李少華, 尹書樂(lè), 王學(xué)全, 崔向慧, 高 琪

(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 荒漠化研究所, 北京 100093； 2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 生態(tài)環(huán)境學(xué)院 ，呼和浩特 010019)

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中國(guó)西北戈壁地區(qū)12條河流水文水質(zhì)調(diào)查

李少華1, 尹書樂(lè)1, 王學(xué)全1, 崔向慧1, 高 琪2

(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 荒漠化研究所, 北京 100093； 2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 生態(tài)環(huán)境學(xué)院 ，呼和浩特 010019)

2014年9月對(duì)我國(guó)塔里木盆地南緣與柴達(dá)木盆地戈壁地區(qū)的12條典型河流進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，通過(guò)野外采集水樣、測(cè)定流速、室內(nèi)查閱資料和化驗(yàn)分析，獲得了研究區(qū)河流的最新水文水質(zhì)資料。結(jié)果表明：(1) 戈壁地區(qū)修建的水庫(kù)和防滲渠道，對(duì)河流正常發(fā)展產(chǎn)生了不利影響；(2) 水樣中的F-含量均超過(guò)1 mg/L，不能滿足人們直接飲用的要求，F(xiàn)-與Ca2+含量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系；(3) 水樣中陽(yáng)離子濃度大小關(guān)系為Ca2+>Na+>Mg2+>K+，水化學(xué)類型總體上為氯化物·硫酸鹽·碳酸氫鹽/鈉質(zhì)·鈣質(zhì)水；(4) 水樣的TDS變化范圍在718.3～8 254.1 mg/L，含量普遍偏高，水樣pH變化范圍在7.44～8.07，表現(xiàn)為弱堿性。

戈壁; 水文調(diào)查; 防滲渠道; 水化學(xué)

戈壁是指在干旱區(qū)或極端干旱區(qū)因受到長(zhǎng)期強(qiáng)烈風(fēng)蝕或物理風(fēng)化的作用，而廣泛分布在地勢(shì)開闊的地帶，并且地表覆蓋礫石的荒漠景觀[1]。戈壁在我國(guó)西北地區(qū)分布較廣，主要位于新疆的東部、河西走廊、準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地和柴達(dá)木盆地等區(qū)域[2]。戈壁地區(qū)的河流多為內(nèi)陸河，依靠冰雪融水、山區(qū)降水或地下水泄出補(bǔ)給，具有年徑流量小和流程短的特征[3]，它們流經(jīng)沙漠、戈壁等荒漠地區(qū)，最終消失在沙漠中或在末端形成尾閭湖泊[4]。戈壁地區(qū)的河流是綠洲存在的基礎(chǔ)，水資源是制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和影響生態(tài)環(huán)境安全的主導(dǎo)因子，河流的流量和水質(zhì)狀況將決定著綠洲乃至整個(gè)流域生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)[5]。隨著西部大開發(fā)和新農(nóng)村建設(shè)的有序推進(jìn)，我國(guó)戈壁綠洲內(nèi)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)得到迅速發(fā)展，同時(shí)綠洲內(nèi)人口也迅速增加[6]，河流受到人為干擾的因素不斷增多，導(dǎo)致原本就脆弱的戈壁地區(qū)河流面臨著新的挑戰(zhàn)。為了摸清我國(guó)西北戈壁地區(qū)河流的現(xiàn)狀及水質(zhì)情況，于2014年9月對(duì)塔里木盆地南緣和柴達(dá)木盆地戈壁地區(qū)的12條河流進(jìn)行水文調(diào)查，通過(guò)野外采集水樣、室內(nèi)查閱資料[7-9]和進(jìn)行水質(zhì)分析，獲得了河流同期最新的水文水質(zhì)資料，以期能為我國(guó)戈壁區(qū)河流的利用管理和進(jìn)一步研究提供數(shù)據(jù)支持。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于我國(guó)塔里木盆地南緣和柴達(dá)木盆地，地理坐標(biāo)范圍在35°54′—40°38′N，79°54′—96°39′E，北部為塔克拉瑪干沙漠和河西走廊，南部為青藏高原。該區(qū)域深居大陸內(nèi)部，四周高山環(huán)繞，海拔915～4 350 m，降水集中在山區(qū)，盆地內(nèi)具有氣候干燥，降水量少，年均降水量不足300 mm[10]，且蒸發(fā)量大的特點(diǎn)，年均蒸發(fā)量超過(guò)2 000 mm[11]，是我國(guó)生態(tài)環(huán)境最脆弱的地區(qū)之一[12-13]；但礦產(chǎn)資源豐富，如石油、天然氣和鹽礦分布廣泛。本次調(diào)查的河流全為內(nèi)陸河流，主要依靠昆侖山、阿爾金山和祁連山的冰雪融化補(bǔ)給或山區(qū)降水補(bǔ)給，河流出山口以上為徑流形成區(qū)，地形陡峭，地表基巖透水性差，產(chǎn)流和匯流能力較強(qiáng)；山前戈壁為徑流消散區(qū)，地形平緩，河道寬闊，多為寬淺型砂質(zhì)河床，河床滲透能力較強(qiáng)，河流最終因蒸發(fā)滲漏而消失于沙漠中或形成尾閭鹽湖。

1.2研究方法及數(shù)據(jù)來(lái)源

在綜合考慮地理位置、水文站點(diǎn)分布等因素的基礎(chǔ)上，確定本次調(diào)查的12條河流。在野外主要進(jìn)行垂直梯度調(diào)查取樣和使用LS45A型旋杯式流速儀測(cè)定流速。將采集的水樣經(jīng)密封后運(yùn)回北京，在國(guó)家林業(yè)局森林生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行化驗(yàn)分析，運(yùn)用電感耦合等離子體光譜儀(ICP)進(jìn)行陽(yáng)離子檢測(cè)；未酸化處理的樣品用來(lái)檢測(cè)陰離子，用離子色譜儀(IC)測(cè)定；pH用玻璃電極法測(cè)定；礦化度用重量法測(cè)定。

數(shù)據(jù)來(lái)源于室內(nèi)查閱資料、野外實(shí)測(cè)和在Google Earth上量取，共獲得了河流長(zhǎng)度L、防滲渠道長(zhǎng)度L1、河流彎曲系數(shù)ψ、河道縱比降J、山區(qū)集水面積F、瞬時(shí)流量Q1和多年年均徑流量Q等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 19.0和Aq·QA 1.1等軟件完成。

2　結(jié)果與分析

2.1河流特征及水文現(xiàn)狀分析

本次調(diào)查的12條河流基本特征如表1所示，它們分屬柴達(dá)木內(nèi)流區(qū)和塔里木內(nèi)流區(qū)，除塔塔陵河發(fā)源于祁連山山脈和紅柳溝發(fā)源于阿爾金山外，其余均發(fā)源于昆侖山山脈。通過(guò)野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，河流在徑流形成區(qū)均保持天然河道的狀態(tài)，在徑流消散區(qū)受到不同程度的人類活動(dòng)影響，主要表現(xiàn)為出山口處建有水庫(kù)和河流下游防滲渠道的修建。

塔塔陵河、鐵木里克河保持天然狀態(tài)，在出山口處潛入戈壁地下，在河流下游以濕地形式冒出地表，匯成多條河道，形成大片濕地草原，最終分別注入小柴旦湖和尕斯庫(kù)勒湖。紅柳溝溝道兩側(cè)形成帶狀紅柳和蘆葦濕地，主要靠地下水補(bǔ)給，在出山后不遠(yuǎn)處因蒸散和滲漏而消失在戈壁灘。車爾臣河、策勒河和玉龍喀什河在流入綠洲前保持天然河道狀態(tài)，但在各綠洲內(nèi)修建了完善的防滲渠道，形成了干支斗農(nóng)灌溉系統(tǒng)，以保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活對(duì)水資源的需求。

諾木洪河、五龍溝、大格勒河、米蘭河、尼雅河和達(dá)木溝受到人類活動(dòng)的影響較為明顯，均從出山口建有人工防滲渠道，把河道裁彎取直，將水直接引到下游綠洲中。修建防滲渠道造成河流形態(tài)的規(guī)則化，降低河道形態(tài)的多樣性，違背了河流彎曲型正常發(fā)展規(guī)律；這6條河流的平均彎曲系數(shù)為1.39，其余6條河流的平均河流彎曲系數(shù)為2.12。另外在出山口處修建水庫(kù)，因水庫(kù)削減洪峰流量和滯洪的作用，使河流的水文節(jié)律受到不可逆的影響，河流徑流量的年內(nèi)分配發(fā)生變化，集中分布在農(nóng)作物的灌溉期；以諾木洪河為例，9月初諾木洪農(nóng)場(chǎng)正值最后一次灌溉，為保證枸杞產(chǎn)量和質(zhì)量，水庫(kù)增加泄水量，在下游109國(guó)道南50 m處實(shí)測(cè)瞬時(shí)流量為13.4 m3/s，比2010年同期沒(méi)建水庫(kù)時(shí)增加8.16 m3/s。

本次調(diào)查的河流因地處西北干旱區(qū)，河流補(bǔ)給方式主要為山區(qū)降水、冰雪融化及地下水側(cè)滲補(bǔ)給，故河流的年徑流量與集水面積大小沒(méi)有直接關(guān)系。因此，雖然車爾臣河的集水面積最大，但玉龍喀什河的多年年均徑流量最大。

2.2河水水化學(xué)主要離子組成

表1　調(diào)查河流特征表

表2　水樣中主要離子濃度　mg/L

為研究區(qū)域內(nèi)河水的水化學(xué)性狀，通過(guò)測(cè)定水體硬度、電導(dǎo)率、pH值和TDS，進(jìn)而計(jì)算出水化學(xué)類型和鹽濃度危險(xiǎn)系數(shù)的高低，最終摸清了不同水體的化學(xué)組成特征，如表3中所示。

表3　河流水樣的水化學(xué)特征

3　討 論

3.1河流水質(zhì)的影響因素分析

河流的水質(zhì)受到自然因素和人為因素的雙重作用，人為因素主要為在山區(qū)修建水庫(kù)、中下游修建防滲渠道和綠洲內(nèi)生產(chǎn)、生活用水的排放。修建水庫(kù)可以使大壩上游河水從急流轉(zhuǎn)成靜水，導(dǎo)致水的流動(dòng)性大幅降低，對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生不容忽視的影響[14]；防滲渠道使河流不再接受礦物質(zhì)補(bǔ)充，對(duì)河水中的礦化度和離子含量產(chǎn)生影響；綠洲內(nèi)耕地的洗鹽排堿措施，造成排鹽水重新匯入河流下游，導(dǎo)致水的礦化度增加[15]，進(jìn)而影響地表河流的水質(zhì)。

3.2修建防滲渠道對(duì)綠洲可持續(xù)發(fā)展的影響

可持續(xù)發(fā)展是戈壁地區(qū)綠洲發(fā)展的終極目標(biāo)，應(yīng)該在促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)滿足生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[20]。西北戈壁地區(qū)河流下游修建防滲渠道是一項(xiàng)重要的水利工程，可以有效地緩解水資源緊缺的現(xiàn)狀，促進(jìn)綠洲內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。但隨著防滲渠道的修建，河道基本不發(fā)生側(cè)滲，河岸植被開始出現(xiàn)由沿河道帶狀生長(zhǎng)轉(zhuǎn)為帶狀死亡的現(xiàn)象，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化。戈壁綠洲地處典型的內(nèi)陸干旱區(qū)，氣候干燥，綠洲外部的環(huán)境十分惡劣，屬于干旱和風(fēng)沙危害嚴(yán)重的區(qū)域，為典型的生態(tài)脆弱區(qū)。眾所周知，水是威脅綠洲生存安全的主導(dǎo)因子，由于近幾年綠洲在引水量增加的同時(shí)，灌溉面積也迅速擴(kuò)大，然而卻繼續(xù)采用落后的灌溉方式，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水量不斷增加，在作物灌溉期存在“能引多少就用多少”的現(xiàn)象。因此，目前實(shí)施的“山區(qū)水庫(kù)-防滲渠道”工程是否能夠更好地促進(jìn)戈壁綠洲實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展值得進(jìn)一步研究。

4　結(jié)論與建議

本次調(diào)查的水樣中，陽(yáng)離子濃度滿足Ca2+>Na+>Mg2+>K+的關(guān)系；水化學(xué)類型總體上為氯化物·硫酸鹽·碳酸鹽/鈉質(zhì)·鈣質(zhì)水；F-與Ca2+濃度含量呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系；F-濃度含量均超過(guò)1 mg/L，因此為了綠洲內(nèi)人們的飲水安全，應(yīng)該建立集中式飲用水水源保護(hù)區(qū)，以保證喝到健康的水。

河流的水質(zhì)狀況的不僅受到蒸發(fā)強(qiáng)、降水少和可溶性巖石溶解等自然因素的影響，還受到綠洲內(nèi)耕地灌溉排鹽、修建水庫(kù)和防滲渠道等人為因素影響。人類活動(dòng)的干擾對(duì)戈壁地區(qū)河流正常發(fā)展和水文規(guī)律產(chǎn)生了不容忽視的影響。因此，戈壁綠洲區(qū)應(yīng)該在嚴(yán)格限制增加耕地面積的基礎(chǔ)上，改進(jìn)灌溉方式，控制農(nóng)業(yè)用水量，合理分配“三水”，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)我國(guó)西北干旱區(qū)綠洲的可持續(xù)發(fā)展。

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Survey on Hydrology and Water Quality in the Gobi Desert Region of Northwestern China

LI Shaohua1, YIN Shule1, WANG Xuequan1, CUI Xianghui1, GAO Qi2

(1.Institute of Desertification Studies, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100093, China;2.CollegeofEcologyandEnvironmentalScience,InnerMongoliaAgricultureUniversity,Hohhot010019,China)

gobi; hydro-graphic survey; impermeable channel; water chemistry

2015-03-09

2015-04-09

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201404304-03);國(guó)家“十二五”科技支撐課題(2012BAD16B0105)

李少華(1992—),男,河南濮陽(yáng)市人,在讀碩士,主要從事干旱區(qū)水文水資源研究。E-mail:2227401357@qq.com

王學(xué)全(1965—),男,內(nèi)蒙古呼和浩特市人,博士,研究員,主要從事干旱區(qū)水文水資源及荒漠化防治方面的研究。E-mail:wxq@caf.ac.cn

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1005-3409(2016)02-0148-04