塔里木河流域干旱區地下水生態調節與監測預警分析

王建宏

（新疆維吾爾自治區塔里木河流域干流管理局）

1 研究區域概況

塔里木河是我國最大的內陸河，河水極其不穩定。塔里木河流域位于新疆南部地處歐亞大陸腹地，是迄今為止是世界上最大的內陸河流域，也是我國典型的干旱荒漠區。塔里木河流域位于天山山脈與昆侖山脈中間，東西長約1 100 km，南北寬約600 km，“四源一干”流域面積23.62萬km2，包含國外面積在內塔里木河總流域共102.70萬km2。塔里木河干流長度1 321 km，總長2 437 km。塔里木河流域平原地下水總量182 億m3，“四源一干”流域地下水總量147.40 億m3。塔里木河流域水資源分區地下水資源量見表1。

表1 塔里木河流域地下水資源情況表（億k3）

塔里木河干流共設置48個監測井（8個斷面），實時監測地下水流動態及水位變化情況，文章為研究塔里木河流域干旱區地下水生態調節與監測預警情況，在塔里木河干流上游（阿拉爾、新渠滿）、中游（英巴扎）、下游（恰拉、阿拉干）選擇31 個監測井共5個監測斷面對塔里木河干流的地下水情況進行監測。

2 塔里木河流域干旱區地下水和生態環境響應關系

流域干旱區地下水和生態環境關系密切，由于地下水資源的存在，具有較好的調蓄能力，能夠在不同時期發揮良好的調節作用。在枯水期，降雨量較少，地表水資源較少，這時適當增加地下水資源的開采，從而有效彌補地表水資源的不足，有效補充地表用水。在豐水期，降雨量較多，地表水資源較為豐富，地表水進行微循環向地層深處滲透從而有效補充地下水，這個時期的地下水開采較少，地下水位逐漸上升。地下水資源的開采及儲存，符合生態平衡規律，可以進行有效的生態調節。在地下水開采及存儲時，地下水水位會發生明顯變化，水位的變化將會對地表植物生長產生直接影響，所以流域內地下水資源和生態環境呈現出響應關系。

2.1 地下水和生態環境主要關系

研究發現流域干旱區地下水水位及水質優劣對流域干旱區植被的生長、土地沙漠化治理有重要關系。本研究根據塔里木河流域的地質及生態環境特點，對地下水生態調節情況進行深入研究，主要研究內容包括：地下水和土壤濕度之間的關系；地下水和怪柳、胡楊、草甸植被等植物生長發育的關系；地下水埋深和土壤沙漠化之間的關系。依據鄧銘江、陳亞寧等專家對塔里木河流域相關的研究成果，對上述研究內容進行實地分析研究，表明地下水和生態環境呈現如下響應關系。

地下水和土壤濕度之間的關系，塔里木河流域干旱區植物主要依靠地下水生存，地下水的供給主要依靠毛管壓力作用使水分保持在土壤孔隙中以供植物生長發育。當地下水埋深在4 m位置時，這時的土壤含水量可以達到17%，地層毛管水持水量可以達到70.80%，這時地下水埋深較高，土壤濕度較大，是適宜植物生存；當地下水埋深在4.50～6.50 m 范圍時，這時的土壤含水量在12.90%～10.70%之間，毛管壓力不夠，毛管水在土壤孔隙中含水量較少，植物水分吸收量較少，導致植物生長發育不良；當地下水埋深在7m以下位置時，這時的土壤含水量僅為9.80%，地層沒有毛管水，植物嚴重缺水，無法生長。

地下水和怪柳生長發育關系，對塔里木河流域干旱區怪柳的生長環境進行調查發現，當地下水埋深在3 m 位置以內時，有43%的怪柳可以生長；當地下水埋深在5 m 位置以內時，有83.40%的怪柳可以生長，綜合分析之后確定，地下水埋深5 m為怪柳種群生長的脅迫深度。

地下水和胡楊生長發育關系，對塔里木河流域干旱區胡楊的生長環境進行調查發現，當地下水埋深在4.50 m 位置以內時，胡楊生長最快，樹徑每年可生長0.59～0.57 cm；當地下水埋深在4.50～6.00 m 范圍時，胡楊生長較慢，樹徑每年可生長0.24～0.14 cm；當地下水埋深在6 m 以下位置時，胡楊基本停止生長，樹徑每年生長量約0.08 cm。

地下水和草甸植被生長發育關系，對塔里木河流域干旱區草甸植被的生長環境進行調查發現，隨著地下水埋深增加，草甸植被的生長越來越慢，當地下水埋深在3.50 m以下位置時，草甸植被停止生長，綜合分析發現，草甸植被的根系較短，當地下水埋深較深時，土壤縫隙中含水量較少，草甸植物吸收困難，生產力也逐漸下降，所以地下水埋深3.50 m為草甸植物種群生長的脅迫深度。

地下水埋深和土壤沙漠化之間的關系，未沙漠化土壤的地下水埋深在3.40～4.30 m范圍時，土壤每年的潛在沙漠化程度為4.14～4.61 m，土壤每年輕度沙漠化程度為5.56～6.14 m，土壤每年中重度沙漠化程度為6.73～7.47 m，土壤每年極度沙漠化程度為7.61～8.13 m。

2.2 流域干旱區的合理生態水位

對地下水、土壤含水量、植物生長、土壤沙漠化等進行定量關系研究，將塔里木河流域干旱區地下水分為五種類型水位。①地下水埋深在1 m以內或季節性的地表積水為沼澤化水位，這個時期土壤處于長期漬水階段，地表土壤形成灰藍色潛育層，處于還原狀態，土壤植物生長會受到較大影響，同時水資源蒸散耗水量較大。②地下水埋深在1.00～2.00 m 范圍內為鹽漬化水位，地下水通過毛管壓力作用使水分保持在土壤孔隙中，增加土壤濕度，植物有較好的生長環境，這個時期雖然土壤不會沙漠化，由于光照作用，地表水分蒸發導致土壤中鹽含量增加，土壤容易發生鹽漬化，植物生長也會受到嚴重影響，同時潛水層水分蒸發量較大，造成一定水資源浪費。③地下水埋深在2.00～4.00 m范圍內為適宜地下水位，這個水位形成的毛管水可以滿足各種植物的生長需求，同時潛水層的水分蒸發較少，植物吸收利用率較高，幾乎不會發生鹽漬化，土壤沙漠化程度也比較低。④地下水埋深在4.00～6.00 m 范圍內為警戒地下水位，這時毛管水發生斷裂，地表潛水層水分停止蒸發，上部土壤發生干裂，根系較淺植物無法生長，喬灌木等根系較深植物可以緩慢吸收深處地下水，可以耐受度過干旱期，但這些喬灌木植物生長幾乎停滯，呈現出長勢不良現象，同時土壤存在較高是沙漠化危險。⑤當地下水埋深在8 m 以下位置為沙漠化地下水位，土壤剖面干燥，植物生長困難，導致植物大面積干枯死亡，地面逐漸裸露、風化，土壤呈現荒漠化。

綜合上述研究，依據塔里木河流域干旱區地下水及植物生長生態特點，將地下水埋深在2.00～4.00 m范圍內為合理生態水位，并以此為標準對地下水資源進行調控。

3 地下水埋深和生態監測預警

塔里木河流域干旱區地下水的埋深將對生態環境造成之間影響，該研究在塔里木河干流上游（阿拉爾、新渠滿）、中游（英巴扎）、下游（恰拉、阿拉干）選擇31個監測井共5個監測斷面對塔里木河干流的地下水情況進行實時監測。阿拉爾、新渠滿、英巴扎、恰拉、阿拉干等斷面的地下水埋深變化圖見圖1～圖5。

從上述數據可以看出上游（阿拉爾、新渠滿）地下水埋深最低時最早出現在7月份，8月份時到達峰值，中下游（英巴扎、恰拉、阿拉干）地下水埋深最低時最早出現在8-9月份，10月份時到達峰值。分析阿拉爾斷面、英巴扎斷面地下水埋深變化，根據塔里木河流域干旱區的合理生態水位2.00～4.00界定值，可以判斷阿拉爾斷面及英巴扎斷面屬于地下水較豐富的優良生態環境區域。分析新渠滿斷面地下水埋深變化，可以看出新渠滿的地下水位較高（＜2.00 m），特別在降雨量較多的7-9月份，易形成沼澤化水位及鹽漬化水位，對植物生長會產生不利影響，因此需要一定的水資源管控，可形成良好生態環境區域。分析恰拉斷面地下水埋深變化，上半年由于出現故障意外沒有試驗分析數據，分析后半年數據發現，恰拉斷面地下水埋深接近警戒地下水位（4.00～6.00 m），但植物可以生長，屬于良好生態環境區域。分析阿拉干斷面地下水埋深變化，發現其地下水埋深較深，處于沙漠化地下水位（＞8 m），土壤剖面干裂，土壤僅有薄膜水，植物無法吸收，呈現出大面積干枯，地面逐漸裸露，出現荒漠景觀，對此情況需要進行人工治理干預，以保護生態環境。

圖1 阿拉爾斷面地下水埋深變化圖

圖2 新渠滿斷面地下水埋深變化圖

圖3 英巴扎斷面地下水埋深變化圖

圖4 恰拉斷面地下水埋深變化圖

4 結語

文章通過對塔里木河流域干旱區地下水進行監測，得出以下結論及建議：塔里木河干流中上游為良好生態環境區域，隨著流域延伸水位變化，到達塔里木河干流下游時埋深逐漸增加，植物無法生長，逐漸荒漠化。對沼澤化水位及鹽漬化水位進行合理管控，提高水資源利用率，避免出現沼澤化或鹽漬化土壤。加強對塔里木河干流下游的生

圖5 阿拉干斷面地下水埋深變化圖