g／L，5月份超过了6．0g／L，达到6．247g／L，只有8月份小于1．0g／L。卡拉位于塔里木河下游，1985—1998年这13a中，月平均矿化度有11个月大于1．0g／L，最高3个月集中在6月、7月和12月，分别达到2．157，2．484，2．764g／L。

图7 1985－1998年塔里木河各站月平均矿化度变化

塔里木河水质出现高矿化度主要受到自然驱动因子和人为驱动因子的影响，自然驱动方面［24］塔里木河是一条内陆耗散性河，在山区形成的径流，进入平原后，再无新的支流接纳，由于渗漏、蒸发损失，水分逐渐减少，使盐分增加后得不到稀释。气候干燥，降水稀少，蒸发强烈，有利于河水盐分浓缩使矿化度提高。流域周边低山带和平原区，沉积物和土壤中的易溶盐含量高，盐源充足，可随水进入塔里木河。人为驱动方面主要是大量高矿化度农田排水汇入，塔里木河上游的阿克苏流域及干流上游垦区，1949年以后开垦的土地，绝大部分是重盐碱土，1m土层中的含盐量达到20～50g／kg，通过淋洗，压盐及种稻改良，现1．0m土层的含盐量大部分降至5g／kg以下，适合作物生长。从土壤中脱出的盐分在阿拉尔垦区以上农田排入塔里木河的水量达7．04亿m3，矿化度2．28～9．57g／L，每年带入塔木河的盐分达467．4万t。

此外，人类活动导致径流损耗增大，陈忠升［14］等选取塔里木河流域社会经济活动指标：人口自然增长率、农业人口、城市化水平、产业结构和经济效益五大指标，运用权重加权法，得出塔里木河人类活动强度指标权重。然后以20世纪70年代来水量为基准来水量，分别求出80，90年代和2000—2008年时段实际来水量与基准来水量之间的差值，得出径流的损耗量，建立人类活动强度指数与径流损耗之间的相关关系，从图8来看，二者的变化趋势具有较强的一致性，呈明显的正相关性，说明人类活动导致了塔里木河流域径流量减少，进而使水质的离子浓度升高，水质逐渐恶化。

图8 人类活动强度指数与径流损耗量变化

3 结 论

（1）通过对塔里木河近50a的水文资料分析，发现四源流出山口径流量在过去的几十年并没有减少，甚至有一定程度的增加。而塔里木河干流水量却呈逐年递减的趋势。这一结果表明，塔里木河四源流进入干流的水量减少并不是气候环境因素变化所致。流域人类活动是造成水域环境恶化的根本原因。人类活动强度指数与人为径流损耗量相关性分析结果表明，二者之间具有显著的正相关关系，说明自20世纪70年代中期开始，人类活动对径流损耗的干扰就处于一个扩大和加重的过程。

（2）河流断流长度增加、断流时间加长、地下水位下降、水质恶化与人类的不合理开发直接相关。对造成这一结果的分析表明，人口的快速增长，使得流域周围的人们为了追求经济利益大量开垦耕地种植棉花，不合理的引塔里木河水进行灌溉，导致绿洲的面积不断扩大，农业生产的集约化程度提高，各种水利设施，人工渠道改变了流域的水循环，从而直接影响了流域正常的水环境运行。

（3）由于长期的人类活动和和自然因素的作用，流域的水域环境将面临严峻的考验，未来塔里木河要保持水域环境的良性发展就需要加大力度控制好耕地面积，要高效、合理的分配水资源，加大水资源的管理力度；突破现有灌溉技术，做到更加节约每一滴塔河水资源。要保护好生态植被，使其真正起到防风固沙作用，以减少塔里木河河道的泥沙，保证上、中、下游水流的畅通性。

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