塔里木河干流生態輸水響應研究

李麗君

(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 庫爾勒 841000)

胡楊是干旱及半干旱地區重點保護的林木資源，是阻止沙漠擴張的森林衛士，我國境內的天然胡楊林主要分布在西北地區的塔里木河流域，約占中國胡楊林總面積的54%[1-2]。隨著塔里木河流域大規模的水土開發，流域內天然胡楊林生境破碎、面積減少、生態功能退化，不僅影響到新疆社會穩定和經濟健康發展，更危及我國乃至世界的生態安全[3-4]。因此，自2000起，國家實施了塔里木河流域近期綜合治理，為了加強生態保護的力度，2016年自治區啟動塔里木河流域胡楊林生態保護專項行動[5]。隨著生態輸水的持續實施，優化生態水的調度、提高輸水生態效益的需求越來越迫切，因此急需開展塔里木河干流胡楊林區生態輸水效益評估[6]。本研究基于數據搜集、野外調查和遙感監測數據，從水文響應[7-9]、植被響應[10]及生態環境質量的時空格局變化3個方面對2022年度塔里木河干流生態輸水效益進行評估，并甄別當前生態輸水存在的問題，有針對性地提出了2023年度生態輸水的對策及建議[11-13]。

1 研究區概況

塔里木河流域地處中國西北干旱內陸盆地，是我國最大的內陸河流域，北接天山，南靠昆侖山，西臨帕米爾高原，流域面積達到了102.7萬km2。塔里木河流域共包括九大源流，總計144條水系。現狀下，除和田河、阿克蘇河及葉爾羌河在肖塔匯入塔里木河干流，博斯騰湖通過人為引水至孔雀河與塔里木河干流實現了人為水力聯系外，喀什噶爾河、迪那河、克里雅河、車爾臣河以及渭干-庫車河均已逐漸失去了與塔里木河干流的地表水聯系[14-15]。塔里木河流域面積廣闊，基本囊括了南疆和田地區、喀什地區、克孜勒蘇柯爾克孜自治州、阿克蘇地區和巴音郭楞蒙古自治州等五地州，這里孕育了多姿多彩的南疆文明，是南疆社會經濟發展的重要保障，如圖1所示。

圖1 塔里木河干流研究區概況圖

2 基本數據與研究方法

2.1 基本數據

本研究收集了生態輸水前后的多源多尺度高頻次遙感數據，包括Modis-EVI植被指數數據、Modis-LST地表溫度數據、GEWEX-SRB地表輻射數據、CMORPH降水數據等，數據周期介于5～16d，分辨率5～250m，數據總量達到100GB以上。經數據處理，獲取輸水區內地下水儲量、土壤水(TVDI)、植被覆蓋度、植被初級生產力(NPP)、植被葉面積指數(LAI)、植被景觀指數以及生態環境綜合質量指數(RSEI)等結果。

2.2 生態輸水效益評價指標體系

為科學全面地評價2022年生態輸水取得的效益，從水文響應、植被響應及生態環境質量的時空格局變化的角度上構建生態輸水效益的評價指標體系，見表1。

表1 生態輸水效益的評價指標體系

3 結果與分析

3.1 水文響應

2022年塔里木河干流生態輸水后地下水埋深顯著提升。如圖2所示，地下水埋深較輸水前平均抬升0.37m。其中烏斯滿斷面由-2.26m抬升至-1.38m，阿其克由-2.3m抬升至-2.25m，庫爾干斷面抬升0.74m。

圖2 塔里木河上中游輸水區地下水埋深變化

地下水儲量以2015年地下水儲量變化數據為基準值，計算得出2022年塔里木河干流(上中游)地下水儲量變化的空間分布結果。塔里木河上中游輸水區地下水儲量均呈現增加變化，且上游輸水區地下水儲量增量總體高于中游輸水區地下水儲量增量。塔里木河輸水區地下水儲量增量最高可達801mm，最低為51mm。塔里木河輸水區地下水儲量增量集中在200～300mm，占比為59.6%，主要分布于中游輸水區；其次為300～400mm，占比為24.6%，主要分布于上游輸水區；地下水儲量增量大于700mm的區域面積占比為7.0%，主要分布于上游輸水區北部；地下水儲量增量小于100mm的區域面積占比僅3.5%，主要分布于上中游輸水區交匯處的南部。

2015—2022年間，塔里木河干流輸水區輸水后干旱程度明顯減弱。根據表2所示，塔里木河干流輸水區無旱區和輕旱區面積比例增加，分別提升到2.3%、8.0%。重旱區由19.2%減少到12.3%，特旱區由4.3%減少到0.5%。綜上，塔里木河干流區域由特旱、重旱區逐漸轉化為輕旱和無旱區，土壤呈濕潤化發展。

表2 塔里木河干流輸水區不同等級TVDI占比 單位：%

3.2 植被響應

2015—2022年塔里木河干流的植被覆蓋整體上呈現出明顯的上升趨勢，見表3。其中2015—2022年的7—9月植被高覆蓋度面積占比增長22.7%，極低、低、中覆蓋度分別減少了10.9%、5.8%、5.9%。表明生態輸水后，隨著地下水位抬升，塔里木河干流輸水區的植被生長態勢明顯變好。

表3 2022年7—9月各輸水不同覆蓋度胡楊林平均植被覆蓋度面積占比變化 單位：%

凈初級生產量又稱凈初級生產力。是指在初級生產中，除去其新陳代謝所消耗的能量(呼吸量)后剩余的能量。生態輸水促進了胡楊林初級生產力提升，塔里木河干流NPP由17.85gC/(m2·d-1)增加到20.86gC/(m2·d-1)，增加了16.88%，固碳能力(NPP)顯著提高。

葉面積指數控制著生物理化過程，是干旱半干旱地區植被退化和恢復的敏感指標。根據胡楊的葉面積指數情況，劃分為低、中，高和極高葉面積指數四類，見表4。流域葉面積指胡楊林葉面積指數整體略有回落。2015—2022年間，低等級葉面積指數面積由84.42%增加到87.07%，中等級葉面積指數面積從10.95%減少到8.44%，高等級葉面積指數面積占比基本不變，極高等級葉面積指數面積從1.29%減少至1.13%。流域葉面積指數由中等級向低等級轉移，高、極高等級無明顯變化趨勢，整體葉面積指數略有回落。

表4 塔里木河上中游各等級葉面積指數占比 單位：%

生態輸水促使胡楊林植被景觀由小斑塊向大斑塊聚集，大斑塊植被景觀的蔓延趨勢增加，見表5。塔里木河干流的最大斑塊指數由2.52增加到15.84，植被大斑塊景觀數量顯著增加。蔓延度指數從29.49(2015年)增至56.43(2022年)。在生態輸水后，分離度指數減小，破碎化程度下降；均勻度和多樣性指數減少。分離度、均勻度和多樣性指數分別減少1.17、0.37和0.52。

表5 塔里木河上中游流域植被景觀指數匯總

3.3 生態環境質量

2022年塔里木河干流(上中游)胡楊林輸水區的生態質量狀況主要以良[0.4～0.6]等級為主，其占比達77.4%，見表6。相較于2015、2022年塔里木河干流輸水區胡楊林生態環境質量得到了明顯改善。2015—2022年間塔里木河干流RSEI等級為差等的面積占比由5.5%下降至0.2%，中等區面積占比由34.9%下降至18.0%，等級為良的面積占比由59.1%上升至77.4%，優等區面積占比由0.6%增至4.4%；塔里木河干流(上中游)區域RSEI由差和中等級向優、良等級轉化。

表6 2016—2022年塔里木河干流胡楊林輸水區生態質量變化統計表 單位：%

4 存在的不足與建議

4.1 存在的不足

經過多年的努力，塔里木河干流沿線的生態保護工作取得一定的成效，但仍然存在許多問題亟待解決。通過調查研究，生態輸水工作存在以下問題：

(1)生態輸(用)水責任主體不明確、水量監測手段缺失和聯動協商機制不完善。目前，已基本形成了“輸水計劃制定(地方林草部門)→復核(塔管局)→審批(自治區水利廳和林草局)→實施(塔管局與地方林草水利部門)→效益評估(第三方科研機構)”的生態輸水運行機制，但應注意到的是在生態輸水過程中仍然存在以下問題：①生態輸水、用水責任主體不明確；②生態輸水、用水監管不到位，實際生態輸水量監測手段缺失；③反饋協商機制不健全：當遭遇偏枯或偏豐年份，實際生態輸水量將發生明顯變化，“干流局—地方林草—地方國土”未形成有效及時的反饋協商機制。

(2)生態供水工程仍不完善，閘群調控方案缺失。2022年塔河流域胡楊林生態輸水量超額完成，計劃輸水量5.07億m3，生態輸水累計14.96億m3，完成度達295%。但部分區域因生態引水工程因設計不合理、維護不到位，導致生態閘無法發揮作用，部分生態閘超負荷引水。以塔里木河干流為例，帕恰恰克生態閘設計供水量為4611.16萬m3，但實際供水量僅為217.97萬m3；而部分生態閘引水壓力過大，如艾買塔克塔設計引水量為2134.42萬m3，但實際供水量達到了7159.89萬m3。同時2022年流域來水偏豐，容易導致過度淹灌。地方生態用水部門(地方林草局)，在生態輸水過程中沒有及時地疏導引流，造成生態受水區呈現淹灌不足和過度淹灌共存的現象。

4.2 建議

為了綜合提升塔里木河干流胡楊林生態輸水成效，提高水資源利用率，提出以下建議：

(1)建立健全生態輸水監督考核及聯動協商機制。為達到胡楊林重點保護區生態輸水和流域下泄指標要求，協調組織水利、林草、國土等相關部門建立多部門聯動協調的生態輸水保障機制。各地各部門要堅定堅決貫徹落實自治區黨委、自治區人民政府關于塔里木河流域胡楊林生態建設和生態保護的安排部署，各司其職、各負其責，確保生態輸水達到事半功倍的成效。

(2)健全胡楊林區供水配套設施。塔里木河干流輸水區供水工程及配套設施相較于其他流域較為完善，但需要重點關注核心區生態輸水通道是否順暢，避免出現過度淹灌現象。從流域角度出發，綜合生態需水量、生態供水模式等要素，構建源流“集中同步組合以實現總流域增流”、各支流“閘群聯合調度以實現分段耗水控制”、下游“生態輸水，達到地下水位的調節”生態水調控總體方案。

5 結論

2022年度塔河干流生態輸水效益評估如下：

(1)生態輸水抬升了地下水埋深、增加地下水儲量，減輕干旱程度，促進土壤濕潤化發展。2015—2022年干流輸水區地下水儲量以增加200～300mm為主，占比為59.6%，主要分布于中游輸水區；重旱面積占比由19.2%降低至12.3%，輕旱區面積占比由25.8%增加至33.8%。

(2)胡楊的植被覆蓋度及固碳能力提高，葉面積指數整體增強，植被長勢向好發展，植被景觀由小斑塊向大斑塊聚集，促進了流域生態修復。胡楊林高覆蓋面積占比由44.4%增加到67.1%，顯著提升了胡楊林高植被覆蓋占比；NPP由17.85gC/(m2·d-1)增加到20.86gC/(m2·d-1)，增加了16.88%，胡楊林的固碳能力得到顯著提高。胡楊林葉面積指數整體略有回落；高等級葉面積指數面積占比基本不變，低等級葉面積指數面積由84.42%增加到87.07%，中等級葉面積指數面積從10.95%減少到8.44%。生態輸水后，大斑塊指數由2.52增加到15.84，增加了13.32，蔓延度指數增加26.94，促進胡楊林植被景觀由小斑塊向大斑塊聚集，大斑塊植被景觀的蔓延趨勢增加。

(3)輸水區生態環境狀況由差和中等級向優、良等級轉化。2015—2022年間RSEI等級為差等的面積占比由5.5%下降至0.2%，中等區面積占比由34.9%下降至18.0%，等級為良的面積占比由59.1%上升至77.4%，優等區面積占比由0.6%增至4.4%；塔河干流區域RSEI由差、中等級向優良等級轉化。