且末綠洲適宜規模研究

鄭淑丹，阿布都熱合曼·哈力克，2

（1.新疆大學 資源與環境科學學院 綠洲生態教育部重點實驗室，烏魯木齊 830046；2.中國礦業大學 環境與測繪學院，江蘇 徐州 221008）

且末綠洲適宜規模研究

鄭淑丹1，阿布都熱合曼·哈力克1，2

（1.新疆大學 資源與環境科學學院 綠洲生態教育部重點實驗室，烏魯木齊 830046；2.中國礦業大學 環境與測繪學院，江蘇 徐州 221008）

干旱區平原綠洲，應以水為中心確定綠洲規模，防止水資源不足情況下土地過度開發造成的荒漠化和沙漠化。應用基于生態水熱平衡的適宜綠洲規模數學模型，對且末綠洲現狀年的綠洲適宜發展規模進行了研究。結果表明：（1）且末綠洲穩定性指數為0.535 8，綠洲處于亞穩定狀態，生態系統呈開始退化趨勢，綠洲需要較高的投入才能保持穩定。（2）且末綠洲適宜規模為609.22～812.29km2，且末綠洲適宜耕地面積為92.66～123.55km2。通過資料可知，且末綠洲現有規模為992.16km2，超出適宜規模0.2～0.6倍；現有耕地面積為150.88km2，也超出了適宜耕地面積的0.2～0.6倍。從生態可持續角度出發，綠洲面積不宜再擴大。

且末綠洲；水熱平衡法；適宜規模

現代經濟意義的綠洲是指荒漠中自然形成或通過人工灌溉形成的農牧業發達的地方。在自然狀態下，綠洲與荒漠處在一種競爭平衡狀態［1］。綠洲是干旱區特殊的景觀類型，是干旱區的精華所在［2］。在西北干旱區，山地－荒漠－綠洲構成了一個完整的生態系統，綠洲景觀生態系統為水資源調配區與消耗區，處于中心位置，不論是荒漠的開發還是山區資源的利用，均是以綠洲作為支撐點，并最終服務于綠洲［3］。適宜綠洲就是要通過科學途徑確定綠洲的適宜規模，即綠洲規模或綠洲適宜面積［4］。

20世紀80年代后期至90年代初期，關于綠洲規模的研究嚴格意義上還不算適宜規模研究，其主要是探討綠洲規模（耕地面積）與水資源等影響因素之間的關系。

式中：y——綠洲規模（耕地面積）；a——特殊影響因子；b1，b2，…，bn——綠洲規模y對x1，x2，…，xn各綠洲面積影響因素的依賴程度，即x1，x2，…，xn對綠洲規模y的貢獻大小；x1，x2，…，xn——綠洲面積（耕地面積）影響因素，但其基本確定了“以水定綠洲”的理念，為后來適宜規模研究提供了基礎。

綠洲規模的大小主要取決于可利用的水資源量及其利用水平。國內不少學者對此進行了大量的研究，韓德麟［5］認為干旱區每養育1hm2綠洲所需水量為5 415m3，鄧永新［6］等建立了綠洲規模回歸預測模型。湯奇成［7］利用塔里木盆地綠洲與河川徑流之間的關系，建立了耕地面積與水資源總量之間的回歸方程。姜德華［8］等建立了灌溉面積與引水量的定量關系。陳昌毓［9］分析了綠洲的穩定性，計算了河西走廊各流域綠洲生態需水定額、適宜面積和綠洲農田適宜面積。李小明［10］等在對塔南綠洲多年研究的基礎上，提出了“適度綠洲”的概念，王忠靜［11］等人通過對比綠洲景觀及預期相應的水熱平衡關系，提出現代經濟意義下綠洲穩定性及其開發利用方向的綠洲綠色指數和計算方法，用以快速診斷綠洲宏觀水資源開發利用問題，設計綠洲適宜的發展規模，對于分析干旱內陸河流域綠洲適宜規模較為合適。本文擬采用王忠靜［11］等人的研究成果對且末綠洲的適宜發展規模進行研究，為當地決策者在區域規劃、生態建設、農業發展以及水土資源開發等方面提供科學參考。

1 且末綠洲概況

且末綠洲所在的且末縣位于塔里木盆地東南緣、昆侖山北麓，東與若羌縣交界，西與和田地區的民豐縣相鄰，南屏阿爾金山與西藏接壤，北部伸入塔克拉瑪干沙漠與沙雅縣、尉犁縣相望。且末綠洲位于車爾臣河沖積三角洲地帶，整個綠洲呈狹長的沿水系分布的條帶狀，東西長320km，南北寬450km。介于東經83°25′－87°30′，北緯35°40′－40°10′之間。全縣總面積14.025萬km2，是全國面積第二大縣，但綠洲面積僅占全縣面積的4.3%［12］。

且末縣地處歐亞大陸腹地，南有青藏高原及昆侖山橫臥，暖濕空氣不易流入，北有天山阻斷，水汽來源很少，受浩瀚沙漠影響，從而形成暖溫帶大陸性干旱氣候。這里光照充足，熱量豐富，全年太陽總輻射量為499.1kJ/cm2；氣溫晝夜差別比較大，日較差最大可達24℃；無霜期較短，平均無霜期為165d；降水極少，平均降水量為18.6mm，年蒸發量高達2 506.9 mm，為降水量的130～140倍，干燥度為33；春夏季多大風、風沙天氣，7級以上的大風日有10d左右。

且末縣境內的河流均發源于昆侖山和阿爾金山北麓。水源主要來自冰雪融水、山區降水和地下泉水等。主要有8條山溪性河流，年總徑流量16.5億m3，地下水補給13.91億m3，其中車爾臣河水量最多，多年平均徑流量5.6億m3，占全區總徑流量的33.3%，是且末綠洲工農業生產中利用最多的一條河流，其他河流處于未開發狀態。水是綠洲最主要的資源，水的分布決定了綠洲范圍，而水量的多少和水資源的開發利用決定了綠洲的現狀發展及動態變化［13］。

且末縣是一個以農業經濟為主體的綠洲灌溉農業縣，縣轄1個鎮、11個鄉（3個牧業鄉）、1個良種場、2個國營牧場、2個農業綜合開發區。且末綠洲是全縣主要的人類活動及農業活動場所，是政治、文化、經濟和交通的中心。該縣自然資源豐富，光照條件很好，有利于綠洲實現以效益為中心的綠色生態農業可持續發展［14］。

新疆水資源的空間分布不均衡是一種普遍情況，且末縣也不例外。且末綠洲位于世界上第二大沙漠塔克拉瑪干沙漠的東北部，該綠洲周圍被荒地和沙漠環繞；再加上且末綠洲是個隔離于周圍綠洲的典型的孤獨綠洲，這樣的特殊環境形成了該綠洲獨特的水文特征，生態脆弱，氣候極端干旱，降水稀少，蒸發劇烈，決定了且末綠洲規模與該地區社會經濟發展跟水資源有密切聯系的特點，即水資源是該地區的開發和社會經濟發展的決定因素。

2 適宜綠洲規模研究

20世紀90年代后，適宜綠洲規模的定義出現，兩個具有代表性的適宜綠洲規模模型也被突出，一個是水量平衡模型，另一個是水熱平衡模型，并被應用于實例研究。1990年陳昌毓首次提出了適宜綠洲規模的水量平衡模型，在確定單位面積綠洲和耕地生態需水量的基礎上，采用水量平衡法對河西走廊石羊河、黑河和疏勒河三流域的14個縣市適宜綠洲規模和適宜耕地面積進行了計算。適宜綠洲規模模型基本上也在這個時期被提出。

進入21世紀后，有關綠洲規模的研究不斷深入，方興未艾。王忠靜等提出了適宜綠洲規模的水熱平衡模型，根據生態的水熱平衡原理，建立了評價綠洲水熱平衡的指標，提出了適宜綠洲規模的水熱平衡計算公式，并將其應用于河西走廊的石羊河、黑河和疏勒河流域。隨后，郭銘和李新以河西走廊酒泉綠洲為研究對象，采用水量平衡法計算酒泉綠洲1986年和2000年適宜綠洲規模和適宜耕地面積，并在此基礎上套用了綠洲規模的安全系數。黃領梅在考慮生態和環境要求的基礎上利用水熱平衡法，經歷了綠洲分層結構，對塔里木河流域的和天河綠洲適宜規模和適宜灌溉面積進行了研究。陳小兵等以新疆塔里木盆地渭干河灌區為例，在考慮恢復渭干河下游荒漠植被的需要和灌區引水實際情況的基礎上，采用水量平衡法和水熱平衡法計算了灌區適宜綠洲與耕地面積。王根緒等以黑河流域額濟納綠洲為例，預測了不同供水條件下額濟納綠洲面積的動態變化，并計算出了實現綠洲不同目標情況下需要的來水量。

2.1 適宜綠洲規模研究方法

綠洲是基于荒漠背景下的“濕島”、“綠島”。確定其規模時，須采用能反映該區域特征的水熱平衡指標。王忠靜等根據生態系統的水熱平衡原理，提出評價綠洲水熱平衡的指標綠洲綠色指數（綠度）H0，并在此基礎上建立了適宜綠洲規模的水熱平衡模型。

2.1.1 水資源對綠洲穩定性的影響 水是干旱區綠洲穩定的基礎和依據，水資源的開發利用決定了綠洲的現狀發展及動態變化。有學者認為綠洲趨于穩定的規模與綠洲需水之間存在一種定量的關系，如何衡量水資源的消耗與綠洲系統的穩定，可以依照王忠靜等人根據生態的水熱平衡原理，建立的評價綠洲水熱平衡指標H0用以評價綠洲的穩定性狀況［15］。

式中：W——綠洲區年均凈客水消耗量（億m3），也即其客水消耗量，從水資源規劃意義上，是分配給綠洲的客水額度；W1——綠洲區內年均工業和人畜凈耗水量（億m3），對綠洲植被生長無貢獻，應從水熱平衡中扣除；An——現有綠洲面積（km2）；r——綠洲區內年降水量（mm）；ET0——按彭曼公式計算的參考作物蒸騰量（mm）。

H0是荒漠中綠洲區的實際水分條件與熱量條件的相對平衡分析，既從綠洲內部反映綠洲生態的進化與退化的方向或者綠洲擴張與萎縮的趨勢，也從區域總體角度反映綠洲景觀的“綠度”或穩定度，是反映水熱平衡關系的中小尺度指標。H0越大，綠洲綠色生態受水分的脅迫越小，綠洲穩定性越高，反之亦然，因此稱H0為綠色指數或綠洲穩定性指數。按照天然景觀特性將綠洲綠色指數及其相對于現代經濟意義下的綠洲穩定度劃分如表1所示。

表1 綠洲穩定度劃分

對于某一特定區域，式（1）中ET0和r即為定值，W1的變化暫不考慮，則該綠洲的穩定性就取決于客水量與綠洲規模的匹配。

2.1.2 綠洲適宜規模 由于綠洲植被并不是“參考作物”，有天然和人工的喬木、灌木、草本植被以及各種種植作物，其不受水分脅迫的騰發量與參考騰發量不同，因此，要將參考騰發量進行修正，以符合綠洲植被的實際騰發量。借鑒作物灌溉中的作物系數概念，引入植物系數Kp。這里Kp為綠洲內主要作物的綜合作物系數，包括種植作物、樹木、草地及天然植被。許多研究表明，多數種植作物最佳產量時的水分騰發量均小于其最大騰發量。因此，對于干旱區天然綠洲改造和人工綠洲建設的規劃，植物水分騰發量還應進一步修正。進一步修正從整體角度看，相當于設計整個綠洲的“綠度”維持在適宜的水平H＊0。由上述分析，適宜綠洲規模的計算公式為［15］：

式中：A——適宜綠洲面積；Kp——綠洲內主要植物的綜合植物系數，是反映植物本身生物學性狀對需水量的影響參數，可以參照各種作物系數，加權平均；H＊0——綠洲內設計的“綠度”，主要考慮綠洲周圍的自然環境、人工維護與干擾的程度和綠洲規模本身影響。自然環境惡劣，綠洲規模較小，宜采用較大值，反之亦然，為維護綠洲穩定，H＊0一般在0.75～1取值；其它符號意義同式（1）。

2.1.3 綠洲適宜灌溉耕地面積 在確定了綠洲的適宜規模基礎上，適宜灌溉耕地面積的計算可表示為［15］：

式中：Ac——適宜耕地面積（km2）；A——適宜綠洲面積；Kt——土地耕地利用系數（耕地占綠洲總面積的百分比），考慮綠洲防護林、渠系、道路及居民地等占地，不宜大于70%。

綠洲的穩定及其發展在一定程度上還取決于外圍環境狀態。一般綠洲均存在3層結構，即外圍、邊緣與內部。由于所處層次不同，綠洲的綠度與植被系數均有較大差異。如外圍灌草帶或防風固沙林帶，由于自然條件惡劣，即使在充分灌溉條件下，其綠度與穩定度也均無法與綠洲內部相一致；綠洲均依賴地表徑流澆灌，在其上游邊緣由于受山區保護，一般不需要建設防護林帶，多為戈壁或沙漠。綠洲分布之所以具有分層結構，在于其各部分植被的類型、組成、生長狀態等不同。綠洲良好的結構必須由林木、草地和農田之間的適當比例作為基本骨架。根據這一概念以及西北干旱區綠洲結構，林、草地面積宜占綠洲面積的8%～15%。

2.2 且末綠洲適宜規模分析

且末綠洲位于車爾臣河沖積三角洲地帶，整個綠洲呈狹長的沿水系分布的條帶狀。且末綠洲年均凈客水消耗量由地表水資源構成，綠洲多年引用的地表水主要來源于車爾臣河（其它河流由于水體礦化度相對比較高、水質較差、季節變化大，現階段處于未開發利用狀態）。現狀年（2009年），灌區主要從革命大渠、第二分水樞紐引水，車爾臣河且末水文站革命大渠合成斷面平水年年徑流量5.113億m3，偏枯年年徑流量4.309億m3。在現狀工程條件下，革命大渠引水樞紐、第二分水樞紐實際多年引水量在2.3億m3左右。且末縣年總儲量為21.53億m3，地表徑流量為8.258億m3，地下水量7.94億m3，車爾臣河流域平原區地下水補給量為3.6億m3，可開采量1.1億m3，開采潛力較大，主要是在縣城和少數鄉村打井供人畜飲用，少量用于灌溉，目前地下水年僅開采491.28萬m3。灌區內雖引水量很大，但多數通過灌溉、渠道和田間下滲到地下，灌區實際凈耗水量不多，其凈消耗水資源W為3.270 8億m3；綠洲內工業化水平很低，年均工業和人畜凈耗水量W1為426.021 8萬m3；地下水開采程度低，僅用于工業和人畜用水，實際沒有參與水熱平衡；由遙感圖像可知，綠洲現有面積是992.16km2；年均降雨量r為18.6mm；該區作物的蒸騰量ET0為642mm。

根據以上數據，將其帶入式（1）計算的綠洲水熱平衡的指標H0只有0.535 8，其值在0.5～0.75之間，可見生態系統呈開始退化趨勢，目前保持其穩定和生態景觀全依賴于車爾臣河流域水資源的灌溉。且末綠洲內部主要種植小麥、玉米等作物，其植被系數取0.85，綠洲設計“綠度”取0.75～1，由式（2）可得且末綠洲適宜面積為609.220～812.294km2。通過遙感資料可知，且末綠洲現有綠洲面積為992.16 km2，稍大于綠洲適宜面積。通過且末綠洲現有耕地面積與現有綠洲面積的百分比，可將且末綠洲的土地耕地利用系數定為0.152 1，由式（3）計算出且末綠洲內部適宜灌溉的耕地面積為92.662～123.55km2。通過統計年鑒可知，且末綠洲現有耕地面積為150.887 3km2，也稍大于適宜耕地面積。

3 結論

（1）綠洲趨于穩定的規模與綠洲需水之間存在一種定量的關系，這種關系可以利用綠洲綠色指數或綠洲穩定性指數，簡稱“綠度”H0來表示。H0越大，綠洲綠色生態受水分的脅迫越小，綠洲穩定性越高，反之亦然。根據王忠靜等人提出的水熱平衡原理，計算的且末綠洲綠度為0.535 8，根據表1可看出其值在0.5～0.75范圍內，屬于亞穩定狀態，可見生態系統呈開始退化趨勢，綠洲需要較高的投入才能保持穩定。

（2）干旱區平原綠洲，應以水為中心確定綠洲規模，防止水資源不足情況下土地過度開發造成的荒漠化和沙漠化。現狀年常規灌溉條件下由水熱平衡數學模型計算出且末綠洲適宜規模為609.220～812.294 km2，且末綠洲適宜耕地面積為92.662～123.55 km2。通過資料可知，且末綠洲現有規模為992.16 km2，超出適宜規模0.2～0.6倍，超出了水資源的承載力。現有耕地面積為150.887 3km2，也超出了適宜耕地面積的0.2～0.6倍。

4 建議

隨著流域經濟的發展尤其是農牧業的快速發展以及人口的不斷增加，當地水資源將會面臨更大的壓力，從生態可持續角度出發，為維持較高水平的綠洲穩定性，綠洲面積不宜再擴大。因而，需要對綠洲進行適當調整，調整農牧林比例，在適宜地區，因地制宜地實行退耕還林還草、調整農業種植結構、改進灌溉方式、推廣高新節水技術、降低耕地灌溉定額。修建山區水庫，替代平原水庫，降低平原水庫的無效損耗。

（1）調整綠洲農業種植結構，發展節水產業。且末綠洲經濟主要以農牧業為主，在農業內部結構中糧食作物的播種面積明顯偏高，大量的勞動力、土地和水資源投入到生產周期長、附加值低的糧食作物的生產中，不僅使農業需水增加，同時極大制約了流域內經濟的發展。目前對于且末綠洲，在穩定發展種植業的同時，要充分利用本地區優勢，重點發展林果業和畜牧業，發展農副產品加工工業，逐步開發流域內豐富的礦產資源和天然氣、石油等能源資源，大力發展以旅游業為主的第三產業，同時通過引進節水作物或節水技術大力發展節水型農業。

（2）加快徑流調節工程和灌區節水工程建設。車爾臣河主要以冰雪融水補給為主，河流徑流量受季節影響較大，年內分配極不均衡，僅夏秋兩季的徑流量就占到全年徑流總量的74.7%。因此，修建一些徑流調節工程，調節水的時空分布，以確保水資源供給和農作物免受旱澇災害的影響。此外，由于缺少必要的節水設施和節水工程，灌區仍采用大水漫灌的澆灌方式，不僅造成水資源的巨大浪費，同時還產生土壤次生鹽漬化等問題。因此應加大對節水設施與工程的投資，加快節水灌溉工程的建設，合理有效地使用水資源。

（3）提高地下水資源利用率。且末平原區地下水資源較為豐富，且水質較好。車爾臣河流域地下水補給量為3.6億m3，其中可開采量為1.1億m3。但目前流域內灌區主要還是依靠車爾臣河河水進行灌溉，對地下水的利用程度很低，年提取水量僅388.06萬m3，為可開采地下水的3.5%。因此，加快地下水資源開發，增加可利用水資源總量，通過開源從一定程度上緩解水資源壓力。

［1］陳亞寧.新疆塔里木河流域生態水文問題研究［M］.北京：科學出版社，2010：345.

［2］賈寶全，任一萍，楊潔泉.綠洲景觀生態建設的理論思考［J］.干旱區資源與環境，200l，15（1）：56－63.

［3］黃嶺梅.水文要素對人類活動響應的研究：以和田流域為例［D］.西安：西安理工大學，2005.

［4］張曉偉，沈冰，張恒.民勤綠洲適宜規模研究［D］.西安：西安理工大學，2010.

［5］韓德麟.綠洲系統與綠洲地理建設［J］.干旱區地理，1992，15（增刊）：67－74.

［6］鄧永新，樊自立，韓德麟.干旱區人工綠洲規模的預測研究［J］.干旱區研究，1992，9（1）：53－58.

［7］湯奇成.塔里木盆地水資源與綠洲建設［J］.自然資源，1989（6）：28－34.

［8］姜德華，王國清.新疆庫車綠洲灌溉農業發展模式［J］.自然資源，1991（6）：27－32.

［9］陳昌毓.祁連山區水資源及其對河西走廊生態環境的影響［J］.自然資源學報，1995，10（3）：105－114.

［10］李小明，張希明.塔克拉瑪干南緣綠洲生態系統［J］.干旱區研究，1995，12（4）：10－16.

［11］王忠靜，王海峰，雷志棟.干旱內陸河區綠洲穩定性分析［J］.水利學報，2002（5）：26－30.

［12］阿布都熱合曼·哈力克，瓦哈甫·哈力克，卞正富.且末綠洲水資源與經濟社會耦合系統可持續發展的量化分析［J］.干旱區資源與環境，2010，24（4）：26－31.

［13］張鵬，徐中兵，趙振亮，等.基于模糊優選模型的區域可持續發展研究［J］.水土保持研究，2009，16（4）：186－191.

［14］杜曉梅，瓦哈甫·哈力克，于茜，等.且末綠洲系統穩定性影響因子初探［J］.農業系統科學與綜合研究，2007，23（4）：452－458.

［15］陳亞寧.新疆塔里木河流域生態水文問題研究［M］.北京：科學出版社，2010.

Study on Suitable Scale of Qiemo Oasis

ZHENG Shu－dan1，Abdirahman·HALIK1，2
（1.College of Resources and Environmental Science，Xinjiang University，Key Laboratory of Oasis Ecology，Ministry of Education，Urumqi830046，China；2.School of Environment and Spatial Informatics，China University of Mining ＆Technology，Xuzhou，Jiangsu221008，China）

Arid plain oasis scale should be identified in terms of the priority of the capacity of water supply，and desertification caused by over－exploitation of land under the situation of water shortages should be prevented in the oasis.The Qiemo oasis appropriate development scale was studied by using mathematical model for oasis scale based on ecological water and heat balance method.The main conclusion are as follows：（1）the stability index of Qiemo oasis is 0.535 8，so the oasis is in the second stable state，the ecological system starts to degenerate，so oasis requires a higher input to keep stable；（2）Qiemo oasis suitable scale is 609.22～812.29km2，suitable cultivated area in Qiemo oasis is 92.66～123.55km2.The existing scale of Qiemo oasis is 992.16km2which is beyond Qiemo oasis suitable scale 0.2～0.6times.The existing cultivated area is 150.88km2，which is also beyond suitable cultivated area 0.2～0.6times.From the view of ecological sustainability，oasis area is unfavorable to expand.

Qiemo oasis；water and heat balance method；suitable scale

F301.24

A

1005－3409（2011）06－0240－05

2011－06－15

2011－07－16

國家自然科學基金項目（41061052）；2011年度自治區高校科研計劃項目（XJEDU2011101）

鄭淑丹（1988－），女，重慶人，碩士研究生，研究方向為地圖學與地理信息系統。E－mail：shudan.zheng＠gmail.com

阿布都熱合曼·哈力克（1967－），男，（維吾爾族），新疆烏魯木齊人，副教授，研究方向為干旱區資源環境與區域可持續發展研究。E－mail：tag9710＠sina.com.cn