陳向東，蒙宏衛(wèi)，田小平，劉 兵*，葛 陽(yáng)，賈如浩(.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，新疆石河子83003;.新疆油田公司采油一廠，新疆克拉瑪依834000)

20世紀(jì)以來，全球氣候呈總體變暖趨勢(shì)，在全球氣候變化的大背景下，各地區(qū)生態(tài)環(huán)境都呈現(xiàn)出不同類型的響應(yīng)程度，IPCC(氣候變化專門委員會(huì))在第四次評(píng)估報(bào)告中指出，到2100年全球平均氣溫將上升1.1～6.4℃［1］。目前，由氣候變化而引起的冰川融化、河流萎縮及土地荒漠化等生態(tài)問題，已嚴(yán)重影響到人類社會(huì)的健康發(fā)展［2－4］。自20世紀(jì)80年代中期以來，新疆氣候出現(xiàn)了由暖干向暖濕的轉(zhuǎn)變，新疆近40年來氣溫和降水呈上升趨勢(shì)。

和田河流域位于新疆塔里木盆地南緣，屬暖溫帶大陸性干燥沙漠氣候，生態(tài)環(huán)境脆弱，水土資源極易受到氣候變化的影響。因此，和田河流域作為干旱地區(qū)水資源與生態(tài)環(huán)境問題的典型研究區(qū)域，一直備受我國(guó)科研人員的關(guān)注。劉志輝等認(rèn)為，和田河流域生態(tài)環(huán)境極其脆弱，環(huán)境災(zāi)害多發(fā)，水資源過度開發(fā)利用不可避免地對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境產(chǎn)生了負(fù)面影響［5］。陳忠升等認(rèn)為，和田地區(qū)土地利用類型面積出現(xiàn)大幅度變化，直接影響流域內(nèi)水量、水鹽平衡關(guān)系，加上流域植被覆蓋率降低，使當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)平衡遭受到一定程度的破壞［6］。為了使和田河流域的水土資源管理更加科學(xué)，更能適應(yīng)氣候變化所帶來的影響。筆者通過分析和田河流域水文、氣象、土地利用等的變化趨勢(shì)及成因，并結(jié)合流域水土資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及實(shí)際發(fā)展需要，提出適合當(dāng)前和田地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的規(guī)劃建議，以期為干旱區(qū)流域綠洲的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

和田河流域位于新疆塔里木盆地南緣，昆侖山北麓，地理位置為77°25'～81°43'E，34°52'～40°29'N，東西長(zhǎng)約 670 km，南北寬約500 km，流域面積為48 870 km2，占全疆總面積的15%，占全國(guó)總面積的2.6%。流域綠洲被遼闊的沙摸戈壁所包圍，綠洲面積僅占流域平原總面積的8%左右，其山前沖積平原為綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)。和田地區(qū)地勢(shì)南高北低，由西向東傾斜，南部是昆侖山區(qū)，山峰林立，中部是山前坡麓地帶，北部是塔克拉瑪干沙漠。和田河流域共7條河流，其徑流總量為44.5×109m3，主要由兩條支流組成，一條是東部的玉龍喀什河，長(zhǎng)約504 km，另一條是西部的喀拉喀什河，長(zhǎng)約808 km。該流域?qū)儆谂瘻貛Т箨懶愿稍锷衬畾夂颍昃鶜鉁馗?，降水稀少，自然?zāi)害多發(fā)，年內(nèi)浮塵天氣平均達(dá)200 d，4～6月沙暴日頻繁，年均日數(shù)33 d，風(fēng)速17 m/s以上的大風(fēng)，年均頻率為11.5次?？傮w而言，和田河流域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀較為脆弱［7］。

2 流域水土資源現(xiàn)狀

2.1 氣候現(xiàn)狀及變化 和田河流域地處我國(guó)西北的塔里木盆地南緣，因?yàn)榱饔蛏砭託W亞大陸腹地，四周被各大山脈阻擋，致使太平洋、大西洋以及印度洋上空的水汽很難到達(dá)，所以其降水主要來自西風(fēng)環(huán)流，屬暖溫帶大陸性干燥沙漠氣候，多年平均降水量只有5.4～89.6 mm，而多年平均蒸發(fā)量高達(dá)2 159～3 137 mm，多年平均氣溫為12.7℃，最高為40.6℃，最低為－21.6℃。流域全年日照時(shí)數(shù)2 451～2 896 h，有效輻射量72.6×103k/cm2，≥10℃有效積溫達(dá)4 341.5℃，光質(zhì)優(yōu)越，熱量充足。無霜期210～226 d，最大凍土深度0.7 m。春季多風(fēng)沙，時(shí)有浮塵天氣，偶有沙塵暴，平均大風(fēng)天數(shù)11.5 d，并集中出現(xiàn)在4月中旬至5月中旬，主風(fēng)向?yàn)槲鞅薄?/p>

自20世紀(jì)80年代中期以來，新疆氣溫呈總體上升趨勢(shì)。同樣，和田河流域氣溫也呈現(xiàn)出顯著的變暖趨勢(shì)(圖1)，經(jīng)計(jì)算流域平均線性變暖率為0.33℃/10 a，各年代氣溫均呈上升趨勢(shì)，但升溫幅度有差異，90年代較顯著，線性變暖率為1.93℃/10 a。流域降水同樣也呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)(圖2)，線性遞增率為2.1 mm/10 a，各年代變化趨勢(shì)不同。流域降水量增加的主要原因?yàn)?空氣中水汽含量的增加，以及有利于水汽輸送的南風(fēng)增強(qiáng)，使得該地區(qū)的降水量有所增加;全球顯著變暖驅(qū)動(dòng)水循環(huán)過程加快，也是降水量增加的一個(gè)主要因素［8］;和田河地區(qū)有大量的冰川分布，由于氣候變暖，冰川消融，對(duì)當(dāng)?shù)亟邓灿幸欢ǖ呢暙I(xiàn)。而和田河流域空氣濕度呈逐年減小趨勢(shì)，相對(duì)的蒸發(fā)量呈逐年增加趨勢(shì)，近40年空氣濕度下降了12.5%，而蒸發(fā)量上升了40%，兩者變化都十分顯著(圖3)，空氣濕度由之前的49%降至34%。

對(duì)和田河流域近40年來濕度與氣溫、蒸發(fā)量、降水量之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果表明:濕度與蒸發(fā)量在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)，說明蒸發(fā)量的增大直接影響到了該流域的濕度變化，具體表現(xiàn)為蒸發(fā)量越大，則濕度越小，兩者呈負(fù)相關(guān)變化;濕度與氣溫在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)，同樣呈負(fù)相關(guān)變化，相比于蒸發(fā)量更加顯著;而濕度與降水量無顯著性相關(guān)(表1)。

表1 氣象要素相關(guān)性分析

2.2 水資源利用情況 和田河多年平均徑流量為44.5×108m3，占整個(gè)流域徑流總量的58%。因?yàn)楸┤谒瞧鋸搅鞯闹饕a(bǔ)給來源，所以徑流量年內(nèi)分配極不均勻，6～8月徑流量占年徑流量的76.0%左右，為豐水期，而3～5月僅占7.8%左右，為枯水期［10］。目前，和田河流域工業(yè)生活用水占總用水的10%，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，和田地區(qū)城鎮(zhèn)化速度加快，城鎮(zhèn)生活用水量從1980年的1.78×108m3增至2000年的7.40×108m3;人均用水量從1980年的130 L/(人·d)升至2000年的212 L/(人·d)，平均年增長(zhǎng)率為7.38%;工業(yè)用水量從1980年3.71×108m3增至2000年的8.76×108m3，平均年增長(zhǎng)率為4.35%。目前，流域?qū)Φ乇硭Y源的利用已超過其承載能力，流域發(fā)展正面臨地表水資源短缺的問題。

由圖4可知，和田河流域?qū)Φ乇硭囊昧窟_(dá)到24.6×108m3/a，下泄水量為21.1 ×108m3，其中有 10.5 ×108m3水量補(bǔ)給塔里木河，其余部分補(bǔ)充地下水源。和田河流域地下水可開采量為8.952×108m3，但開采利用量不到1×108m3，可開采量占地下水總補(bǔ)給量的60%。近年來上游山區(qū)氣候變化(氣溫升高造成蒸發(fā)量增加)以及人類活動(dòng)(上游山區(qū)水庫(kù)截流蓄水)的影響，致使和田河上游來水呈現(xiàn)逐年遞減趨勢(shì)，加上灌區(qū)渠系防滲系數(shù)有所提高，造成和田地區(qū)地下水補(bǔ)給量有所減少(圖4)。盡管如此，和田河流域地下水位仍然偏高，說明和田地區(qū)地下水資源開發(fā)潛力巨大。

通過對(duì)和田地區(qū)近30年來引水量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析(圖5)，發(fā)現(xiàn)和田地區(qū)多年引水量呈波狀變化規(guī)律，多年平均值穩(wěn)定在20×108m3以上。對(duì)于地下水資源的開采利用，2～6月為流域地下水開采高峰期，地下水埋深逐漸增加(圖6)，這主要是因?yàn)槔錾矫}的積雪在春季(3～5月)尚未大面積融化，造成和田河得不到充分補(bǔ)給，而此時(shí)正是春耕開始的時(shí)候，缺水與灌溉的矛盾十分突出，這一時(shí)期主要依靠地下水進(jìn)行農(nóng)田灌溉，7月份以后，流域灌溉開始轉(zhuǎn)向以利用地表水為主，地表水入滲量增加，8月份以后流域耕種結(jié)束，地下水開采量減少，受這些影響地下水埋深開始逐漸變小(圖6)。綜上所述，春旱缺水與水資源時(shí)空分布不均是制約該流域發(fā)展的嚴(yán)重問題。

2.3 土地利用情況 由表2可知，和田河流域各類土地利用類型面積在1990～2010年期間發(fā)生了較大變化，變化最大的是林地和草地，其次是未利用地和耕地，城鄉(xiāng)建設(shè)用地和水域變化不明顯。耕地、林地和城鄉(xiāng)建設(shè)用地呈增加趨勢(shì)，其余皆呈減少趨勢(shì)。其中，耕地面積凈增加了43.98 km2，林地面積凈增加了254.12 km2，草地面積凈減少了224.8 km2，水域面積在年際間有一定的變化，但基本上是處于一種正常的波動(dòng)狀態(tài)。

表2 1990～2010年各類土地利用面積 km2

草地和林地對(duì)于干旱地區(qū)的生態(tài)環(huán)境有明顯的調(diào)節(jié)作用，只有讓他們?cè)诳臻g分布上有足夠的比例和穩(wěn)定性，才能發(fā)揮其應(yīng)有的抵御土壤鹽漬化、荒漠化功能。然而，在近幾年的和田河流域地區(qū)土地利用面積調(diào)查研究中發(fā)現(xiàn)，和田河流域的林地和草地面積變化最為顯著，林地增長(zhǎng)近25.87%，而草地減少了1.85%，約224.8 km2，林地和草地?zé)o論在面積上還是在空間上都表現(xiàn)出極大的不穩(wěn)定性，這對(duì)于和田地區(qū)抵御土地荒漠化、鹽漬化非常不利。

3 生態(tài)環(huán)境效應(yīng)分析

由于和田河流域本身屬于暖溫帶大陸性干燥沙漠氣候，常年降水稀少，蒸發(fā)量大，植被覆蓋率低，加上近幾年隨著人口快速增長(zhǎng)，城鎮(zhèn)化發(fā)展加快，使當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境問題越來越突出，嚴(yán)重制約了和田河流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

3.1 流域水資源短缺 和田河流域水資源短缺問題主要可以分為人為與自然兩方面原因。

3.1.1 人為因素。隨著城市化進(jìn)程加快，和田地區(qū)城鎮(zhèn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)生活用水量逐年增加;農(nóng)業(yè)灌溉制度落后，灌溉類型為完全灌溉型，大部分采用大水漫灌，滴灌節(jié)水技術(shù)應(yīng)用較少;水利設(shè)施老化，渠系和水庫(kù)防滲技術(shù)水平不高，造成水資源輸送滲漏損失量大;水資源開發(fā)利用規(guī)劃不合理，水資源利用效率偏低。

3.1.2 自然因素。和田河流域本身氣候干旱少雨，年際降水量?jī)H為5.4～89.6 mm，而年際蒸發(fā)量卻達(dá)到2 159～3 137 mm。該流域干旱指數(shù)為47.2，再加上區(qū)域氣候變暖，蒸發(fā)量逐年升高，直接增大了地表水資源損失量，致使水資源更加緊缺。和田河流域水資源時(shí)空分布不均勻，春季水資源供需矛盾突出。主要是因?yàn)樗畮?kù)河道來水量在年內(nèi)變化大，洪枯差距較大，徑流量年內(nèi)分配極不均勻，春季(3～5月)水量?jī)H占全年徑流量的7.8%，而灌溉用水占全年的24.5%，缺水與灌溉矛盾突出。

3.2 土地荒漠化嚴(yán)重 和田河流域綠洲荒漠過渡帶的土地荒漠化過程既不是單獨(dú)進(jìn)行，也并非簡(jiǎn)單的疊加，而是通過一系列效應(yīng)相互激發(fā)，由自然和人為因素共同決定。其中人為因素占主導(dǎo)地位，正如和田地區(qū)綠洲周邊的荒漠植被持續(xù)遭到人為破壞，耕地、林地和城鄉(xiāng)建設(shè)用地呈增加趨勢(shì)，其余皆呈減少趨勢(shì)，其中耕地面積凈增加了43.98 km2，林地面積凈增加了254.12 km2，草地面積凈減少了 224.80 km2，又由于流動(dòng)沙丘與農(nóng)田直接瀕臨，給綠洲邊緣農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)與人民生活帶來直接危害。其次是自然因素，和田綠洲荒漠過渡帶的土地荒漠化動(dòng)力因素主要以風(fēng)沙活動(dòng)為主。由圖7可知，區(qū)域大風(fēng)期主要集中出現(xiàn)在4月中旬至5月中旬，平均大風(fēng)天數(shù)11.5 d。1950年以來，流域綠洲附近沙化面積達(dá)到2.8×104hm2，其中耕地沙化5 960 hm2。據(jù)測(cè)算，近30年來，和田地區(qū)共有2萬hm2農(nóng)田被流沙吞沒，土地和草場(chǎng)沙化面積達(dá) 3 ×104hm2［12］。

土地沙漠化的類型有兩類，一類是在砂質(zhì)地表疊加干旱多風(fēng)和強(qiáng)度土地利用造成的沙質(zhì)荒漠化;另一類是在流水疊加土狀堆積物和人為強(qiáng)度利用形成的土地荒漠化［13］。由于和田河流域氣候條件干燥，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，加上流域灌溉排水系統(tǒng)建設(shè)不夠完善，缺乏合理的灌溉制度，出現(xiàn)大水漫灌、洪水期超引搶灌、日灌夜退與渠道滲漏等現(xiàn)象，導(dǎo)致流域地下水位迅速上升，土壤中蓄積的鹽分也隨之垂直向上運(yùn)動(dòng)，造成大面積耕地在強(qiáng)烈蒸發(fā)作用下容易在地表積鹽，產(chǎn)生次生鹽漬化。同時(shí)，在全球變暖的大背景下，流域蒸發(fā)量逐年增加，加劇了流域的土壤鹽漬化問題。目前，流域土壤鹽漬化面積已超過840 km2，其中耕地發(fā)生鹽漬化多達(dá)350 km2，占耕地總面積的近22%。綜上所述，土壤鹽漬化問題破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境平衡，是造成流域土地荒漠化的主要原因之一［14］。

4 結(jié)論與建議

和田河流域?qū)儆谂瘻貛Т箨懶愿稍锷衬畾夂?，年際蒸發(fā)量大、降水少。在全球氣候變化的大背景下，流域氣候逐年向暖濕方向轉(zhuǎn)變。在水資源開發(fā)方面，由于近年來區(qū)域氣候變化和人類活動(dòng)的綜合影響，和田河上游來水存在逐年遞減趨勢(shì)，加上流域灌區(qū)渠系防滲水平有所提高，造成區(qū)域地下水補(bǔ)給量減少，盡管如此，區(qū)域地下水位仍然偏高，由此造成的土地次生鹽漬化現(xiàn)象普遍存在。在土地利用方面，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，耕地及城鎮(zhèn)建設(shè)用地增加，草地減少?？傮w看來，林地和草地?zé)o論在面積上還是在空間上都表現(xiàn)出極大的不穩(wěn)定性。綜上所述，土地荒漠化、鹽漬化和水資源短缺是困擾和田地區(qū)發(fā)展的主要問題。從發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)、修建水利工程、加強(qiáng)植被保護(hù)、完善信息管理機(jī)制以及合理計(jì)劃人口增長(zhǎng)5個(gè)方面提出解決措施:

(1)和田河流域水資源時(shí)空分布不均，氣候條件干燥，水資源短缺是長(zhǎng)期困擾該流域發(fā)展的瓶頸。因此，因地制宜發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)是促進(jìn)和田地區(qū)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的重要措施。所以，對(duì)該區(qū)的農(nóng)田灌溉必須實(shí)施全面防滲改造或改用管道輸水，并采用先進(jìn)的小畦灌、細(xì)流灌、膜上灌、滴灌、噴灌等節(jié)水措施，同時(shí)種植需水量較小的作物，實(shí)現(xiàn)既省水高產(chǎn)，又能與生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化結(jié)構(gòu)。

(2)和田河流域普遍存在工程老化問題。目前急待解決的是渠道的改建、防滲、田間工程的配套等問題。重視在上游有利地形修建山區(qū)水庫(kù)，解決春旱用水問題。加強(qiáng)平原水庫(kù)的除險(xiǎn)加固，恢復(fù)平原水庫(kù)的功能效益。在利用地下水時(shí)，應(yīng)采取群井開采水源地與分散開采地下水相結(jié)合的方式。在不產(chǎn)生鹽漬化、沙漠化的前提下，并能同時(shí)滿足農(nóng)業(yè)、生態(tài)用水的需求，將地下水位埋深維持在2～4 m較合適。

(3)和田河流域被沙漠包圍，氣候干旱，降雨稀少，這導(dǎo)致了該河流域一直受到沙漠化的威脅。為此一定要加強(qiáng)自然荒漠植被的培育和保護(hù)工作，建立強(qiáng)大的防風(fēng)固沙體系;調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，提高大風(fēng)季節(jié)的農(nóng)田覆蓋率;因地制宜有步驟地實(shí)行退耕還林還草工程。

(4)完善和田河流域水土資源信息管理機(jī)制。在遙感、通訊、信息等多媒體技術(shù)飛速發(fā)展的今天，依托高校及各科研院所的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，建立和田河流域水土資源管理系統(tǒng)，將該流域的災(zāi)害預(yù)警、資源規(guī)劃、水文管理等納入一個(gè)統(tǒng)籌的網(wǎng)絡(luò)中。

(5)上世紀(jì)中期以來，和田河流域人口激增，人口給自然環(huán)境帶來了巨大壓力。結(jié)合和田地區(qū)的實(shí)際情況，科學(xué)合理地推行計(jì)劃生育，提高人口素質(zhì)，是促進(jìn)和田地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的必然措施。

［1］IPCC.Summary for policy makers of climate change 2007:the physical science basis.contribution of working group I to the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change［M］.Cambridge:Cambridge University Press，2007.

［2］KAPPELL M，MARGRET M I，VUUREN V，et al.Effects of climate change on Biodiversity.A review and identification of key research issues［J］.Biodiversity and Conservation，1999，8:1383 －1397.

［3］吉磊，何新林，劉兵，等.近50a瑪納斯河流域上游氣候變化的分析［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2014，31(12):21 －27.

［4］夏軍，劉春蓁，任國(guó)玉.氣候變化對(duì)我國(guó)水資源影響研究面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，2011，26(1):1 －12.

［5］劉志輝，謝永琴，穆建軍，等.和田河流域水資源與生態(tài)環(huán)境變化及其對(duì)策研究［J］.干旱區(qū)地理，1999，22(3):51 －55.

［6］陳忠升，陳亞寧，李衛(wèi)紅，等.和田河流域土地利用變化及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)分析［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2009，23(3):50 －53.

［7］鄭仰奇.和田河流域水資源保護(hù)規(guī)劃研究［D］.西安:西安理工大學(xué)，2005.

［8］馮思，黃云，許有鵬.全球變暖對(duì)新疆水循環(huán)影響分析［J］.冰川凍土，2006，28(4):500 －505.

［9］施雅風(fēng)，沈永平，李棟梁，等.中國(guó)西北氣候由暖干向暖濕轉(zhuǎn)型的特征和趨勢(shì)探討［J］.第四紀(jì)研究，2003，23(2):152 －164.

［10］李寶慶，李麗娟.水資源開發(fā)與環(huán)境［M］.北京:科學(xué)出版社，1990.

［11］竇燕，陳曦，包安明.近40年和田河流域土地利用動(dòng)態(tài)變化及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)［J］.干旱區(qū)地理，2008，31(3):449 －454.

［12］申元村，汪久文，伍光和，等.中國(guó)綠洲［M］.開封:河南大學(xué)出版社，2001.

［13］朱震達(dá).中國(guó)的沙漠化及其防治［M］.北京:科學(xué)技術(shù)出版社，1989.

［14］阿布都熱合曼，哈力克，克力木江.新疆和田河水資源利用與綠色走廊生態(tài)建設(shè)研究［J］.地域研究與開發(fā)，2006，25(2):111 －114.