气候变化对科尔沁沙地水资源影响分析——以内蒙古奈曼旗为例

张桂英

（内蒙古奈曼旗气象局，内蒙古 奈曼旗 028300）

科尔 沁沙 地 （42°15′～45°47′N，119°15′～123°45′E），在历史上曾是水草丰美的科尔沁大草原，有大凌河和辽河水系的多条支流，水资源十分丰富。然而由于近代人类对水资源环境的破坏再加上气候干旱，使这个一望无际的大草原，逐渐演变成我国面积最大的沙地，水资源短缺现象严重。特别是近年来随着社会经济的发展，水资源供需矛盾日益突出，缺水问题已严重制约了当地社会经济的发展和人民生活水平的提高。干旱化和水资源严重匮乏还与植被减少和沙漠化加剧等生态环境问题密切相关，更是受到各级政府的广泛关注［1-3］。有研究表明，20世纪90年代以来，由于气温大幅度上升和局部降水减少，北方的地表干旱化进程发展迅速，已经通过水文循环而对淡水资源产生重大影响［2，4-5］，因此，未来气候变化对水资源的影响是非常值得关注的。气候变化对地表水资源的响应问题，以往对东北、华北和西北地区做过不少的研究工作［6-7］，但科尔沁沙地却没有这方面的研究。该文探讨了科尔沁沙地气候变化对水资源的响应情况及其时空差别，以期为该地生态环境改变、沙漠化治理提供一些真实、可靠的依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

内蒙古奈曼旗 （42°14′～43°32′N，120°19′～121°35′E），位于科尔沁沙地腹地，是科尔沁沙地最典型地区，它曾经是沙海中的一个鱼米之乡，水资源十分丰富，20世纪80年代以前，境内共有7条河流，大小湖泊187个，中小型水库25座。属北温带大陆性半干旱气候，年平均气温7.0℃，年平均降水量354.3 mm，年平均蒸发量为1 823.6 mm。

1.2 数据来源

气象资料取自奈曼旗气象站和青龙山气象站1961—2010年的各类气象资料。水资源资料来自奈曼旗水务局。

表1 科尔沁沙地最典型地区气温、降水量、蒸发量年代际变化情况

图1 科尔沁沙地最典型地区降水量年际变化

2 结果与分析

2.1 科尔沁沙地气候年代际变化特征

近50年来科尔沁沙地气温呈明显上升趋势，降水量呈显著减少趋势，蒸发量呈减少趋势；但三要素的年代际变化在20世纪不一致，在21世纪初达到了气温上升、降水量和蒸发量减少的同步，加剧了环境的恶化。

2.1.1 气温的年代际变化：统计结果显示 （见表1），20世纪60—70年代科尔沁沙地年平均气温增幅为0.2℃，70—80年代增幅为0.5℃，80—90年代增幅为0.5℃，20世纪90年代到21世纪初增幅为0.1℃，最大增幅出现在20世纪最后20年，但年平均气温最高出现在21世纪初，这表明了科尔沁沙地气温与全球变化的一致性，是随年代增加而升高的。

2.1.2 降水量的年代际变化：计算结果表明，20世纪60—70年代科尔沁沙地年平均降水量减少28.8 mm，70—80年代增加 47.8 mm，80—90年代减少10.7 mm，20世纪90年代到21世纪初减少68.5 mm，50年平均降水量最大减幅出现在20世纪90年代到21世纪初（见表1）。由此可见，随着年代的变化，科尔沁沙地年平均降水量呈减少的趋势，20世纪80年代较70年代显著增加，主要原因是1984年和1986年降水量超过500 mm，1985年超过470 mm的原因。但从1999年开始出现了长达12年的连续枯水年份（12年间有11年降水量在历年平均值以下）表明了降水随年代变化呈现出减少的趋势，近30年这种趋势更加明显（见图 1）。

2.1.3 蒸发量的年代际变化：统计结果表明，20世纪60—70年代科尔沁沙地年平均蒸发量减少32.2 mm，70—80年代减少 193.0 mm，80—90年代减少25.2 mm，20世纪90年代到21世纪初增加346.5 mm，随年代变化年平均蒸发量在20世纪60—90年代呈减少的趋势，但进入21世纪后呈急剧增加的趋势（见表1），与气温升高，降水减少，日照时数增加相配合，加剧了环境恶化程度。

2.2 气候变化对科尔沁沙地水资源的影响

科尔沁沙地位于大兴安岭和冀北山地之间的三角地带，地貌最显著的特点是沙层有广泛的覆盖，其地表水资源、地下水资源的补给主要依赖于自然降水量，现在是水资源贫乏地区。

2.2.1 对地下水资源的影响：奈曼旗地表多年平均径流深为44.7 mm，年平均降水量与地表水平均径流量、地下水资源量有着非常相似的年际变化（见图2、图3），相关系数高达 0.805和 0.986。 相对于地表水而言，自然降水对地下水资源的补充受蒸发、地面等因素的影响更小一些，降水入渗补给量占总补给量的60%～70%。水资源量的各年代丰枯变化大体与降水相同，水资源量高值年份分别是1985、1986、1994年，这些年份也是降水量相对较多年份。相对于地表水来说，地下水资源年际间分配变化剧烈程度要平稳一些，但总体而言水资源量年际变化程度比降水更为剧烈，丰枯程度更为突出，年际变化更大，表明了依赖自然降水的水资源量具有更加明显的脆弱性。

图2 科尔沁沙地年平均降水量与地表年径流量年际变化曲线

图3 科尔沁沙地年平均降水量与地下水资源量年际变化曲线

与降水的变化对水资源影响相比，气温与水资源量没有明显的相关关系，但气温与蒸发却有着显著的正相关，其对水资源的影响主要表现在高温使水体蒸发量加大，因此气温上升的变化趋势加大了蒸发量，间接影响了水资源量的变化［7-8］。此外，在气候变化中往往是高温和干旱同时出现，使农田、人畜用水同时增加，从而气温升高也是导致水资源趋于紧张的重要因素。

2.2.2 对地下水位的影响：根据奈曼旗水政与水资源管理站30年间浅层地下水位资料分析可知（见图4），20世纪80年代初地下水位平均深为-3.3 m，90年代下降为-5.6 m，在1984—1986年有连续3个丰水年份出现，地下水位开始回升至-2.3 m；1999年开始科尔沁沙地出现连续的枯水年份（12年平均降水量为304.7 mm，比多少平均值少60 mm），造成地下水开采量大幅度增加，致使地下水位急剧下降，下降速率平均为-0.5 m/年，到2010年平均地下水位达到历史最低为-11.7 m，可见地下水位动态变化与自然降水具有同步丰枯变化规律。影响科尔沁沙地地下水动态变化的最主要因素就是农业开采，而农业开采量又受自然降水制约，所以在枯水年，地下水开采量增加水位变化曲线年内峰谷明显，年际间呈波状下降；在丰水年地下水开采量减少，水位变化曲线相对比较平稳。

图4 科尔沁沙地地下水位深度年际变化曲线

2.2.3 对出入境水量的影响：奈曼旗南部山区的牦牛河是辽宁省大凌河发源地，西辽河水系贯穿其中、北部，在20世纪60—80年代出、入境水量都较大；80年代后期由于大规模的水利工程建设及工农业用水量的不断增加，使得入出境水量都呈明显的减少趋势。奈曼地区多年平均入境水量约为2.1亿m3，但年际变化较大，20世纪60年代平均为2.5亿m3、70年代为2.2亿m3、80年代为2.7亿 m3、90年代为 1.9亿 m3、21世纪初为 0.6亿 m3为历史最小值，1990—2010年间衰减幅度最大达1.3亿m3。在20世纪90年代由于西辽河水系上游对地表水资源的开发利用，入境水量急剧减少，但随后年平均入境水量的减少则主要是由东北地区降水普遍偏少造成的。奈曼旗多年平均出境水量为1.8亿m3，出境水量的多年变化与入境水量的变化基本一致，21世纪初年平均出境水量仅为有限的0.3亿m3，也是历史最小值。

2.2.4 人类活动对科尔沁沙地水资源环境的影响：影响当地水资源多少及分布的主要因素是气候条件和当地下垫面条件，另外人类活动对当地水资源状况的影响越来越大，2000年前奈曼旗有大中型水库5座，可利用水资源6.75亿m3，1999开始随着气候变暖、降水减少的加剧，已有4座水库完全干枯，仅有1座没干枯的水库也是靠上游调度水来维持，工农业生产和生活全部靠开采地下水维持。在农业种植面积不断扩大，工业项目不断增多，使深、浅层水资源都急剧减少，而科尔沁沙地的浅层地下水主要靠接受大气降水和地表水体的补给，降水量的减少、农业节水灌溉的实施和地下水的大规模开发利用，减少了地下水的补给量，使得地下水的采补平衡发生变化。长期对地下水的过量开采加上地下水补给量的减少，会不断破坏地下水的蓄存运移规律，最终必将导致地质环境严重恶化，甚至会危害到人类的生存。

3 结论与讨论

①科尔沁沙地在气候变暖的背景下，降水减少干旱加重，使得严重依赖自然降水的水资源环境发生了明显改变；地表水基本消失，地下水位急剧下降，使得原本水资源十分丰富的大草原逐渐演变为水资源短缺的中国最大沙地。

②水资源短缺加重了人类对整体水资源环境的深度破坏，在降水量减少，工农业用水量增加的前提下，必然会改变水资源丰枯交替变化的相对平衡状态。当地政府要高度重视水资源危机，合理修建水利设施，提高河、渠、坑、塘的蓄水能力，加强汛期自然降水的有效储蓄利用，在丰水年份尽量使用地表水，充分利用自然降水调节和补给地下水。

③强化水资源管理，防止水资源的过度开采，同时积极调整种植结构，减少水浇地面积；扩大绿化面积，积极改善生态环境，保护水资源环境；提高全民节水意识，为维持社会可持续发展尽职尽责。

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