鄭 剛

（新疆塔里木河流域管理局，新疆庫爾勒 841000）

塔里木河地處中國西北干旱區(qū)，其流域?qū)儆诘湫偷拇箨懶詺夂?，干旱少雨，蒸發(fā)強烈，自然環(huán)境最為嚴酷、生態(tài)退化最為嚴重的地區(qū)，植被生長所需水分幾乎都來自地下水[1]。在過去50年里，塔里木河流域由于人類不合理的資源開發(fā)，上游需水量的增加，造成自然水資源時空格局改變，流域自然生態(tài)過程發(fā)生了明顯的變化，使得下游水量持續(xù)減少，導致下游320 km河道斷流、大面積濕地消失、地下水位大幅度下降、天然植被全面衰敗，沙漠化擴大,土壤鹽漬化程度加重，生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化，其生態(tài)問題已引起國內(nèi)外的廣泛關注[2,3]。

地下水的研究對于保護塔里木河下游的生態(tài)環(huán)境顯得尤為重要, 許多學者在這方面做了大量研究[4～7]。為恢復和重建嚴重受損的生態(tài)系統(tǒng)，拯救塔里木河下游日益萎縮的“綠色走廊”，2000年開始向塔里木河下游斷流30年的河道實施生態(tài)輸水工程[8]，針對塔里木河下游大西海子至臺特瑪湖區(qū)段地下水水位有比較多的研究[9,10]。但這些研究主要是基于生態(tài)監(jiān)測斷面的地下水動態(tài)與生態(tài)環(huán)境之間的響應，均未涉及塔里木河下游綠洲邊緣地下水動態(tài)變化等方面的科學問題。

1 研究區(qū)背景

塔里木河地處我國西北干旱區(qū)新疆，全長1321 km，是中國最長的內(nèi)陸河，也是世界著名的內(nèi)陸河之一。塔里木河下游系指塔里木河干流卡拉水庫以下至臺特瑪湖，全長428 km。主要位于羅布泊微弱拗陷區(qū)，構造穩(wěn)定，第四紀沉積物厚約 350 m，沉積物以粘土質(zhì)的河湖相沉積物為主；水文地質(zhì)結構簡單，沖積平原區(qū)含水層巖性單一，按巖性屬于典型的孔隙含水層，主要為河湖相細砂和粉細砂、局部為風積砂?？准G洲位于塔里木河下游，總面積為 1140.37 km2，位于塔里木河下游左岸和孔雀河南側(cè)兩河之間的漫灘沖積平原上，該綠洲荒漠過渡帶東側(cè)為庫魯克沙漠,西側(cè)為塔克拉瑪干沙漠,北臨尉犁縣，南靠若羌縣，地勢北高南低。

該區(qū)屬暖溫帶極干旱氣候區(qū)，氣候干燥，多風沙天氣，年平均降水量在 17.4～42.0mm之間，平均年潛在蒸發(fā)力高達 2500～3000 mm，太陽年總輻射 5692～6360 MJ/m，日照時數(shù) 2780～2980h，≥10 ℃年積溫為 4100℃～4300 ℃，平均日較差13℃～17 ℃，是中國極端干旱地區(qū)之一。

受經(jīng)濟利益的驅(qū)使，該區(qū)以不斷擴大農(nóng)業(yè)面積來促進經(jīng)濟發(fā)展，而忽略了水資源短缺的影響和脅迫。綠洲水資源主要源于塔里木河和孔雀河，隨著人口的增長，耕地面積不斷擴大，水資源需求大幅度增加，隨著開發(fā)利用程度的提高，中、上游用水嚴重失衡，導致下游水量銳減。由于河水斷流，缺乏地表徑流補給，地下水位大幅度下降，英蘇以下地下水埋深大都下降到 8～12 m，由地下水過程維系的天然植被嚴重衰敗，胡楊林大面積衰敗，林間沙地活化?？准G洲是塔里木河進入臺特瑪湖“綠色走廊”的最后一個綠洲，其穩(wěn)定和安全直接關系到塔里木河下游乃至整個塔里木河流域綠洲的穩(wěn)定和安全。

2 實驗設計

2.1 監(jiān)測點的布設

2008年根據(jù)遙感影像分析和實地調(diào)查，在從35團荒漠邊緣向綠洲延伸方向確定22個觀測點，如（圖 1）所示，其地理位置(經(jīng)度、緯度) 通過GPS 定位，2008年3月布置22口生態(tài)井，井深均為15 m，連通直徑約5 cm的硬質(zhì)橡膠管道以便于觀測。樣井的分布基本能代表整個研究區(qū)的地下水空間分布特征，選擇其中從荒漠邊緣向綠洲延伸的11口典型地段的井位為重點監(jiān)測對象。

圖1 喀拉米吉鎮(zhèn)生態(tài)井位分布

2.2 地下水埋深監(jiān)測

2008年8月至2010年12月定期對11口生態(tài)井的地下水埋深進行一次監(jiān)測，地下水位采用電導法進行測定，共計測定25次（依次編號為1～25）。

2.3 地下水水質(zhì)的檢測

每年全面測定一次地下水質(zhì)指標，包括地下水總堿度、硬度、pH值、礦化度、全鹽、CO32-、HCO3-、CL-、SO42-、Ca2+、Mg2+、K+、Na+，礦化度采用重量法測定，pH值采用PHS-2C型數(shù)字式酸度計測定，總堿度及CO32-、HCO3-采用雙指示劑滴定法測定，總硬度采用 EDTA容量法測定，電導率采用DDS.307型電導率儀測定，C1-采用硝酸銀滴定法測定，SO42-采用EDTA容量法和鉻酸鋇光度法測定，Ca2+、Mg2+采用 EDTA容量法和原子吸收光度法測定。K+、Na+采用火焰光度法和原子吸收光度法測定。以期全面把握綠洲滴灌措施實施以后地下水質(zhì)年際間變化趨勢。

3 數(shù)據(jù)處理

利用統(tǒng)計學軟件 SPSS對數(shù)據(jù)分布特征進行檢驗，采用 Excel 2010對地下水水位的變化規(guī)律進行分析，在繪制研究區(qū)地下水位等值線過程中，利用 SURFER 軟件強大的數(shù)字化圖形功能，通過半方差函數(shù)分析,采用 Kriging 方法對未測點進行了估值, 實現(xiàn)了數(shù)字到圖形的轉(zhuǎn)換[11]。將 SURFER 形成的等值線圖用 DXF 格式輸出，在 AutoCAD 程序下將其調(diào)出，根據(jù)所對應的坐標與已有的地形圖合并，形成地下水位等值線圖。

表1 地下水水質(zhì)的統(tǒng)計特征值

表2 地下水觀測井的電導率

4 結果與分析

4.1 觀測項目的統(tǒng)計特征

4.1.1 地下水水質(zhì)特征

從表1 可以看出，喀拉米吉鎮(zhèn)地下水12項水質(zhì)指標中只有全鹽服從正態(tài)分布, 而總堿度、總硬度、SO42-、K+的分布服從對數(shù)正態(tài)分布, 礦化度、HCO-、CL-、Ca2+、Mg2+、Na+含量既不服從正態(tài)分布也不服從對數(shù)正態(tài)分布。按照變異系數(shù)的劃分等級有：弱變異性，CV＜ 0.1；中等變異性，CV=0.1～1.0；強變異性，CV＞ 1.0。pH變異系數(shù)為 0.07，屬于弱變異強度，總堿度、總硬度、礦化度、全鹽、HCO3-、SO42-和Mg2+的變異系數(shù)屬于中等變異強度,CL-、Ca2+、K+、Na+的變異系數(shù)較大，屬于高變異強度。礦化度的變化在 1.5～10g·L-1，屬于中等礦化度，根據(jù)舒卡列夫分類法，CL-和 Na+含量≥25%，屬于Cl-Na型水，為分析11口生態(tài)井的水質(zhì)差異顯著性，通過LSD多重比較方法，4號和5號井水質(zhì)差異不顯著，1號、2號、3號、6號、7號、8號、9號、10號和11號井相互之間水質(zhì)差異不顯著，4、5號井與其他各井的水質(zhì)達到了極顯著差異（α =0.05）。

地下水觀測井的電導率如（表2），用數(shù)理統(tǒng)計的方法推導水質(zhì)礦化度與電導率的回歸方程, 并繪制其關系曲線，r =0.93，y = 3.4198x - 2.8362，R 2= 0.75。通過各觀測井地下水電導率的多重比較和實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，地下水鹽分含量與地表景觀有密切關系，1號井、2號井和3號井位于荒漠邊緣，4號和5號井綠洲-荒漠交錯帶，6號和7號井位于綠洲內(nèi)部滴灌農(nóng)田，8號和10號井位于綠洲內(nèi)部漫灌果園，9號和11號井位于綠洲內(nèi)部林地，說明不同土地利用類型對地下水埋深和水質(zhì)有一定的影響。

4.1.2 地下水水位特征

喀拉米吉鎮(zhèn)11個觀測井水位特征（表3），由表3可知，地下水埋深在3～9m范圍之間，最淺水位為7號井達2.05m，最深水位為1號井達9.29m，極差為7.24m，11口井中4號井的水位變化幅度較大，其他井位變化不明顯，研究區(qū)平均水位5.74m。變異系數(shù)又稱“標準差率”，可衡量資料中各觀測值變異程度的一個統(tǒng)計量，由表3可知，除7號和9號生態(tài)井地下水水位的變異系數(shù)在 0.1～1.0之間，屬中等變異強度，其他生態(tài)井的水位埋深變異都屬弱變異強度，說明大部分監(jiān)測井地下水水位變化幅度不大。

研究區(qū)海拔在 843～851m之間，平均海拔為848.42m，通過相關分析，地下水埋深與生態(tài)井的海拔高度存在一定的負相關關系，r =-0.7, 由塔里木河下游河道向庫魯克沙漠方向延伸，地下水位由8號井847.08m至3號井836.13m，水位下降了10.95m，可見塔里木河下游生態(tài)輸水工程起到了很好的補給地下水的作用。

表3 地下水水位特征值 單位：m

4.2 地下水位動態(tài)特征

4.2.1 地下水時間變化特征

研究區(qū)位于塔里木河下游上段，距離輸水源頭—大西海子水庫比較近，區(qū)域地下水不僅有塔里木河水向河道兩側(cè)滲漏補給地下水，并還有農(nóng)區(qū)灌溉水補給地下水。根據(jù) 2008～2010年地下水埋深監(jiān)測數(shù)據(jù)，均值是集中趨勢指標中最重要的一種指標，計算出2008年、2009年和2010年11口生態(tài)井地下水埋深的平均值，以此來說明塔里木河下游典型綠洲地下水位的動態(tài)變化。

從圖2可以看出，11口生態(tài)井2008年～2009年地下水埋深均呈現(xiàn)明顯下降趨勢，2009年～2010年中2、3、6、7、8、9和10號的地下水水位埋深有下降的趨勢，1、4和5號井地下水水位埋深有所增加，但從2008年～2010年地下水水位平均下降0.5m/a。這與塔里木河下游斷流河道實施生態(tài)輸水工程密切相關，在塔里木河有河水徑流時，存在沿塔里木河道的縱向由上游向下游的地下徑流補給，還有河道徑流向兩側(cè)滲漏補給，并可沙漠邊緣的地下水有補給。

從 2008年年塔里木河輸水停止，受到塔里木河河道干枯，這種補給就會消失，造成地下水位顯著下降，2009年輸水量僅0.11億m3，2010年6月20日～2010年7月15日輸水量為0.14億m3，地下水位在輸水期呈現(xiàn)上升趨勢，在枯水期呈現(xiàn)緩慢的下降趨勢，與輸水時間存在一定的相關性。同時，灌區(qū)內(nèi)地下水埋深具有季節(jié)性變化的趨勢，夏季地下水埋深較深，冬季地下水埋深較淺，即在灌水季節(jié)（4月、5月、6月、7月、8月和9月）水位較深，在非灌溉季節(jié)（10月、11月、12月、1月、2月和3月）水位較淺，與非灌溉季節(jié)相比，灌溉季節(jié)里地下水埋深平均下降了1 m以上，充分說明綠洲對地下水資源的依賴。

圖2 地下水埋深變化趨勢

4.2.2 地下水空間變化特征

為了更好的展現(xiàn)地下水位的空間分布特征，采用Kriging最優(yōu)內(nèi)插法生成等值線圖，可以更準確和直觀地展示整個研究區(qū)的地下水資源狀況、生態(tài)環(huán)境可能發(fā)生退化的區(qū)域及未來發(fā)展方向，可以為當?shù)睾侠砼渲玫叵滤Y源、預測極端條件下荒漠化趨勢及維護當?shù)赝寥馈⒅脖徽ＩL環(huán)境和生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支持。有圖3可以發(fā)現(xiàn)，在研究區(qū)地下水水位分布呈現(xiàn)一定的規(guī)律，地下水埋深自東北向西南方向逐漸升高，這與塔里木河地表徑流的補給有密切關系。隨著離河道距離的增加，地下水為逐漸下降，在綠洲內(nèi)部等值線較密集，地下水位變化幅度較小，是由于人工綠洲的灌溉，還有外來灌溉水源，通過回補地下水，還有當?shù)亻_采的地下水回補，由綠洲到沙漠地下水受河道補給作用的影響小，沙漠區(qū)地下水人為干擾少，水位下降比較緩慢。

2008～2010年研究區(qū)地下水水位埋深所有觀測值均呈下降趨勢，為探索研究區(qū)地下水水位空間下降特征，將2008年、2010年兩期數(shù)據(jù)差值后得到地下水位降幅，進行 Kriging插值，生成 Grid圖層，獲得研究區(qū)內(nèi)的插值結果，在AutoCAD 程序下將其調(diào)出，根據(jù)所對應的坐標與已有的地形圖合并，在此基礎上得到地下水位降幅等值線。從圖 4中可見，地下水位降幅由西南向東北有逐漸減少趨勢，說明從綠洲內(nèi)部至綠洲邊緣、最后到荒漠地下水水位下降幅度逐漸降低，在綠洲內(nèi)部等值線變化較復雜，地下水水位波動幅度有增有減，這主要是因為綠洲內(nèi)部人為活動的干擾，為滿足綠洲農(nóng)業(yè)灌溉需水，大量開采地下水所致，又有可能是灌溉對地下水有所補給的影響。

圖3 2008-2010年地下水埋深等值線

圖4 2008-2010年地下水埋深下降等值線圖

4.3 不同土地利用地下水差異

根據(jù)生態(tài)井位由綠洲-荒漠交錯帶向綠洲內(nèi)部延伸的布置原則，造成生態(tài)井所處的景觀格局不同，并且結合不同井位地區(qū)的灌溉特點，可以將其分為綠洲邊緣、綠洲內(nèi)部農(nóng)田、綠洲內(nèi)部果園和綠洲內(nèi)部林地四種類型。采用2009年地下水位數(shù)據(jù)分析了不同類型生態(tài)井地下水埋深的年內(nèi)變化特點。

荒漠邊緣（1號井、2號井和3號井）地下水變化趨勢，3口井的地下水位埋深雖然不同，但年內(nèi)變化趨勢基本相同，水位呈小幅度增大趨勢，波動幅度較小，主要是因為地下水開采量少，有無其他補給，荒漠邊緣地下埋深在 7～9 m之間，大于多數(shù)植物生長臨界水位。

綠洲-荒漠交錯帶（4號和5號井）地下水位變化趨勢，地下水埋深波動幅度在 1.64～1.70m，4號井距離荒漠較近，變化趨勢與荒漠邊緣生態(tài)井相近，5號井距離綠洲較近，有一定的地表徑流下滲和灌溉水的補給，呈現(xiàn)上下波動的趨勢。

綠洲內(nèi)部滴灌農(nóng)田（6號和7號井）地下水位變化趨勢，2口井水位差約2m，變化趨勢的相關系數(shù)達0.97，從擬合直線斜率可知，兩年內(nèi)農(nóng)田地下水位增加幅度高于綠洲邊緣，且波動幅度大。滴灌技術的采用，使得灌溉水基本不產(chǎn)生深層滲漏，喀拉米吉鎮(zhèn)綠洲農(nóng)田滴灌對土壤的影響深度不超過80cm，對地下水位的影響基本可以忽略，造成水位波動的原因主要是近年來塔里木河下游水量銳減，農(nóng)業(yè)用水需要大量地下水資源補給，灌水季節(jié)和非灌水季節(jié)水位差異明顯。

綠洲內(nèi)部漫灌果園（8號和10號井）地下水位變化趨勢，2口井地下水位埋深差異不明顯，變化趨勢相關系數(shù)達0.96，從直線擬合趨勢看出，綠洲內(nèi)果園水位增幅顯著，波動趨勢較大，主要是漫灌產(chǎn)生深層滲漏能夠部分補充地下水。

綠洲內(nèi)部林地（9號和11號井）地下水位變化趨勢，2口井的地下水水位差異在1m內(nèi)，地下水埋深呈小幅度增加趨勢，波動趨勢大于綠洲邊緣，小于農(nóng)田和果園，主要原因是綠洲內(nèi)部以人類生活活動為主，地下水開采量略小，林地灌溉次數(shù)少，良好的綠洲生態(tài)環(huán)境使地下水保持穩(wěn)定。

5 結論與討論

合理的地下水位在保障綠洲生態(tài)安全、經(jīng)濟增長和社會發(fā)展等方面作用顯著。塔里木河下游水量銳減使得地下水資源成為團場農(nóng)業(yè)和生態(tài)用水的重要補給。地下水資源的過渡開采造成喀拉米吉鎮(zhèn)地下水位急劇下降，最終引起綠洲生態(tài)林大面積衰敗甚至死亡。

（1）研究區(qū)地下水12項水質(zhì)指標只有全鹽分布符合正態(tài)分布，變異系數(shù)大小為K+ ＞CL- ＞Ca2+＞Na+＞全鹽＞礦化度＞SO42-＞總堿度＞HCO3- ＞Mg2+＞總硬度＞ pH 值，生態(tài)井4、5號井與其他9口井的水質(zhì)達到了極顯著差異（α=0.05），其他各井之間差異不顯著，地下水屬于中等礦化度 Cl-Na型水。地下水埋深在3～9m范圍之間，平均5.74m，基本屬弱變異強度。地下水位水位由塔里木河下游河道向庫魯克沙漠方向下降了10.95m，塔里木河下游生態(tài)輸水工程起到了很好的補給地下水的作用，并且不同土地利用類型對地下水埋深和水質(zhì)有一定的影響。

（2）地下水位變化與塔河輸水時間存在一定的相關性，在輸水期呈現(xiàn)上升趨勢，停止輸水后呈現(xiàn)緩慢的下降趨勢，并且地下水水位存在明顯的年內(nèi)變化特征，這與人類活動有關。灌區(qū)內(nèi)地下水埋深具有季節(jié)性變化的趨勢，非灌溉季節(jié)地下水位淺，灌溉季節(jié)地下水位深，灌溉季節(jié)地下水位不但沒有上升而且下降了，這主要是因為大面積的節(jié)水灌溉制度對地下水沒有補給。塔里木河地表徑流的補給使地下水埋深自東北向西南方向逐漸升高，農(nóng)業(yè)漫灌方式也會對地下水有所補給。

2008年8月至2010年，研究區(qū)平均地下水埋深不但沒有抬升反而呈下降趨勢，地下水埋深降幅由西南向東北有逐漸減少趨勢，11眼生態(tài)井平均地下水位下降幅度為 0.5m·a-1，筆者認為這與大面積的節(jié)水灌溉有關，綠洲抽取地下水的機井亦日益增多，綠洲內(nèi)地下水過渡開采有關。

（3）不同土地利用方式和不同的灌溉方式造成地下水水位變化的空間差異性，喀拉米吉綠洲地下水水位有不同程度的下降趨勢。綠洲地下水埋深在2.41～6.7m，平均4.41m，小于潛水蒸發(fā)的極限5m，加之地下水礦化度高，會加劇土壤的鹽漬化程度。因此，建議縮小農(nóng)耕面積，減少地下水灌溉，使用塔里木河水和卡拉水庫的淡水?；哪叵滤裆钤?，平均 7.25～9.09m，平均8.07m，大于多數(shù)植物生長臨界水位，若缺少淡水水源灌溉，此區(qū)域地下水埋深必將低于荒漠區(qū)，地下水在水力梯度的作用下將由地下水埋深淺處向深處逐漸運移，這樣，從綠洲到荒漠方向上，地下水埋深必會逐漸增加，造成沙漠化的擴展。因此，面對喀拉米吉綠洲特殊的環(huán)境，對有限水資源應進行優(yōu)化配置，實現(xiàn)綠洲經(jīng)濟、社會和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

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