新疆渭干河流域水土資源分析

摘要：運用遙感手段對新疆渭干河流域的土地利用時空變化進行了研究，同時分析了渭干河流域土地利用變化對水資源的影響以及水資源對農業生產的影響。結果表明，對水土的平衡考慮不夠，且急于求成，造成盲目開荒。用水管理部門和農戶缺乏對水資源信息（來水量和來水時間）的了解，使得農戶在灌溉時超計劃灌水。監測手段落后，不能有效監測土地類型的變化。干旱半干旱地區生態環境的維持和演化直接受制于綠洲可用水資源量，一定量的水資源只能維持相應規模的綠洲。

關鍵詞：渭干河流域；水資源；土地資源；水土平衡

中圖分類號：TU94+1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）11-2532-04

我國人口眾多，可利用的土地資源相對而言并不豐富，加之在我國建立社會主義公有制以后的30多年時間里，放松了土地管理工作，以致造成土地的數量不清、質量不明、權屬紊亂的局面。這種狀況不能適應國家經濟建設的需要，直接影響著各項工作的正確決策。統計資料數據是制定水土資源開發政策的重要依據，由于我國實行的是村和農、林、牧、居民點以及工礦、部隊等單位逐級匯總的統計制度，在各方利益的驅使下會出現統計數據的不真實性等問題，這對干旱區有限的水資源與土地資源的平衡提出了諸多問題，如塔里木河流域水土資源開發中所出現的流域環境問題與傳統的統計分析是密不可分的。過去土地利用數據獲取的主要技術方法為航空攝影測量技術，土地利用動態監測一般依靠人工野外調查發現變化信息，運用測量方法進行變化信息的空間測量。與傳統監測方法相比，遙感監測技術手段和計算機具有速度快、精度高、范圍廣，并且能為國土資源管理工作提供基于事實影像、可精確測量、可作為基礎信息的土地利用動態監測結果，是對土地利用的動態變化進行全面系統地反映和分析的科學方法。

土地利用現狀調查是指為查清現狀用地的數量及其分布而進行的土地資源調查。隨著經濟的快速發展，干旱區土地利用結構發生了明顯的變化，森林、草地、濕地、水域等面積逐漸減少，農耕面積不斷擴大，農業用水需求增大，水資源幾乎被農業用盡，導致河流斷流與干枯，致使生態環境惡化。因此，如何詳細、快速地發現土地利用的變化并獲得變化信息，科學有效地掌握土地信息和管理土地資源，進行遙感動態監測是十分必要的。遙感動態監測是快速提取地表信息的最有效手段，被廣泛應用于各行各業，在農業、林業、地質、海洋、氣象、水文、軍事、環保等領域中發揮了巨大作用。遙感技術的特點是可獲取大范圍數據資料，獲取信息的速度快、周期短。獲取信息的手段多、信息量大，獲取信息受條件限制少。本研究運用遙感監測手段對渭干河流域的土地利用時空變化進行分析，在此基礎上驗證傳統的統計方法和統計數據的真實性，為國家計劃、水利、統計、土地管理部門提供詳細準確的基礎資料數據。

1 材料與方法

1.1 自然概況

渭干河位于新疆維吾爾自治區的南部， 北起秋里塔格山，南接塔里木河北岸，東鄰輪臺縣，西與溫宿縣接壤。由木扎提河、喀普斯浪河、喀拉蘇河、克孜勒河4條支流匯流而成，全長172 km。流域內有新和縣、庫車縣和沙雅縣的大部分土地，流域面積3.79萬km2，地勢西北高東南低，坡度為1/400-1/4 000之間[1]，經勞動人民數千年的農業生產勞動，逐步形成了渭干河灌區和灌區綠洲經濟。綠洲農業完全依賴于灌溉，沒有灌溉就沒有農業，解放前沒有完整的灌溉排水系統，灌溉設施也十分簡陋。解放后，在灌區各族人民的努力下，對灌區進行了大規模的改造，形成了當前的灌溉排水系統較完善的灌區規模。種植業（棉花、小麥、玉米）是灌區綠洲經濟的主導產業，尤其是棉花生產占種植業的90%左右。

1.2 農業生產狀況

渭干河灌區內有庫車縣、新和縣和沙雅縣的30個鄉鎮。人口從1949年的17.6萬人增加到了2008年的60萬人，其中農業人口占總人口的91%，達到了54.6萬人[2]。主要產業是農業，農作物以棉花、小麥、玉米等為主。灌溉面積由1949年的6萬hm2擴大到了2010年的20萬hm2。表1[3-5]為渭干河流域各縣作物播種面積與灌溉需水量。

1.3 水源及水利設施

渭干河灌區的地表水資源主要來源于天山山脈的冰雪融水和降雨。主要由木扎提河、喀普斯浪河、喀拉蘇河和克孜勒河4條河流在黑孜爾匯流形成一條長172 km的渭干河。河流貫穿于渭干河流域中央，因為冰雪融水是主要水源，流量受季節影響較大，徑流的年內分配不均。夏季（6～9月）徑流量占全年徑流量的65%以上，由于徑流量的年內季節變化較大，特別是春季播種期徑流量較少，不能滿足春季播種期的需水量。為解決春季灌溉供需矛盾，于1980-1992年間在渭干河上游修建了蓄水量為6.4億m3 的黑孜爾水庫。而在黑孜爾水庫下游出山口修建了一座龍口分水閘，根據3個縣的用水協議（1918年），庫車縣、新和縣和沙雅縣分別得到流量的39.5%、28.0%、32.5%。灌區內渠道分總干渠、干渠、支渠、斗渠、農渠，90%為未做防滲措施的土渠，滲漏損失嚴重，總干渠到農田的水利用系數為0.4[6]。

2 結果與分析

2.1 耕地統計面積

土地利用與自然環境、社會、經濟環境等密切相關，其中，社會、經濟因子是土地利用變化最重要的驅動力之一。圖1是根據統計資料繪制的渭干河流域1950-2011年的耕地面積變化圖，從圖上可以看出其耕地面積從1950年的8.35萬hm2擴大到了2010年的16.11萬hm2，60年間增加了7.76萬hm2。因輪耕技術的廢棄和復播技術的提高使得灌溉面積顯著增加，灌溉面積從1950年的5.5萬hm2增加到了2010年的21萬hm2，增加了近3倍[7]。

2.2 耕地監測面積

土地利用變化數據的獲取與更新是土地監測工作的重要內容，如果依靠常規方法不但不能獲取土地利用變化的數量和性質，成圖周期長，精度不高誤差大，而且難以主動發現土地利用變化信息。如果依靠遙感影像處理與識別技術，可以主動快速地發現和提取變化信息，從而達到對耕地面積以及建設用地等土地利用變化情況進行及時、直接、客觀地定期監測。本研究利用遙感土地利用分類方法與變化監測等技術，采用ENVI技術路線對渭干河流域1972、1992、2010年的TM影像進行影像融合、波段比值計算、主成分分析、監督分類等分類出了森林、草地、荒漠、鹽漬地、農田、水域等6大類信息數據。遙感信息是地表各種地理要素的真實反映，能清晰地反映出各種土地利用類型的特征與分布。在土地利用動態監測中，遙感圖像處理是保證監測精度的前提。其中土地利用分類方法與變化監測技術是評價監測方法準確性的重要依據。本研究分類時借助GPS測量手段進行數據疊加，結合GIS中的空間疊加分析與統計方法，通過影像提取分析獲得了圖2所示的渭干河流域1972、1992、2010年的土地利用變化信息數據。

表2為分析得出的不同時期渭干河流域的耕地面積變化情況。1972年的耕地面積是11.11萬hm2，1992年的耕地面積是24.21萬hm2，2010年耕地面積擴大到了41.97萬hm2。從這些數據可以看出，耕地面積在成倍地增長。監測面積和同期統計數據相比有很大的出入。

2.3 水土平衡

灌溉方法還是沿襲古老的大水漫灌方法，灌溉效率比較低。1990年以后為了提高灌溉效率把大田改為小田，但是因灌溉管理等原因相鄰農田間挖埂串灌現象較嚴重，灌溉效率較低。渭干河的年平均徑流量為22.8億m3， 渠道90%為未做防滲措施的土渠，滲漏損失嚴重，總干渠到農田的有效利用系數為0.4，計算得到的輸水量為9.12億m3，根據表1需水量為9.52億m3，還有0.40億m3的需水量不能滿足。渭干河的水全部用到了灌溉農業上，嚴重影響了流域的生態環境。

為了了解農戶的灌溉用水情況，2009-2010年對沙雅縣努爾巴克鄉一農戶進行了農田計劃灌水量、實際灌水量情況的調查（表3）。從表3中可以看出，2009年由于水量少和灌溉管理等原因實際上灌溉了3次，3次的灌水量為840 mm，比5次的計劃灌水量超了300 mm； 2010年由于水量少和灌溉管理等原因實際上灌溉了2次，2次的灌水量為692 mm，比5次的計劃灌水量超了152 mm。

從表3中可以看出，計劃灌水量和實際灌水量有很大的出入，這是因為：第一，灌區仍然用落后的大田大水漫灌方式進行挖埂串灌；第二，灌溉時農戶盡可能地讓水在田里浸泡，目的是讓農田吃透水，這不能簡單地認為是無知的表現，而是農戶得不到對水資源的信息，甚至水利局和水管站的工作人員都不知道下次灌溉的時間和來水量，在這種情況下會出現農戶讓農田吃透水的現象；第三，一個村有兩名專門負責灌溉的水管員，因村里灌溉面積大，而且是日夜灌溉，對兩名水管員來講勞動強度非常大，所以會出現挖埂串灌等現象。

3 小結與討論

人類對自然資源特別是對水土資源的不合理利用，加劇了脆弱生態環境的演變過程，影響了干旱地區的生態安全。對干旱區而言，生態環境比較脆弱，加上多年的人類活動，主要是不合理的水土資源開發影響了生態環境。究其原因有以下幾種基本情況：①由于統計資料的不真實性等，不能準確掌握耕地面積，對水土的平衡考慮不夠，而且急于求成，造成盲目開荒。②人口增長過快引發對耕地面積的需求擴大，同時引起對灌溉水量的需求增長，由此呈現出農田灌溉用水不足的現象，這種現象造成流域人口、耕地與水資源承載力相互關系的失調。③在經濟利益驅使下向土地掠奪，促使農業不斷擴張，近些年來，內地流入渭干河流域淘金的人群成為新的拓荒者，他們采取合股、獨資等形式，購置、租用大批推土機等機械駛進渭干河流域，致使渭干河流域原始胡楊林和天然植被大面積遭受人為破壞。④因用水管理部門和農戶缺乏對水資源信息（來水量和來水時間）的了解，使得農戶在灌溉時超計劃灌水。⑤農村地區增加農民收入的方法之一是擴大耕地面積來實現農民增收，它和別的方式相比風險小見效快。⑥因農村地區土地管理部門技術人員少，監測手段落后，不能有效地監測土地類型的變化。

干旱半干旱地區過多的耕地面積只能把有限的水資源用在灌溉農業上，甚至連農業用水都無法保證，由于灌溉水量和灌溉次數的減少，嚴重影響著農業生產。干旱半干旱地區生態環境的維持和演化直接受制于綠洲可用水資源量，一定量的水資源只能維持相應規模的綠洲。一旦耕地面積超過水源供應量，綠洲的系統平衡就會被打破，引起綠洲生態系統的退化。因此，準確地掌握土地利用數據（耕地數據）是解決干旱半干旱地區水土資源平衡問題的關鍵。

參考文獻：

[1] 新疆維吾爾自治區統計局.新疆統計年鑒2010[M].北京：中國統計出版社，2010.83-85.

[2] 庫車縣志編纂委員會.庫車縣志[M]. 烏魯木齊：新疆大學出版社，1991.90-91.

[3] 沙雅縣史志編纂委員會·沙雅縣志[M].烏魯木齊：新疆人民出版社，1995.91-92.

[4] 新和縣地方志編纂委員會·新和縣志[M].烏魯木齊：新疆人民出版社，1997.71-73.

[5] 滿蘇爾·沙比提，阿布拉江·蘇來曼，玉素甫江·如素力.渭干河灌區水資源利用研究[J].干旱區資源與環境，2005，19（5）：83-88.

[6] 安小敏，張宏科，高建偉，等.2009年度新疆渭干河灌區農業用水供需矛盾突出的成因分析及對策[J].水利建設與管理，2010（3）：64-65，67.

[7] 張雄文.渭干河流域徑流變化特征分析[J].人民黃河，2008， 30（11）：36-37，39.