中國西北戈壁地區12條河流水文水質調查

李少華, 尹書樂, 王學全, 崔向慧, 高 琪

(1.中國林業科學研究院 荒漠化研究所, 北京 100093； 2.內蒙古農業大學 生態環境學院 ，呼和浩特 010019)

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中國西北戈壁地區12條河流水文水質調查

李少華1, 尹書樂1, 王學全1, 崔向慧1, 高 琪2

(1.中國林業科學研究院 荒漠化研究所, 北京 100093； 2.內蒙古農業大學 生態環境學院 ，呼和浩特 010019)

2014年9月對我國塔里木盆地南緣與柴達木盆地戈壁地區的12條典型河流進行實地調查，通過野外采集水樣、測定流速、室內查閱資料和化驗分析，獲得了研究區河流的最新水文水質資料。結果表明：(1) 戈壁地區修建的水庫和防滲渠道，對河流正常發展產生了不利影響；(2) 水樣中的F-含量均超過1 mg/L，不能滿足人們直接飲用的要求，F-與Ca2+含量呈現負相關關系；(3) 水樣中陽離子濃度大小關系為Ca2+>Na+>Mg2+>K+，水化學類型總體上為氯化物·硫酸鹽·碳酸氫鹽/鈉質·鈣質水；(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，表現為弱堿性。

戈壁; 水文調查; 防滲渠道; 水化學

戈壁是指在干旱區或極端干旱區因受到長期強烈風蝕或物理風化的作用，而廣泛分布在地勢開闊的地帶，并且地表覆蓋礫石的荒漠景觀[1]。戈壁在我國西北地區分布較廣，主要位于新疆的東部、河西走廊、準噶爾盆地、塔里木盆地和柴達木盆地等區域[2]。戈壁地區的河流多為內陸河，依靠冰雪融水、山區降水或地下水泄出補給，具有年徑流量小和流程短的特征[3]，它們流經沙漠、戈壁等荒漠地區，最終消失在沙漠中或在末端形成尾閭湖泊[4]。戈壁地區的河流是綠洲存在的基礎，水資源是制約社會經濟可持續發展和影響生態環境安全的主導因子，河流的流量和水質狀況將決定著綠洲乃至整個流域生態系統的發展趨勢[5]。隨著西部大開發和新農村建設的有序推進，我國戈壁綠洲內的社會經濟得到迅速發展，同時綠洲內人口也迅速增加[6]，河流受到人為干擾的因素不斷增多，導致原本就脆弱的戈壁地區河流面臨著新的挑戰。為了摸清我國西北戈壁地區河流的現狀及水質情況，于2014年9月對塔里木盆地南緣和柴達木盆地戈壁地區的12條河流進行水文調查，通過野外采集水樣、室內查閱資料[7-9]和進行水質分析，獲得了河流同期最新的水文水質資料，以期能為我國戈壁區河流的利用管理和進一步研究提供數據支持。

1　材料與方法

1.1研究區概況

研究區位于我國塔里木盆地南緣和柴達木盆地，地理坐標范圍在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。該區域深居大陸內部，四周高山環繞，海拔915～4 350 m，降水集中在山區，盆地內具有氣候干燥，降水量少，年均降水量不足300 mm[10]，且蒸發量大的特點，年均蒸發量超過2 000 mm[11]，是我國生態環境最脆弱的地區之一[12-13]；但礦產資源豐富，如石油、天然氣和鹽礦分布廣泛。本次調查的河流全為內陸河流，主要依靠昆侖山、阿爾金山和祁連山的冰雪融化補給或山區降水補給，河流出山口以上為徑流形成區，地形陡峭，地表基巖透水性差，產流和匯流能力較強；山前戈壁為徑流消散區，地形平緩，河道寬闊，多為寬淺型砂質河床，河床滲透能力較強，河流最終因蒸發滲漏而消失于沙漠中或形成尾閭鹽湖。

1.2研究方法及數據來源

在綜合考慮地理位置、水文站點分布等因素的基礎上，確定本次調查的12條河流。在野外主要進行垂直梯度調查取樣和使用LS45A型旋杯式流速儀測定流速。將采集的水樣經密封后運回北京，在國家林業局森林生態環境重點實驗室進行化驗分析，運用電感耦合等離子體光譜儀(ICP)進行陽離子檢測；未酸化處理的樣品用來檢測陰離子，用離子色譜儀(IC)測定；pH用玻璃電極法測定；礦化度用重量法測定。

數據來源于室內查閱資料、野外實測和在Google Earth上量取，共獲得了河流長度L、防滲渠道長度L1、河流彎曲系數ψ、河道縱比降J、山區集水面積F、瞬時流量Q1和多年年均徑流量Q等基礎數據，數據統計分析采用SPSS 19.0和Aq·QA 1.1等軟件完成。

2　結果與分析

2.1河流特征及水文現狀分析

本次調查的12條河流基本特征如表1所示，它們分屬柴達木內流區和塔里木內流區，除塔塔陵河發源于祁連山山脈和紅柳溝發源于阿爾金山外，其余均發源于昆侖山山脈。通過野外調查發現，河流在徑流形成區均保持天然河道的狀態，在徑流消散區受到不同程度的人類活動影響，主要表現為出山口處建有水庫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，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勒湖。紅柳溝溝道兩側形成帶狀紅柳和蘆葦濕地，主要靠地下水補給，在出山后不遠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，但在各綠洲內修建了完善的防滲渠道，形成了干支斗農灌溉系統，以保農業生產和居民生活對水資源的需求。

諾木洪河、五龍溝、大格勒河、米蘭河、尼雅河和達木溝受到人類活動的影響較為明顯，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的規則化，降低河道形態的多樣性，違背了河流彎曲型正常發展規律；這6條河流的平均彎曲系數為1.39，其余6條河流的平均河流彎曲系數為2.12。另外在出山口處修建水庫，因水庫削減洪峰流量和滯洪的作用，使河流的水文節律受到不可逆的影響，河流徑流量的年內分配發生變化，集中分布在農作物的灌溉期；以諾木洪河為例，9月初諾木洪農場正值最后一次灌溉，為保證枸杞產量和質量，水庫增加泄水量，在下游109國道南50 m處實測瞬時流量為13.4 m3/s，比2010年同期沒建水庫時增加8.16 m3/s。

本次調查的河流因地處西北干旱區，河流補給方式主要為山區降水、冰雪融化及地下水側滲補給，故河流的年徑流量與集水面積大小沒有直接關系。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河水水化學主要離子組成

表1　調查河流特征表

表2　水樣中主要離子濃度　mg/L

為研究區域內河水的水化學性狀，通過測定水體硬度、電導率、pH值和TDS，進而計算出水化學類型和鹽濃度危險系數的高低，最終摸清了不同水體的化學組成特征，如表3中所示。

表3　河流水樣的水化學特征

3　討 論

3.1河流水質的影響因素分析

河流的水質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修建水庫、中下游修建防滲渠道和綠洲內生產、生活用水的排放。修建水庫可以使大壩上游河水從急流轉成靜水，導致水的流動性大幅降低，對水質產生不容忽視的影響[14]；防滲渠道使河流不再接受礦物質補充，對河水中的礦化度和離子含量產生影響；綠洲內耕地的洗鹽排堿措施，造成排鹽水重新匯入河流下游，導致水的礦化度增加[15]，進而影響地表河流的水質。

3.2修建防滲渠道對綠洲可持續發展的影響

可持續發展是戈壁地區綠洲發展的終極目標，應該在促進社會進步和經濟發展的同時滿足生態環境的可持續發展[20]。西北戈壁地區河流下游修建防滲渠道是一項重要的水利工程，可以有效地緩解水資源緊缺的現狀，促進綠洲內社會經濟發展。但隨著防滲渠道的修建，河道基本不發生側滲，河岸植被開始出現由沿河道帶狀生長轉為帶狀死亡的現象，導致生態環境惡化。戈壁綠洲地處典型的內陸干旱區，氣候干燥，綠洲外部的環境十分惡劣，屬于干旱和風沙危害嚴重的區域，為典型的生態脆弱區。眾所周知，水是威脅綠洲生存安全的主導因子，由于近幾年綠洲在引水量增加的同時，灌溉面積也迅速擴大，然而卻繼續采用落后的灌溉方式，導致農業用水量不斷增加，在作物灌溉期存在“能引多少就用多少”的現象。因此，目前實施的“山區水庫-防滲渠道”工程是否能夠更好地促進戈壁綠洲實現可持續發展值得進一步研究。

4　結論與建議

本次調查的水樣中，陽離子濃度滿足Ca2+>Na+>Mg2+>K+的關系；水化學類型總體上為氯化物·硫酸鹽·碳酸鹽/鈉質·鈣質水；F-與Ca2+濃度含量呈負相關的關系；F-濃度含量均超過1 mg/L，因此為了綠洲內人們的飲水安全，應該建立集中式飲用水水源保護區，以保證喝到健康的水。

河流的水質狀況的不僅受到蒸發強、降水少和可溶性巖石溶解等自然因素的影響，還受到綠洲內耕地灌溉排鹽、修建水庫和防滲渠道等人為因素影響。人類活動的干擾對戈壁地區河流正常發展和水文規律產生了不容忽視的影響。因此，戈壁綠洲區應該在嚴格限制增加耕地面積的基礎上，改進灌溉方式，控制農業用水量，合理分配“三水”，進而實現我國西北干旱區綠洲的可持續發展。

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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

林業公益性行業科研專項(201404304-03);國家“十二五”科技支撐課題(2012BAD16B0105)

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

王學全(1965—),男,內蒙古呼和浩特市人,博士,研究員,主要從事干旱區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