黑河下游地表水资源时空特性及其生态效应

发表日期:2005-12-29 浏览人数: 作者:杨国宪 何宏谋 杨丽丰 来源:黄河网·黄河报  评论

黑河下游的生态问题已引起社会的高度重视,造成这一生态问题的“根本原因是水资源问题,特别是中游农业用水大量挤占了生态用水。”这已形成广泛共识。但在下游生态问题上,地表水资源的时、空特点如何?它又是怎样影响下游生态演变的?本文从上述问题入手,探讨其内在规律及特点,为进一步提高对黑河下游生态问题的认识,实现其稳定和可持续发展提出建议。

黑河下游生态问题

黑河从正义峡进入下游,下游额济纳绿洲是我国第二大胡杨林生长地,它与西北风向正交,是阻挡风沙进入我国内陆的第一道绿色屏障。但是随着黑河中游社会经济的发展和用水量的不断增加,进入额济纳绿洲的水量逐渐减少,致使绿洲内部发生严重的荒漠化,并已经危机到绿洲的生存,成为我国西北干旱区土地荒漠化和生态环境严重退化的典型地区。

1地表径流量减少,河道断流加剧,湖泊干涸,地下水循环遭严重破坏,水质变差。

正义峡断面自二十世纪五十年代至九十年代年均下泄水量呈总体下降趋势;下游多处泉眼和沼泽地相继消失,西居延海、东居延海先后于1961年和1992年干涸;下游三角洲地下水循环遭严重破坏,水质矿化度明显提高。

2天然林草面积大幅度减少,质量退化。

黑河下游来水绝大部分补给地下水,且行水期与植物生长季节不协调,植物生存所需水分主要依靠地下水支撑。由于来水减少,使得地下水位不断下降,土壤旱化和盐化过程加剧,导致原生植物群落内部种类组成发生变化。一些湿生、中生、轻度耐盐植物渐被旱生、盐生植物替代,天然植被退化严重,绿洲景观向荒漠化景观演变。

3土地沙漠化和沙尘暴危害加剧。

从二十世纪六十年代到八十年代,下游三角洲地区植被覆盖度小于10%的戈壁、沙漠面积增加了约462平方公里,随着土地沙漠化加剧,沙尘暴强度加大、危害加强,影响范围涉及我国西北、华北、东北、甚至华东等地区。

下游生态演变与地表水资源

1下游生态演变

黑河下游绿洲生态演变过程可大致划分为三个时期,即自然演替期、生态退化期与生态恶化期。

生态自然演替期。此时期人类干扰极小,其主要特点是,绿洲生态处于原始的自然演化状态,水、土、植被等各生态要素相互依存、相互制约、平衡发展,形成一种良性的生态体系,在时空上具有鲜明的稳定性和持久性特点。当然,这种稳定与持久是相对的。因为,从大格局上看,该绿洲是处在地理环境十分恶劣、气候极端干旱、沙漠戈壁广布的环境之中,这种大格局不仅限制了绿洲的发展空间,还给绿洲生存带来潜在的威胁。总体来说,在人为因素未过度介入本区之前,这里各种生态因素是稳定、和谐的,保持着一种良好的生态环境。

生态退化期。由于额济纳绿洲的生态环境明显优于外围地区,故吸引了人类的聚居,由此开始,绿洲便逐步发展成为以牧业为主体的自然经济圈和政治、军事、文化的中心。由此以来,人类一直对绿洲进行着毫无节制的索取,如乱砍滥伐、过度放牧、戍边屯田等,自二十世纪六十年代,绿洲开始明显退化。目前,虽然遏制了绿洲内大面积的农业开发,但人口的倍增,城镇的兴起,生产的发展以及国防建设的加强等,都在大量的消耗着水资源,水资源不足已成为绿洲面临的严峻问题。

生态恶化期。绿洲全面衰退,约始于二十世纪八十年代。此时地表水补给严重不足,绿洲植被主要依靠地下水维持生机,这一历史性转折从根本上改变了绿洲各生态要素间的原始依存关系,给绿洲植被的生存与繁衍带来严重危机。由于地面植被对地下水的消耗长期大于补给,绿洲地下水的动态失去平衡,储量逐年减少,水位持续下降,这一状况再反作用于地面植被,往复循环,形成相互危害、两败俱伤的局面。二十世纪八十年代以来,下游三角洲地区覆盖度大于70%的林灌草甸草地减少了约78%,覆盖度小于30%的荒漠草地和戈壁、沙漠面积却增加了68%,绿洲生态恶化不可避免地发生了。绿洲地表水、地下水、地面植被诸生态要素的恶化,还导致绿洲其它相关因子的恶化。植物种类由过去的200多种减至30多种;沙尘暴发生频率高、强度大;居延海原为一个很大的湖泊,后因水源减少而分为西居延海与东居延海,它们对于维护额济纳绿洲生态平衡具有重要意义,现已全部干涸。

2下游地表水资源特点

(1)正义峡下泄水的时间特性

正义峡断面自二十世纪五十年代以来下泄水量呈总体下降的特点,正义峡断面下泄水的年内分布也朝不合理方向发展。自二十世纪五十年代以来,植物生长需水关键期的4月至6月下泄水量呈下降趋势,九十年代下降尤为严重,其值不足六十年代的四分之一,不及平均值的三分之一;汛期及其它时段水量下降也较为明显;冬四月水量变化较为平稳。二十世纪六十年代年均下泄水10.65亿立方米的情况下,植物生长需水关键期来水占12%,为1.29亿立方米;汛期、冬四月和其它时段分别占30%、36%、22%。九十年代年均下泄水仅为7.61亿立方米的情况下,植物需水关键期来水也只占4%,为0.3亿立方米;汛期、冬四月和其它时段分别占34%、45%、17%。这充分说明了正义峡下泄水量年内分布的不合理性,九十年代的情况已极为严重,下游绿洲生态状况恶化已属情理之中。

(2)正义峡下泄水的空间特性

正义峡下泄水的空间分布可从纵向(沿河道方向分配)、侧向(河道两侧及河床渗漏)和垂向(河道、水库及地下水蒸发)来分析。纵向有鼎新、东风场和额济纳三个用户,按国务院黑河干流水量分配方案要求,正义峡下泄水量多年平均9.5亿立方米时,鼎新年毛引水量0.9亿立方米,东风场年毛引水量0.6亿立方米,再扣除侧向和垂向消耗,正义峡来水进入狼心山断面,滋润额济纳绿洲。据有关研究成果,正义峡至狼心山176公里河道侧向、垂向消耗水共计约2.66亿立方米。

正义峡下泄水的生态效应

就干旱区而言,评价生态状况、预测生态演变的重要因子主要有降雨量、河川径流量、地下水位、植被面积及其覆盖度等。有关研究成果表明,自二十世纪五十年代以来,黑河流域降雨量、蒸发量、气温等水文气象情况并无明显的波动;下游河川径流量、地下水位、绿洲植被的变化如上所述,从中不难看出正义峡下泄水与下游生态之间存在着密切关系。

从下泄水的时间特性看,首先,可以认为下泄水量的减小过程也是下游生态由自然演替到退化再到恶化的演变过程。1987年和1994年两年情况的比较,从某种程度上说明了正义峡下泄水的生态效应,前者年下泄水量为9.71亿立方米,后者为7.02亿立方米,减少2.69亿立方米,下游绿洲植被总面积则由7901.15平方公里演变为7439平方公里,减少462.15平方公里,其中R(植被盖度)>70%的植被面积减少1926.75平方公里,30%<R<70%植被面积减少795平方公里,而10%<R<30%的植被面积却增加2247.5平方公里;尽管前一年(1993年)的来水量为10.42亿立方米比1987年还多0.71亿立方米,植被退化趋势也未因此而得到遏制。这说明水量减少生态就会退化,且生态一旦退化,不是一、两年充足补水就能得到恢复的。其次,正义峡下泄水年内分布的不合理,对下游生态退化来说无疑是雪上加霜。若能加大4月至6月份植物关键需水期的下泄水量,改善这种不合理的布局,下游植被生长状况将会得到明显改观;另外,每年4月至6月,黑河下游盛行西北风,河道过流,可以减轻由于断流而使其变成沙源的严重程度,从而促进下游生态状况的改善。因此,基于改善生态和可持续发展,应进行河道输水时机分析。我们认为,在正义峡水库兴建后。应:充分考虑汛期洪水输水效率高的特点及时向下游输水,减少输水损失,增加进入额济纳绿洲的水量;最大可能地发挥正义峡水库的调节作用,优化水库出库流量过程,缩短下游河道连续断流时间,改善生态环境;适当兼顾下游额济纳绿洲植被生长关键期需水要求。

从下泄水的空间特性看,纵向分布格局是不宜改变的,鼎新、东风场都是重要的用户,都应得到合理满足,而额济纳绿洲是下游生态的重中之重。垂向蒸发的改善,将有助于下游生态的改善。因此,应采取措施提高输水效率、减少湖泊和水库的表面蒸发,以增加输入额济纳绿洲的水量。侧向渗漏的处理应采取慎重态度,尽管侧向渗漏会减少进入额济纳绿洲的地表水量,但其对下游绿洲地下水的补给和维持作用不容忽视。由于河水时空分布的不均匀性,地下水一直是额济纳绿洲主要的供水水源。地下水具有动态稳定、供水时间长、受季节影响小等特点,这些优势在额济纳绿洲显的尤为突出,因此对侧向渗漏,不宜采取简单封堵。

远离河道的退化绿洲和荒漠绿洲的稳定全靠地下水,地下水的稳定对黑河下游生态状况而言也是至关重要的。地下水的补给可以是不分季节的,因此,在下泄水总量不足的情况下,汛期、冬四月及其它时段的下泄水也不宜随意拦截,否则,会给下游的地下水循环带来更大的不稳定,从而加剧生态恶化。这一问题在水资源及生态工程规划中应予以充分考虑。

结论及建议

1黑河下游地表水资源与下游生态有直接关系,前者的多寡和好坏直接影响后者的稳定与存亡。

2黑河下游绿洲生态演变大致分为自然演替期、生态退化期和生态恶化期。生态的退化始于人类对水资源的过度开发和下游湖泊、泉水的锐减与消失;生态的恶化始于地表水的锐减和地下水循环遭到严重破坏。

3正义峡下泄水在空间的垂向、纵向、侧向上特性不同。基于生态效应考虑,垂向的格局应尽可能的采取工程措施予以改善;纵向格局不宜变动;侧向格局的变化应予以充分论证、慎重考虑;。

4基于黑河下游生态稳定和可持续发展,正义峡下泄水的年内分布极不合理性,应予以改善。在正义峡水库兴建后。应:充分考虑汛期洪水输水效率高的特点及时向下游输水;优化水库出库流量过程,缩短下游河道连续断流时间。下游植被生长关键需水期的水量所占比例太小,应予以增加;同时,考虑下游绿洲与地下水的特殊关系,在对其它时段下泄水量调整时,应充分论证其对地下水循环的影响。

作者单位:黄河勘测规划设计有限公司;杨国宪:高级工程师,主要从事水资源规划及研究。

稿件来源: 黄河网·黄河报

[责任编辑:net_studio]

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