王光焰 徐生武 謝志勇

(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

塔里木河流域是我國(guó)生態(tài)環(huán)境最為脆弱的地區(qū)之一[1-2]，20世紀(jì)50年代以來(lái)，由于塔里木河上中游耕地面積的快速擴(kuò)張，水資源消耗日益加劇，導(dǎo)致下游來(lái)水銳減，兩岸植被嚴(yán)重衰竭，沙漠化加劇，臺(tái)特瑪湖干涸，生態(tài)環(huán)境急劇惡化[3]。臺(tái)特瑪湖自古就是內(nèi)地通往中亞和新疆的戰(zhàn)略通道，其沙漠化演替勢(shì)必會(huì)對(duì)陸上交通安全均構(gòu)成威脅[4]。為遏制塔里木河流域生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化，協(xié)調(diào)流域水資源、實(shí)現(xiàn)流域生態(tài)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展，2001年中國(guó)政府投資107億元，對(duì)塔里木河流域進(jìn)行全面管理[5-8]。2011年塔里木河實(shí)施管理體制改革，從此源頭區(qū)子流域由塔里木流域管理局統(tǒng)一管轄，綜合治理效果得到進(jìn)一步提升。截至2018年，塔里木河流域已進(jìn)行了19次生態(tài)輸水，下流的生態(tài)水量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，更多的水匯入臺(tái)特瑪湖，流域綜合治理的成效顯著。

國(guó)內(nèi)關(guān)于塔里木河下游及臺(tái)特瑪湖的研究已取得較多成果[9-10]。如陳國(guó)亮[11]指出1972年以來(lái)臺(tái)特瑪湖干涸，塔里木河生態(tài)輸水前后，臺(tái)特瑪湖湖面年際、年內(nèi)變化較大。生態(tài)輸水工程的開(kāi)展使臺(tái)特瑪湖面積逐年遞增，兩岸植被得到恢復(fù)；王雅梅等[12]通過(guò)調(diào)查研究生態(tài)輸水前后臺(tái)特瑪湖植物的多樣性變化，發(fā)現(xiàn)生態(tài)輸水后該區(qū)域植被多樣性明顯增加。然而以上研究多集中探究了塔里木河下游生態(tài)環(huán)境對(duì)生態(tài)輸水的響應(yīng)，臺(tái)特瑪湖生態(tài)功能和生態(tài)定位尚未完全明確，且針對(duì)臺(tái)特瑪湖適宜湖面面積的研究較少。因此，本文以當(dāng)前塔里木河下游及車(chē)爾臣河水量特征為參考，基于入湖水量提出臺(tái)特瑪湖初步適宜面積，為今后塔里木河流域綜合治理提供了科學(xué)依據(jù)及重要參考。

1 研究區(qū)概況

臺(tái)特瑪湖位于若羌縣北約50km處，地處塔里木盆地東南緣，其西側(cè)為塔克拉瑪干沙漠，東側(cè)為庫(kù)魯克沙漠且東距羅布泊干涸湖盆約175km，南臨阿爾金山，是塔里木河和車(chē)爾臣河的尾閭湖，過(guò)去曾與羅布泊相通[12]。在《新疆圖志》(1911年)中，臺(tái)特瑪湖被稱為“阿不旦海子”或“黑風(fēng)海子”。從歷史上看，臺(tái)特瑪湖的主要水源來(lái)自塔里木河，車(chē)爾臣河、瓦石峽河、若羌河以及米蘭河等阿爾金山諸河水量也匯入其中，湖泊范圍最大時(shí)臺(tái)特瑪湖可循塔里木河古道東入羅布泊[13]。研究區(qū)屬干旱大陸性氣候，年均降水量25mm，年極端最大降水量118mm；年均蒸發(fā)量2920mm，最大蒸發(fā)量3368mm。區(qū)域自然植被主要以紅柳、蘆葦為主，其他植被有胡楊、梭梭和駱駝刺(見(jiàn)圖1)。

圖1 臺(tái)特瑪湖地區(qū)示意圖

2 基本數(shù)據(jù)與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

本研究利用ENVI軟件對(duì)研究區(qū)Landsat/TM數(shù)據(jù)以4、3、2三波段假彩色合成，這樣植被表現(xiàn)為紅色，積雪為白色，水體為藍(lán)色或黑色，沙漠為淺棕黃色，鹽堿地則呈現(xiàn)由清白到青灰色調(diào)。

2.2 河損的計(jì)算

基于水量平衡原理，河段耗水應(yīng)是上斷面來(lái)水與下斷面徑流的差值，即

W耗=W上-W下

(1)

式中W耗——河段耗水量,億m3；

W上——上斷面來(lái)水量,億m3；

W下——下斷面年徑流量,億m3。

根據(jù)塔里木河干流水量消耗特點(diǎn)，河段耗水主要包括國(guó)民經(jīng)濟(jì)引水、生態(tài)引水及河道自然耗散，因此有以下水量平衡公式：

W耗=W經(jīng)濟(jì)+W生態(tài)+W河損

(2)

式中W耗——河段耗水量,億m3；

W經(jīng)濟(jì)——國(guó)民經(jīng)濟(jì)引水量,億m3；

W生態(tài)——生態(tài)供水量,億m3，包括農(nóng)業(yè)引水的生態(tài)分洪和生態(tài)閘純生態(tài)引水量；

W河損——徑流在河道運(yùn)移過(guò)程中水量的自然損耗,億m3，主要包括蒸發(fā)、滲漏和漫溢。

3 結(jié)果與分析

3.1 下泄水量與湖面面積關(guān)系

塔里木河干流大西海子下泄水量是臺(tái)特瑪湖主要的水量補(bǔ)給來(lái)源，為明確臺(tái)特瑪湖適宜面積，應(yīng)首先對(duì)大西海子水庫(kù)下泄水量與湖面面積的關(guān)系進(jìn)行分析。2000年之前塔里木河下游斷流，無(wú)水注入臺(tái)特瑪湖，自2000年開(kāi)始，隨著流域綜合治理的實(shí)施，大西海子水庫(kù)開(kāi)始向下游進(jìn)行生態(tài)輸水。水量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，2000—2016年間,大西海子下泄水量為58.47億m3，平均每年下泄3.44億m3，入湖水量共3.4億m3(見(jiàn)圖2)。其中，2000—2006年間，大西海子水庫(kù)共下泄22.81億m3，年均下泄3.26億m3，但入庫(kù)水量?jī)H為0.56億m3，臺(tái)特瑪湖平均湖面面積為51.14km2，且湖面面積總體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)；2007—2009年間干流來(lái)水總體偏枯，大西海子水庫(kù)下泄水量?jī)H0.24億m3，臺(tái)特瑪湖湖面面積呈減少趨勢(shì)，2009年臺(tái)特瑪湖接近干涸；2010年以后，塔里木河干流來(lái)水總體偏豐，大西海子下泄水量達(dá)到35.41億m3，年均下泄5.06億m3，入庫(kù)水量達(dá)到2.84億m3，湖面面積平均為235.7km2(不包含2012年)。為明確大西海子水庫(kù)下泄水量、入湖水量與臺(tái)特瑪湖湖面面積的關(guān)系，利用2000—2016年相關(guān)數(shù)據(jù)，分別擬合三者關(guān)系(見(jiàn)圖3和表1)。根據(jù)圖3和表1，大西海子下泄水量與入湖水量、大西海子下泄水量與湖面面積、入湖水量與湖面面積均呈現(xiàn)出顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系，其中入湖水量與湖面面積擬合關(guān)系最好(R2=0.8166)。

圖2 2000—2016年大西海子下泄、入臺(tái)特瑪湖水量及湖面面積(含車(chē)爾臣河下游湖區(qū))變化

表1 大西海子下泄水量、入湖水量及湖面面積(含車(chē)爾臣河下游湖區(qū))擬合方程

3.2 車(chē)爾臣河入湖水量計(jì)算

根據(jù)《且末縣車(chē)爾臣河“一河一策”實(shí)施方案》，車(chē)爾臣河25%、50%和75%來(lái)水頻率下的徑流量分別為6.228億m3、5.061億m3、4.221億m3。2015年巴州政府下發(fā)的《關(guān)于印發(fā)自治州實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理制度“三條紅線”控制指標(biāo)的通知》(巴政發(fā)〔2015〕172號(hào))中明確且末縣車(chē)爾臣河流域2020年(近期規(guī)劃年)用水總量指標(biāo)為30366萬(wàn)m3。按照用水總量指標(biāo)，在滿足且末縣國(guó)民經(jīng)濟(jì)用水后，車(chē)爾臣河25%、50%及75%來(lái)水頻率下分別結(jié)余31944萬(wàn)m3、20244萬(wàn)m3及11844萬(wàn)m3。車(chē)爾臣河流域僅且末水文站有徑流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，缺失歷史入臺(tái)特馬湖的水量以及入臺(tái)特馬湖河段的河道形態(tài)、土壤、地下水等資料，因此，在計(jì)算河道水量耗散時(shí)以塔里木河下游生態(tài)輸水水量耗散資料為依據(jù)。根據(jù)“塔里木河干流(含臺(tái)特瑪湖)生態(tài)基流及最低生態(tài)水位”的研究結(jié)果，塔里木河下游生態(tài)輸水水量耗散比例約為93%，由此計(jì)算出在25%、50%、75%的來(lái)水頻率下河損水量分別約為29708萬(wàn)m3、18827萬(wàn)m3、11015萬(wàn)m3，而分別約有2236萬(wàn)m3、1417萬(wàn)m3、829萬(wàn)m3水量可進(jìn)入臺(tái)特馬湖。

3.3 臺(tái)特瑪湖湖區(qū)適宜湖面面積

臺(tái)特瑪湖湖區(qū)(包括車(chē)爾臣河下游湖區(qū)和臺(tái)特瑪湖)適宜湖面面積的計(jì)算應(yīng)以大西海子下泄水量及車(chē)爾臣河多年平均來(lái)水情況為參考，同時(shí)考慮維持臺(tái)特瑪湖湖區(qū)適宜湖面面積的可操作性，因此本文根據(jù)大西海子下泄水量及車(chē)爾臣河平枯年份的下泄水量探究了臺(tái)特瑪湖的適宜湖面面積。對(duì)于塔里木河下游，以大西海子3.5億m3下泄水量為基準(zhǔn)；對(duì)于車(chē)爾臣河主要考慮50%及75%來(lái)水頻率下的入湖水量。參考大西海子下泄水量與入湖水量的擬合關(guān)系及歷年塔里木河下游生態(tài)輸水情況，大西海子3.5億m3下泄水量條件下，入湖水量約為2530萬(wàn)m3。根據(jù)前文計(jì)算結(jié)果，在50%及75%來(lái)水頻率下，車(chē)爾臣河分別有1417萬(wàn)m3、829萬(wàn)m3水量可進(jìn)入臺(tái)特瑪湖。因此在大西海子下泄3.5億m3與車(chē)爾臣河50%、75%來(lái)水頻率下，總?cè)牒糠謩e約為4000萬(wàn)m3和3500萬(wàn)m3。參考塔里木河下游歷年生態(tài)輸水與湖面面積情況及入湖水量與湖面面積擬合公式，計(jì)算出湖面面積在168～193km2。但是，臺(tái)特瑪湖湖面年內(nèi)變異較大。2018年3—12月，湖面水面面積呈現(xiàn)從增大到減小再到增大的趨勢(shì)(見(jiàn)圖4)。水面總面積從2018年4月的612km2減小為9月的103km2，隨后增加到12月的570km2。在2018年，大西海子下泄水量7.05億m3，但在8月和9月仍低于計(jì)算的168～193km2的平均適宜湖面。因此，在臺(tái)特瑪湖，維持月均湖面面積在168～193km2即可。基于以上分析，推薦臺(tái)特瑪湖湖區(qū)的適宜湖面面積為170～200km2。

圖4 2018年3—12月臺(tái)特瑪湖湖面面積變化曲線

此外，在臺(tái)特瑪湖湖區(qū)(不含車(chē)爾臣河尾閭湖泊)，維持月均湖面面積在168～193km2。根據(jù)2018年8月12日的影像分析，臺(tái)特瑪湖湖區(qū)湖面面積166.2km2，其中，臺(tái)特瑪湖湖面81.6km2，車(chē)爾臣河尾閭湖面84.6km2。據(jù)此，在大西海子下泄3.5億m3水量下，對(duì)于168km2的臺(tái)特瑪湖湖區(qū)湖面，可推算對(duì)應(yīng)的臺(tái)特瑪湖平均湖面面積為83km2。

4 討 論

由于臺(tái)特瑪湖生態(tài)功能和生態(tài)定位尚未完全明確，因此在初步核算臺(tái)特瑪湖適宜面積時(shí)，以當(dāng)前塔里木河下游及車(chē)爾臣河水量特征為參考，基于入湖水量提出臺(tái)特瑪湖初步適宜面積。隨著塔里木河流域管理水平的提升，塔里木河下游生態(tài)輸水逐漸呈常態(tài)化，且車(chē)爾臣河也對(duì)臺(tái)特瑪湖有水量補(bǔ)給，因此在計(jì)算臺(tái)特瑪湖適宜湖面面積時(shí)，需同時(shí)考慮塔里木河干流下游及車(chē)爾臣河對(duì)臺(tái)特瑪湖的水量補(bǔ)給情況。

本文的研究結(jié)果表明：?塔里木河干流大西海子下泄水量是臺(tái)特瑪湖主要的水量補(bǔ)給來(lái)源，根據(jù)大西海子下泄水量及車(chē)爾臣河平枯年份的下泄水量對(duì)臺(tái)特瑪湖湖面的影響，維持月均湖面面積在168～193km2即可，推薦臺(tái)特瑪湖湖區(qū)(包括車(chē)爾臣河下游湖區(qū)和臺(tái)特瑪湖)的適宜湖面面積為170～200km2；?當(dāng)臺(tái)特瑪湖湖區(qū)不含車(chē)爾臣河尾閭湖泊時(shí)，臺(tái)特瑪湖湖區(qū)應(yīng)維持月均湖面面積在168～193km2，平均湖面面積為83km2。

塔里木河流域生態(tài)輸水工程對(duì)下游生態(tài)修復(fù)和尾閭湖干旱區(qū)生態(tài)脆弱性的改善起到了積極作用并具有深遠(yuǎn)影響。自塔里木河下游生態(tài)輸水以來(lái)，干涸近30年之久的臺(tái)特瑪湖重新恢復(fù)了湖面，塔克拉瑪干沙漠和庫(kù)魯克沙漠合攏得到有效阻止，塔里木河下游天然綠色走廊得到保護(hù)，這些都具有現(xiàn)實(shí)意義[13]。同時(shí)，由于綜合治理的效果，塔里木河下游地區(qū)地下水位抬升明顯，植被覆蓋度逐年增加，高效的生態(tài)輸水必將是塔里木河下游生態(tài)恢復(fù)的保障，也是維持臺(tái)特瑪湖生境質(zhì)量的重要前提[7-9]。因此建議，有必要探明臺(tái)特瑪湖適宜湖面，為合理控制塔里木河輸水提供依據(jù)，這樣既能最大限度地滿足生態(tài)恢復(fù)需求，又不至于浪費(fèi)水資源，甚至造成經(jīng)濟(jì)損失。具體措施為：以臺(tái)特瑪湖適宜湖面為目標(biāo)，在塔里木河下游通過(guò)控制生態(tài)閘，在每年的7—9月漫溢2～3次，歷時(shí)15～20天，最大漫溢時(shí)間間隔為3～5年，這樣不僅有效地保證了種子發(fā)芽和植物群落的形成，維持并提升了植物群落的生物多樣性，又能為臺(tái)特瑪湖地區(qū)生態(tài)環(huán)境持續(xù)恢復(fù)提供重要的理論依據(jù)。