干旱内陆河流域（精选7篇）
干旱内陆河流域 篇1
0 引言
在干旱区，水是人类生存和发展最重要的基础性资源，也是环境的必要和有机组成部分，同时也是维持区域自然生态系统与生态服务功能及其生物多样性、保障区域经济社会可持续发展的关键要素[1,2,3]。然而，随着人口数量的持续增长及经济社会的快速发展，人类社会对水资源的需求量将持续增加，可利用水资源不足成为区域生态恢复、经济发展和人民生活水平不断提高的限制因素，水资源短缺及其导致的水危机已成为世界各国社会经济发展过程中面临的一个共性问题[4,5]。而对水资源进行高效管理，正是兼顾人类生存与发展行之有效的水资源综合管理措施。水资源管理是水行政主管部门运用法律、行政、经济、技术等手段对水资源的分配、开发、利用、调度和保护进行管理，以求可持续地满足社会经济发展和改善环境对水的需求的各种活动的总称[6,7]。水资源管理是人类对水资源开发、利用及保护的一种有序的干预活动，它是自然资源管理科学的重要内容。水资源管理的根本目的在于促进水资源的有序开发、高效配置和合理利用，确保水资源供给能够长期满足人类生存、生活及生产和生态环境建设的需求。通过水资源的有效管理，提高水资源利用效率，改善区域生态环境，促进区域经济、社会与环境协调与可持续发展。
内陆河流域由于独特地理位置和流域特性，水资源是该区域维持生态平衡的主要保障，是绿洲发育的生命源泉。由于区域脆弱的水资源基础条件以及人类活动对水资源的过度和无序的开发利用，导致了植被退化、土地沙化等一系列问题，给当地人民的生活和生产带来了严重危害和威胁。为缓解内陆河流域日益恶化的生态环境，实现水资源的合理配置，保障流域水资源综合管理，促进水资源开发利用与生态环境协调发展，只有建立起一种科学合理的水资源管理模式才能有力地促进对水资源的有序开发、优化配置和高效利用，提高水资源的利用效率，才能实现流域水-经济-生态系统协调持续发展。本文基于已有研究成果，探讨内陆河流域水资源管理模式，为流域水资源高效利用和合理配置提供可借鉴模式，达到水资源合理开发利用、经济社会可持续发展和生态环境良性循环的目的，从而为流域水资源综合管理提供可借鉴依据。
1 水资源开发利用存在问题
1.1 水资源供需矛盾突出
内陆河流域社会经济发展集中的中下游地区，降水稀少，蒸发能力大，过境水量是其主要水源。由于流域内径流年内分配不均，来水与需水过程很不协调，干流缺乏骨干调蓄工程，客观上加剧了水资源供需矛盾。同时由于人口增长和丰富的土地资源，加速了水资源需求，而水资源极其有限。水资源的先天不足，加上不合理地发展模式，使得水资源供需矛盾愈来愈突出。
1.2 水资源配置结构不尽合理
内陆河流域用水结构明显不合理，仍以农业用水为主，占总用水量的80%以上，用水结构优化推进缓慢，农田用水结构造成区域单方水DGP产出偏低，导致水资源利用经济效益低下，加之灌溉农业发展比较粗放，效率偏低，致使用水量过大，挤占了生态环境用水。而水资源配置方案和水权制度的完善进展不足，成为农田灌溉用水供给量居高不下的首要原因。农田节水改造工程实施工作受群众认识不足、作物类型、种植技术、轮作倒茬、土地经营方式的制约以及工程后期维护更新费用无保障的影响，使得节水改造工程难以全面推广，导致农田灌溉用水需求难以下降[7]。同时生产力总体布局考虑水资源条件也不够，缺乏统一规划，产业布局不均衡。
1.3 生态环境恶化仍呈发展趋势
内陆河流域的开发建设没有充分考虑当地水资源的承载能力，导致生态环境每况愈下。由于水资源过度开发、社会经济发展模式与水资源配置结构不平衡以及缺少与水循环条件相适应的现代水权分配制度，从而导致内陆河流域生态环境日益退化。随着天然水循环关系改变，内陆河流域人工绿洲的稳定扩大，流域水循环关系改变，各支流与干流间的联系明显减弱，而干流上中下游之间的联系明显增强。水资源主要消耗在中游段，致使下游的天然绿洲萎缩，土地沙漠化进展加快。水资源短缺、灌溉方式不当和过樵过牧引起土壤沙化、草场退化和灌区盐渍化，已成为各内陆河下游地带生态退化的集中表现。同时由于废污水的大量排放，使得水体受到不同程度污染，再加之工业废水排放比重得不到有效缓解，污水处理能力相对滞后，工业企业水资源循环利用意识薄弱，使得内陆河流域水环境有逐步恶化趋势。
1.4 用水管理不够完善，管理制度不健全
尽管内陆河流域根据区域经济社会发展做了中长期水资源规划，但对水资源的开发利用缺乏宏观控制，只强调水资源满足工农业发展的需求，而不注重经济发展、产业布局与水资源条件的匹配性；只重视水资源的开发利用，而对水资源的节约、配置与保护重视程度不够；流域水资源管理与区域水资源管理关系没有理顺，流域管理相对薄弱，上下游、左右岸、不同地区部门之间用水矛盾依然突出，存在区域用水计量、水费征收、取水计划及监督管理等工作不够完善，区域之间管理力度不一等问题；由于水资源的有偿使用和经济杠杆对资源的合理配置在管方面没有充分发挥，流域内涉及的取水许可与水资源有偿使用制度、水功能区制度、水资源论证制度、总量控制和定额管理制度、河道采砂许可制度等还存在一定问题，影响了水资源的高效管理和合理配置。
2 内陆河流域水资源管理模式
随着水资源问题的日益突出，结合内陆河流域水资源开发利用研究现状，以改善生态环境、水资源高效管理为目标，在内陆河流域生态-水文-经济综合研究的基础上，探讨基于“三条红线”、生态环境综合治理、地表水与地下水联合调度和流域水资源集成管理的内陆河流域水资源管理模式，提出在未来应加强内陆河流域水资源污染研究、气候变化影响下内陆河流域水资源研究、人类活动影响下内陆河流域水资源研究和内陆河流域水资源管理的法律法规和政策体系研究（图1）。
2.1 基于“三条红线”的内陆河流域水资源管理模式
三条红线是国家为保障水资源可持续利用，在水资源开发利用、用水效率、水功能区限制纳污能力3个方面划定的管理红线，它与一定地区的水资源承载能力相适应，体现了该地区一定时期的生产力发展水平、经济社会发展规模、社会管理水平，是水资源管理必须达到的目标[8]。实行“三条红线”控制的水资源管理模式即是将“三条红线”的主要内容贯穿在水资源综合管理包括管理理念、管理方法、管理手段、管理体制到管理制度的全过程[9]。
内陆河流域水资源管理中应严格执行基于水资源开发利用控制红线的水资源管理框架、基于用水效率控制红线的水资源管理框架和基于水功能区限制纳污红线的水资源管理框架。实现内陆河流域水资源开发利用的过程和制度管理与设计，制定流域宏观层面的年度用水计划和微观层面的主体用水计划，根据内陆河流域经济发展规划和不同部门用水目标，确定用水优先次序，形成流域年度供水计划；实现内陆河流域水资源高效利用，落实流域定额管理制度、水资源统计和计量管理制度以及用水效率考核制定设计，促进流域各部门和区域用水和水资源配置的合理分配，将水资源管理落实到生产生活节水的各个环节；实现内陆河流域水资源保护目标，严格控制入河排污总量，落实流域水功能区划管理制度、水功能区监测体系、入河排污物质和量统计、计量及考核制度设计和水生态系统保护与修复工作框架，加强水功能区的监测与监控力度，处理好流域水资源开发与保护的关系，切实保证水体功能的良好发挥。目前，内陆河流域结合国家相关政策，依据流域水行政管理区域，制定了近期、中期和长期的水资源开发利用控制目标、用水效率控制目标和水功能区限制纳污目标，为落实最严格水资源管理制度奠定了坚实基础。在强化“三条红线”水资源管理模式下，应注重加强内陆河流域水资源评价、生态环境需水、水资源合理配置与高效利用、水资源需求与过程控制、流域纳污能力计算以及水资源综合保护等方面的研究工作，从而为落实最严格水资源管理制度提供科学依据。
2.2 基于生态环境综合治理的内陆河流域水资源管理模式
鉴于内陆河流域水资源系统特点及生态环境特点，在进行水资源管理时，必须考虑其引起的生态环境效应，确定生态环境综合治理的流域水资源的开发和分配方案，即将水资源作为一个动态系统，考虑其时空分布及内部各种水资源间的相互转化，在维护现有流域水资源系统的宏观稳定态及流域生态环境平衡的基础上确定水资源的开发管理方案，对水资源也要进行统筹安排、系统分配，以获得最大效益，从而实现水资源管理中恢复和维持生态系统健康发展所需要的水量，从根本上转变内陆河流域生态环境日益恶化趋势，促进内陆河流域生态环境良性循环[10,11]。
为了对内陆河流域水资源进行科学管理以保护生态环境，必须分析水资源与生态环境的耦合关系，建立其耦合模型，进行水资源开发方案的生态环境效应评价。评价不同内陆河流域内水资源的开发利用对植被的种类、分布、生长状况影响，分析不同植物的生存域，即植物对水、盐等地质环境因子组合的适应范围[12,13]，以此来促进内陆河流域水资源与生态系统相互关系研究，为内陆河流域生态环境综合治理提供科学依据，同时由于内陆河流域的水文过程控制着生态过程，对内陆河流域生态系统的稳定性有着直接影响，同时也决定流域生态安全。加速内陆河流域生态环境的恢复和保护，对促进区域经济的发展和人民生活水平的提高，改善内陆河流域自然生态系统的功能具有重要意义。
生态需水作为内陆河流域水资源管理的重要部分，在内陆河流域水资源配置中不容忽视。根据内陆河流域生态保护和生态恢复目标，进行流域生态功能分区，确定生态治理重点区，提出生态保护与恢复目标原则，进行内陆河流域生态需水分区，确定不同保护目标下内陆河流域适宜生态需水量及生态需水阈值[14,15]。而要实现内陆河流域水资源与生态系统之间的协调发展，必须对流域水资源进行合理的配置，协调好内陆河流域上、中下游用水问题，处理好农业用水和生态用水比例，处理好地表水和地下水的关系，确定出不同区域地表水地下水开发利用的适宜比例和布局，通过地表水地下水联合调度，减少水分的无效损耗，合理安排和分配地区之间、部门之间经济用水的关系，统一配置社会经济用水和生态环境用水，实现内陆河流域水资源的高效合理利用，促进社会经济及生态环境的可持续发展[16,17]。
2.3 地表水与地下水联合调度的流域水资源管理模式
地表水-地下水联合调度是以地表地下水资源利用、调配为对象，在一定区域内为开发地表地下水资源、防治水患、保护生态环境、提高地表地下水资源综合利用效益而制定的总体措施计划与安排。干旱内陆河流域地表水地下水联合调度的水资源管理模式是解决水资源短缺的一个有效途径，是实现水资源持续利用，保护和改善生态环境的一个重要举措，同时有效控制地下水位，进行水资源的合理调配，减少干旱区水资源的时空差异，达到水资源优化配置和高效利用，从而改善干旱生态环境，促进干旱区水、生态和经济的协调发展[18]。通过井渠结合、系统规划联合调配、人工回灌和抽取地下水等调度模式为内陆河流域水资源的优化利用提供有效措施。基于地表水和地下水集成与耦合模型，分布式水文模型、地下水模拟模型、生态水文模型，模拟内陆河流域产流过程，径流特征，识别内陆河流域不同地带地表水与地下水相互转化关系，分析在人类活动影响下内陆河流域地下水变化特征，模拟其转化规律和水资源配置问题，进行内陆河流域水循环系统模拟与验证，预测未来环境变化条件下内陆河流域水资源演变规律[19,20,21,22]，为内陆河流域水资源联合调度管理提供模型支撑。基于水资源优化配置模型、流域水质模拟模型、水资源模拟模型，提出流域水库供水规则、地表水供水规则、地下水供水规则和外调水规则，模拟在不同目标函数和约束条件下流域水资源在不同部门之间的优化配置，并对不同水质的水量使用问题进行优化，提出内陆河流域多目标水资源规划方案，探索内陆河流域地表水与地下水联合利用潜力，实现内陆河流域水资源的空间分配、时间分配和部门分配，充分体现模拟模型在多水平年、多层次、多用户、多水源、多工程的动态耦合特性[23,24]。研究基于水-生态-经济耦合的内陆河流域地表水与地下水联合调度管理方法，探讨未来水资源变化的农业适应对策，调节干旱区农业用水和生态用水的矛盾，促进内陆河流域地表水与地下水集成管理与合理配置，满足保护生态环境的要求和各行各业对水资源的需求，实现水资源的供需平衡和水量的科学分配，从而合理制定联合调度目标和开发治理方案，为区域经济发展、生态环境保护和经济结构调整提供建议。
2.4 内陆河流域水资源集成管理模式
内陆河流域管理是水、生态、人类活动的综合管理，是基于内陆河流域尺度的水环境和生态系统的整体管理方式，是综合考虑内陆河流域与水有关或由水引起的各种人类活动的科学思维方法[25]。内陆河流域综合管理就是以内陆河流域为管理单元，在政府、企业和公众等共同参与下，应用行政、市场、法律手段，对流域内资源全面实行协调的、有计划的、可持续的管理，促进内陆河流域公共福利最大化。集成水资源管理着重建立以水权、水市场理论为基础的水资源管理体制，运用水权、水价理论调控水资源内部分配效益，通过水资源社会化管理提高水资源外部分配效益，将自然资源稀缺问题转向克服社会资源短缺问题，促进经济、资源、环境协调发展，最终形成公众参与的内陆河流域尺度水文、生态、经济综合的流域集成水资源管理模式[26]。内陆河流域水资源集成管理要合理解决河道外生产、生活、生态用水与河道内生态环境用水、水力发电等用水需求之间的矛盾，需要对水量与水质、水位、水面、流量、流速等水资源全要素进行配置。根据内陆河流域水、农业、生态协调发展的需要，以内陆河流域生态-水文学研究为主线，耦合生命科学、生态经济学和农业发展，依托野外观测试验平台、数字流域，完善内陆河流域生态-水文监测网络与流域信息系统，为构建内陆河流域尺度的人口-水资源-生态-社会经济协调发展的水资源综合管理模式提供强大的基础数据平台，提出基于水-生态-经济耦合的水资源集成管理理论与方法[27]。立足内陆河流域尺度认识水-生态-经济复合系统的本质、运行规律、依存关系及其对全球变化和人类活动的响应，基于水-生态-人类活动影响，采用多尺度的途经和综合分析方法，广泛运用生态水文学和生态经济学解决内陆河流域复杂系统问题[28]，研究人类活动影响下内陆河流域水环境与生态系统的整体耦合管理模式，为内陆河流域水、生态和经济协调和持续发展提供科学支撑和决策依据。综合考虑内陆河流域人口增长-水资源供给能力变化-生态环境建设-产业结构调整及城镇化发展规模与速度等多种关键要素的前提下，建立内陆河流域水环境与社会经济协调、可持续发展的水资源综合管理模型及决策支持系统，通过模型模拟与验证研究，提出促进内陆河流域水、土、气、生等相关资源合理开发利用和保护方案，实现内陆河流域经济、社会和环境福利最大化的流域可持续发展的优化方略[29]。研究基于复杂耦合生态经济学和生态水文学系统的内陆河流域可持续水资源管理机制，解决生态系统和经济系统的定量耦合关系和机制、生态格局和生态过程的水文学机制等科学问题，探索一个多学科的、管理层参与的内陆河流域管理模型，提出可操作性的水安全、生态安全的决策依据和管理模式，最终形成公众参与的内陆河流域尺度水文、生态、经济综合的流域集成水资源管理。
3 结论与建议
总体看来，与水资源开发利用密切相关的自然生态、社会经济和政治文明等环境条件处于不断的变化之中，因此对水资源管理模式的创新和发展可以说是一个永无止境的不断探索、实践、认识和完善的过程。随着水资源问题的日益突出，以改善生态环境、水资源高效管理为目标，实现内陆河流域水资源、环境与经济社会的协调和可持续发展，促进内陆河流域水资源管理模式的不断转变，而内陆河流域水资源优化配置和综合管理的研究领域也在不断扩展，并在理论与方法上逐步得到完善。为了更进一步促进内陆河流域水资源系统的可持续发展，建议应从以下几个方面加强内陆河流域水资源方面的研究。
3.1 加强内陆河流域水资源污染研究
随着人类活动的不断增加，改变了内陆河流域原有的水文过程与水循环方式以及地下水补给条件，使得营养物质和污染物排放污染了水源，同时也加剧了对当地的淡水资源的需求。根据内陆河流域水资源污染特点，识别流域水资源污染源，加强内陆河流域水资源综合开发与水环境综合治理协同发展，加强内陆河流域水资源污染过程、主要污染物类型、水资源污染控制途径、污染物质运移机理研究，寻找适合污染物质排放的地质单元体的研究以及修复受污染的地质单元及评价内陆河流域水资源污染研究。进一步加大内陆河流域水功能区纳污能力、入河排污口管理、水功能区达标评估等监督管理体系研究，从根本上扭转内陆河流域水资源污染态势。完善内陆河流域水质监测、监督监管能力和水功能区建设，控制不同水功能区排污量，加强各河段的水质监测，制定和不断调整水功能区划，严格控制入河排污量，保证污染不超标，促进内陆河流域水环境健康可持续发展。
3.2 加强气候变化影响下内陆河流域水资源研究
根据内陆河流域水文气象资料，研究流域内水文气象时空变化特征，研究水资源系统演变的长期变化趋势，进一步探讨内陆河流域气候变化对径流的影响及径流对气候变化的响应机制，揭示内陆河流域水文气象时空变化规律。建立气候变化对内陆河流域水资源影响的模拟模型，揭示气候变化对内陆河流域水文水资源的响应机制，定量评估内陆河流域尺度上气候变化对径流量的影响程度及贡献率，模拟预测气候变化情景下内陆河流域水资源变化规律，阐述气候变化下内陆河流域水资源的空间分布格局、配置方式和作用机制，揭示气候变化对水资源影响的驱动机制。进一步加强对全球气候变化影响下内陆河流域水资源循环及其伴生过程、水生态系统演变趋势及其退化机理、水资源变化动态预测的研究，加强气候变化对内陆河流域水质、生态环境影响、水资源脆弱性、敏感性等方面的研究，为逐步建立适应气候变化和可持续发展的水资源管理体制奠定基础。气候变化影响着水文循环的各个环节，会直接或间接影响着水体中营养物质和污染物的物理化学反应及迁移转化规律，研究不同污染物对气候要素变化的响应及其变化机理，确定对气候变化比较敏感性的水质指标，深入开展气候变化对水环境的影响机理研究，为科学评估气候变化影响和研究适应性对策提供科学基础。加强气候变化对内陆河流域干旱和洪涝等水文极值事件的影响研究，为增强人类和自然系统对气候变化的适应能力，减缓气候变化所带来的不利影响提供必要的科学依据。加强气候变化影响下内陆河流域水安全保障体系研究，评估内陆河流域水资源承载力及水资源资产，预测与评价流域水安全动态与态势，建立基于气候变化的内陆河流域水资源安全预警系统，为内陆河流域水资源安全模式选择与政策支撑体系的建立提供决策依据。基于水文过程与气候模型相互关系分析，结合人为因素的影响，深入研究气候模型与水文模型耦合途径，提高两者之间不同时空尺度的转化和模拟精度，寻求适合不同尺度内陆河流域的预测方法，为研究未来气候变化下内陆河流域水资源高效利用、合理配置提供可借鉴模式，更为内陆河流域水资源合理开发利用、经济社会可持续发展和生态环境良性循环以及政府宏观调控与决策提供可借鉴依据。
3.3 加强人类活动影响下内陆河流域水资源研究
基于内陆河流域水利工程、引水、土地利用变化等人类活动因素分析，研究人类活动对内陆河流域径流的影响程度，研究土地利用变化对内陆河流域水量、水质及其时空分布的影响程度，分析小型农田水利措施、农业措施等影响下的内陆河流域水资源变化特征以及水文效应，研究人类活动对水资源的开发利用强度，分析人类活动下影响下内陆河流域水资源的空间分布格局、水资源配置方式，探讨人类活动影响下内陆河流域水资源的变异规律。根据内流河流域人类活动的变化特征，建立较为完善的描述人类活动对水资源影响评价指标体系，研究人类活动对水资源影响的定量识别方法，提出人类活动对内陆河流域水资源影响的定量指标和参数，揭示人类活动与水资源相互影响的互馈机制。研究能够定量识别人类活动对水资源影响因子，结合人类活动的定量评价指标体系，评价人类活动对内陆河流域水资源变化的影响程度，探讨在人类活动影响下内陆河流域水资源的变化趋势，从而为人类活动影响下流域水资源管理提供技术支撑。
3.4 加强内陆河流域水资源管理的法律法规和政策体系研究
基于内陆河流域地表和地下水资源的资产量以及流域生活、生产和生态需水量进行定量评估，开展内陆河流域水权分配、水价改革和水市场建设等方面的法律法规和政策体系研究，尽快制定内陆河流域水权分配、使用、转让等方面的法律法规，并积极探索和建立流域水资源在各行业和各用水户之间自由交易的市场运作模式、机制及相应的政策支撑体系，进一步完善内陆河流域水权制度建设，为促进内陆河流域水市场的建立、水权的合理流转及规范水市场提供重要的法律和政策依据。加强内陆河流域水资源管理的专门法规研究，进一步明确内陆河流域机构的设置、管理权限、职能分工以及与行政水利管理部门的相互关系，切实强化内陆河流域管理功能。加强内陆河流域水安全政策体系研究，提出内陆河流域水安全运行模式，切实保障内陆河流域水资源的高效配置、合理利用和可持续发展，不断提高内陆河流域水安全水平。进一步加强水资源监控能力和执法监督体系建设，建立和健全渎职法律责任追究制，促使内陆河流域水资源管理逐步走向科学化和法制化的轨道。
摘要：水资源管理是水行政主管部门运用法律、行政、经济、技术等手段对水资源的分配、开发、利用、调度和保护进行管理,以求可持续地满足社会经济发展和改善环境对水的需求的各种活动的总称。通过水资源的有效管理,对提高水资源利用效率,改善区域生态环境,促进区域经济、社会与环境协调与可持续发展具有重要意义。而水资源管理模式是提高水资源动态管理的有效方式,为水资源高效配置和合理利用提供技术支撑。针对内陆河流域水资源供需矛盾突出、水资源配置结构不合理、生态环境仍恶化、用水管理不够完善和管理制度不健全等方面存在问题,分析和探讨了基于“三条红线”、生态环境综合治理、地表水与地下水联合调度和流域水资源集成管理的内陆河流域水资源管理模式。指出在未来应加强流域水资源污染研究,气候变化和人类活动影响下流域水资源研究与流域水资源管理的法律法规和政策体系研究。
关键词：干旱内陆河流域,水资源管理模式,三条红线,生态环境,集成管理
干旱内陆河流域 篇2
河西内陆河流域水资源可持续利用研究
河西内陆河流域水资源短缺、水污染和生态环境恶化已成为经济社会可持续发展的.重要制约因素.通过分析研究河西内陆河流域水资源现状、水资源特点、水资源需求变化过程以及社会经济发展对水资源的需求,提出实现水资源可持续利用的措施和对策,为河西地区经济社会可持续发展提供水资源保障.
作 者：陈文 CHEN Wen 作者单位：甘肃省水文水资源勘测局,甘肃,兰州73000;中科院寒区旱区环境与工程研究所,甘肃,兰州73000刊 名：地下水英文刊名：UNDERGROUND WATER年，卷(期)：31(6)分类号：P641.8关键词：水资源 可持续利用 研究 河西内陆河流域
干旱内陆河流域 篇3
近年来随着社会经济的发展,农业用水量逐渐在减少而粮食需求日益增加的问题,地下水资源的开发与利用成为干旱区的又一重要水源,同时农业节水也受到人们的关注。新疆是我国典型的干旱区,自2000年以来,新疆生产建设兵团大面积推广膜下滴灌节水技术。随着膜下滴灌技术大面积的实施,新的水文生态问题必将产生。因此,需要对灌区的水资源进行科学的管理,避免地下水位过高或过低,从而寻求滴灌条件下地下水的安全界限。玛纳斯河流域由于生态环境的脆弱性,加之耕地大规模开发利用及对水资源的不合理利用,土壤次生盐渍化问题日益突出。由于以上原因,本文以玛纳斯河流域中部灌区147农场为例,运用地下水数值模拟软件Processing MODFLOW建立地下水数值模型,以达到对长期滴灌条件下灌区地下水动态变化规律分析,为灌区水资源管理提供决策支持,保持灌区地下水位在一个合适的范围,防治土壤次生盐渍化发生及保护生态脆弱区的土壤环境。
MODFLOW软件在国内也得到了广泛使用,并且在水资源管理上表现出了良好的效果[1,2,3,4]。韩宇平等利用MODFLOW软件建立了银川平原浅层地下水水流模型,并对银川平原浅层地下水进行了数值模拟[5]。桑学锋等采用GIS与MODFLOW软件,对敦煌盆地地下水资源进行现状模拟与未来变化趋势预测[6]。从以上的例子可知,在地下水数值模拟方面,在一些地方已经有了一些成功运用的例子,并在地区水资源优化管理中发挥重要的作用。但在大面积实施滴灌节水的大背景下,在灌区尺度上进行中长时间年限下地下水变化的研究相对较少。有必要针对这种特殊的节水技术措施,在灌区尺度进行水盐平衡的分析,实现水资源的优化配置。因此本文针日益突出的次生盐渍化问题,利用Processing MODFLOW建立研究区地下水数值模型,以实现在本区水资源管理中的应用,分析灌区水资源均衡问题,避免生态环境局部改善、整体恶化现象的产生。
1 研究区概况
研究区147农场位于欧亚大陆中心,准噶尔盆地南缘的玛纳斯河流域中部,远离海洋,干旱少雨,蒸发量大,属典型的大陆性干旱气候区。地跨东经85°12′-86°12′,北纬44°31′-44°46′,规划总面积221 km2。整个灌区地形东南高,西北低,南北海拔387.3～350 m,地面坡降为1/500～1/700。由东南-西北向玛纳斯河呈带状分布。西北边缘区随风向形成有固定或半固定沙丘,部分条田分布其中。年平均气温6～7 ℃,最高气温在7月,最热月温度为24～26 ℃,最冷月温度为-18～-19.5 ℃;年降水量平均值140～180 mm,降水多集中在4-5月,5月份降水量最大;多年平均蒸发1 521.43 mm之间,蒸发主要集中在4-9月,约占全年蒸发量的88%。
研究区潜水矿化度较高,潜水含水层以粗中砂、砂砾石为主,承压含水层以细沙为主,局部为粗砂砾石。区内土地利用类型主要为农业用地,种植作物主要为棉花,灌溉量基本相同,又由于地形东南高、西北低,因此地下水位情况也是东南高、西北低,从而产生由东南向西北的水平地下水流。
2 地下水数值模拟模型的建立
2.1 水文地质模型概化
本文主要研究147农场地下水特征,选取模拟区范围为147农场及其部分外围区域,模拟的南北方向长度为25 600 m,东西方向长度为29 200 m。根据模型范围内地质、水文地质条件及地下水开发利用现状,将模拟对象概化为非均质各向异性三维非稳定流含水层。模拟深度范围以上的含水层分为3层, 其中,表层为浅层潜水含水层,中层为深层潜水含水层,下层为承压含水层(图1)。
地下水入流有:地下水侧渗,降雨和灌溉的补给。地下水出流有:潜水蒸发,地下水开采,地下出流。灌区的潜水含水层底板的渗透系数很小,潜水含水层与承压含水层的越流补给可忽略不计,即下边界为不透水边界,上边界为潜水含水层的地下水位面。
2.2 数学模型的建立
根据概念模型,运用Processing MODFLOW建立数值模型对研究区进行模拟。研究区地下水流为非均质、各向同性、三维非稳定流,其数学模型可用下式来描述:
式中:h为含水层水位,量纲为[L];kx、ky、kz为主轴方向渗透系数,量纲为[LT-1];S为含水层的储水率,量纲为[L-1];ε为含水层的源汇项,量纲为[LT-1];h0为含水层的初始水位,量纲为[L];h1为含水层一类边界地下水位,量纲为[L];kn边界面法方向的渗透系数,量纲为[LT-1];q(x,y,z,t)为含水层二类边界单位面积流量,量纲为[LT-1]。
2.3 模型所需参数的设定
模拟将研究区域离散为400 m×400 m的正方形网格,划分为73行、64列3层,共计14 016个单元,全部设为有效计算单元。上边界为第一层的潜水位,下边界为不透水层。147农场东与玛纳斯县永丰公社比邻,西与玛纳斯河为界与146团场隔河相望,其中玛纳斯河由于近年径流量减少和上游平原水库截留,常年基本没有水流通过,南与新湖总场7分场相邻,北接古尔班通古特沙漠边缘,地下部分可认为是无水流边界。
设定模拟地下水流类型为非稳定流,模拟时间为2000年1月6日到2008年1月6日,时间长度为3 102 d,总共分为16个应力时段(stress period),每个应力段的长度为对应的6个月份的天数,第一个应力期分为3个时段(Time Step),其余应力期都分为2个时间步长。
模拟利用2000年1月6日到2008年1月6日的实测资料进行模型率定,初始水头非常重要直接关系到模拟结果的准确性,本文初始水头根据研究区内5个观测井2000年1月6日的实际观测值,利用MODFLOW插值模块Field Interpolator对每一个单元赋初始水头值。研究区内的地面高程应用GIS从DEM中提取。
分析研究区的水文地质资料给定含水层的水平水力传导度Kh、垂直水力传导度Kv、贮水率SS、给水度Sy的初始值。研究区地下水动态为灌溉蒸发型,2000-2008年间地下水位变化不大,年内有较强的周期性。垂直补给主要是降雨入渗补给、灌溉入渗补给和少量渠道入渗补给。根据147农场水利中心对研究区作物的种植面积、作物生长日期、降雨情况、灌溉次数、渠灌量、井灌量、抽水次数、抽水时间和地下水开采量等统计资料,综合分析确定各应力期源汇项参数。
3 模型率定及验证
3.1 模型参数校正
该数值模型能否真实反映研究区的水文地质条件,需要进一步对模型有关参数值进行校正和评价。本文对所建数学模型校正采用人工手动校正和PEST软件自动校正的相结合反复进行,其中水文地质参数主要通过PEST自动校正来完成[7],源汇项利用人工校正。利用所建模型对研究区内现有的5个(1号、2号、3号、4号、5号)观测井水位的计算值与2000年1月6日至2008年12月6日5个观测井的实际观测值进行对比,反求有关的水文地质参数,这就是对所建数学模型校正的基本思路。
在模型校正过程中通过人工校正和自动校正,反复调整各参数实现模型计算值与观测值较好的拟合,通过PEST自动校正可以得知水平水力传导度(Kh)和给水度(Sy)为147团场数值模型的敏感因素。通过多次调整水平水力传导度和给水度等参数,得到水平水力传导度和给水度的校正结果(表1)。
3.2 率定结果分析
完成模型的校正结果后,需要对校正结果进行评价,判断校正后的模型是否可靠。校正结果的优劣通过4种方法来评价:水位比较、散点图比较、统计比较和地下水流方向来评价。
本模型评价用2000年1月6日至2007年12月6日5个观测井的实际观测值,来进行评价。通过5个(1号、2号、3号、4号、5号)观测井的模拟值与观测值的拟合曲线可以看出各观测井的模拟水位与实测水位变化趋势基本一致,除个别观测点水位存在偏离较大之外,多数点位能够较好的拟合(图2)。通过各观测井水位模拟值和观测值的散点图,可以看出两者有较好的线性相关性。观测及模拟结果均表明:伴随着大面积滴灌的实施、耕地面积的扩大和井灌的发展,灌区地下水位整体上都有所下降,尤其是5号观测井,下降了有0.39 m。在盐渍化较重的区域地下水位在合适的范围内下降,可降低土壤盐分,是有利于灌区向良性的方向发展的,但如果不加以控制未来水位下降过多将会使许多农业灌溉设备无法使用,增大农业生产的投入成本,也将导致脆弱区生态环境的恶化。因此,灌区在灌溉管理中需要制定科学合理的灌排比,将地下水位控制在一个安全的范围。
通过2000年6月末地下水位等值线图和流向图可以看出地下水位的空间变化情况和地下水的流动方向。整个灌区地下水位的分布情况与地形相同,东南高、西北低,地下水位流向也真实地反映了这一情况,由高水位处向低水位方向流动,和实际情况大致相同。
设hi为模型计算值;Hi为观测值;Wi为权重,这里都取为1;n为观测值的个数;ΔH为模型区域内的观测值的范围;
3.3 模型验证
利用率定后的模型对2008年1月6至2009年1月6日的水位进行计算,以2008年1月6日实测地下水位为初始条件,源汇项按实际观测值输入,对2008年观测井的计算值和观测值进行比较。结果表明:计算地下水位和实测结果拟合较好(图3),能够比较好地反映地下水的实际情况,表明模型所取参数和水文地质条件概化准确、合理,运行稳定,可以用于该灌区的地下水位预测。
4 模型应用
利用建立的研究区地下水三维运动数值模型,预测研究区在不同水资源利用模式下地下水动态变化过程,对2000年开始实施大面积滴灌后地下水位变化进行评价,根据拟订地方案对研究区地下水变化过程进行预测。
(1)方案一,现状地下水开采条件。
假定未来3年为连续平水年,2012-2015年的气象资料及相关条件与2008-2011年相同,地下水开采量采用2011年的资料,其他计算条件参照2011年确定,对2000-2015年共16 年的地下水进行数值模拟。2015年地下水位模拟结果见图4(a)。
(2)方案二,农业灌溉采取传统大水漫灌。
假定2000年至今研究区全部采用大水漫灌,气象条件和方案一一致,地下水开采量及灌溉量采用1999年的资料,对2000-2015年共16 年的地下水进行数值模拟。2015年地下水位模拟结果见图4(b)。
图4为模型运行至2015年研究区地下水等水位线图,模拟结果表明,采取大面积膜下滴灌措施与传统的大水漫灌相比地下水位的下降明显,大面积膜下滴灌节水措施的实施对缓解地下水位上升效果显著,对灌区次生盐渍化防治有积极意义。
5 结语与讨论
构建一个准确地地下水模型,能够为灌区水资源管理提供较好的决策支持,尤其是在西北干旱区,对灌区水资源的合理使用不仅关系到灌区农业、经济和生态环境的可持续发展,而且对整个地区的水资源配置都具有重要而深远的意义。尤其随着大面积滴灌技术的实施与推广,地下水的开发与利用的力度逐渐加大,对干旱区地下水资源的研究与管理就显得尤为重要。地下水资源的不合理利用会产生诸多问题。一方面,地下水位升高导致不同程度的土壤次生盐碱化,造成农作物减产、土地弃耕等问题;另一方面,由于耕地无序扩大,地下水的过度开采,导致地下水位降低,威胁生态脆弱区天然植被的生存,最终导致沙漠化。因此,需要对干旱区水资源利用进行科学合理的管理。
预测结果表明,研究区大面积推广膜下滴灌农业节水措施,有效地控制了地下水位的上升,在节约用水的基础上达到了对干旱区灌区次生盐渍化的有效控制。本研究建立了基于Processing MODFLOW的地下水数学模型,从评价结果上看,该模型能够反映地下水动态变化,表明所建的数值模型对研究区水文地质条件的概化、边界条件的确定都与研究区域实际情况吻合较好,达到了仿真系统的要求,可以用作干旱区的地下水数值模拟,能够满足对研究区地下水状况的评价和管理的要求。
摘要：随着新疆北疆地区大规模膜下滴灌技术的推广与实施,必然改变流域的水文生态过程,产生新的水盐平衡关系。为实现对灌区水资源的科学管理,便于对灌区大面积滴灌条件下进行生态环境评价,实现对地下水位的安全控制,达到对灌区盐渍化防治目的,根据新疆内陆河流域玛纳斯河流域典型灌区147农场的水文地质条件,运用地下水数值模拟软件Processing MODFLOW建立了地下水数值模型,并对模型进行了校正和评价。结果表明:通过对模型的校正和评价,表明模拟值与观测值基本一致,模型可以对该灌区的地下水动态进行模拟和预测。
关键词：地下水,MODFLOW,数值模拟,干旱区
参考文献
[1]XU Xu,HUANG GuanHua,QU ZhongYi.Integrating MODF-LOW and GIS technologies for assessing impacts of irrigationmanagement and groundwater use in the Hetao Irrigation Dis-trict,Yellow River basin[J].Science in China Series E:Techno-logical Sciences,2009,52(11):3 257-3 263.
[2]刘路广,崔远来,罗玉峰.基于Modflow的灌区地下水管理策略———以柳园口灌区为例[J].武汉大学学报(工学版),2010,43(1):25-29.
[3]Tariq Rana.Applying User Pays Principle to Optimise Salt Drain-age Options in Irrigation Systems[D].Australia:Charles Sturt U-niversity,2011.
[4]Rakesh K Kushwahn,M K Pandit,Rohit Goyal.MODFLOWBased Groundwater Resource Evaluation and Prediction inMendha Sub-Basin,NE Rajasthan[J].Journal Geological Socie-ty of India,2009,74:449-458.
[5]韩宇平,许拯民,蒋任.银川平原地下水流的数值模拟[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2007,35(12):222-226.
[6]桑学锋,张明泉,王浩,等.敦煌盆地地下水数值模拟及可视化与管理[J].兰州大学学报(自然科学版),2007,43(3):18-22.
[7]董艳辉,李国敏,郭永海,等.应用并行PEST算法优化地下水模型参数[J].工程地质学报,2010,18(1):140-144.
干旱内陆河流域 篇4
内陆河高寒山区流域分布式水热耦合模型(Ⅲ):MM5嵌套结果
利用中尺度气候模式MM5计算黑河山区流域2月11日到6月30日的日降水量、2.0 m高度的`日平均气温和潜热,并将其嵌套到DWHC模型中.MM5运行周期为10 d,积分步长为3 s,空间分辨率为3 km.保持DWHC模型土壤参数、植被参数、经验参数和可调参数等不变,仅对模型初始参数进行了调整,利用最近距离法(nearest)将MM5输出结果插值到1 km×1 km格点上,所计算的黑河干流出山口日平均流量与实测序列的NSE=0.79,B=-0.79(%),EV=0.79,R2=0.81.利用基于三角网格的立体插值法(cubic)所获结果与此相当,NSE=0.79,B=-0.65(%),EV=0.79,R2=0.80.这说明利用MM5-DWHC嵌套模型来模拟流域日平均流量是可行的.MM5-DWHC嵌套模型在径流模拟方面,比利用地面资料驱动结果要好.MM5-DWHC嵌套模型的计算结果表明,内陆河高寒山区流域存在明显的浅表产流特征,这与地面观测资料驱动结果一致.模型调试结果表明,MM5输出结果存在某种奇异性,且输出的非汛期降水量明显偏大.
作 者：陈仁升 高艳红 康尔泗 吕世华 吉喜斌 阳勇 CHEN Ren-sheng GAO Yan-hong KANG Er-si L(U) Shi-hua JI Xi-bin YANG Yong 作者单位：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,甘肃,兰州,730000刊 名：地球科学进展 ISTIC PKU英文刊名：ADVANCES IN EARTH SCIENCE年，卷(期)：200621(8)分类号：P3关键词：中尺度大气模式 气象因子 初始参数 奇异性
内陆干旱盆地铁路地质选线 篇5
库格线拖拉海西—大灶火段位于柴达木盆地南缘、昆仑山北麓山前倾斜平原。柴达木盆地为高原内陆型盆地, 面积约120000km2, 北西西向展布, 四面环山, 夹于祁连山, 阿尔金山和昆仑山之间, 海拔高2700m~3100m, 地势西北部高,
东南部低, 地形起伏不大;盆地属典型大陆型干旱性气候区。气候异常干旱、寒冷、多风少雨, 昼夜温差大。拖拉海—大灶火段有三条方案 (如图1所示) , 均呈北西—南东走向, 最南端为A K方案, 最北端为A 1 K方案, 中间为A 3 7 K。
Ⅰ区为砾石荒漠带;Ⅱ区为砂土灌丛带, 以碳酸盐渍土为主;Ⅲ区为松胀盐土带, 以硫酸盐渍为主;Ⅳ区为结壳盐土带, 以氯盐渍土、岩盐等为主。
2 方案比选
2.1 地形地貌比选
AK、A 3 7 K方案行走于山前冲洪积平原, A1K方案行走于冲湖积平原, 地形均较平坦, 地势较开阔, 三方案在地形地貌上大同小异。
2.2 地层岩性及场地施工条件比选
A K方案地表多为组成流动沙丘的第四系全新统风积粉细砂, 下伏第四系上更新统冲洪积中粗砾砂、圆砾土等, 表层粉细砂松散, 干燥—稍湿, 砂质松软, 物理力学性质差, 车行易陷, 场地施工条件差;A37K方案地层以第四系上更新统粉砂细砂等为主, 局部夹有薄层粉质黏土;A1K方案地层以第四系上更新统粉土、粉质黏土等为主, 局部夹有薄层粉土及粉砂, 表层多为盐渍土、松软土及软土等, 物理力学性质差, 雨季泥泞难行, 工程车进场困难。从地层岩性及场地施工条件来看, A37K方案优于其他两个方案。
2.3 地质构造比选
据区域地质资料显示[6], 第四系覆盖层巨厚, 地表构造痕迹不明显, 对工程基本无影响, 故三个方案地质构造条件并无差别。
2.4 水文地质比选
本段属典型的山前倾斜平原, 地下水特征明显。从山前到湖盆中央海拔逐渐变低, 地下水顺坡而下且地下水的水力坡度小于原始的地面坡度;土颗粒逐渐变小, 毛细水强烈上升高度越来越大, 内陆盆地蒸发远远大于降雨, 导致越往湖盆中央, 地下水矿化度越高[5]。从上面的分析可以看出, AK方案地下水位最深, 且水质矿化相对最小, 对工程基本无影响;A1K方案地下水位浅, 水质矿化度甚高, 对混凝土及钢筋的侵蚀等级高, 工程须作很强的防腐措施;A 3 7 K方案介于A K方案与A 1 K方案之间。故从水文地质条件来看, A K方案水质最好, 且对工程影响最小, A37K次之, A1K最差。
2.5 不良地质[3]比选
AK方案的不良地质主要为流动沙丘, 线路有近10km穿行于流动沙丘, 地表基本无植被, 主导风向为NW向, 与线路有一定夹角, 对铁路危害严重;A37K方案的不良地质为半固定沙地, 地表植被多为红柳, 局部有芦苇生长, 植被覆盖度35%, 流沙呈星状分布, 风沙流微弱, 对铁路危害轻微;A1K方案无不良地质。故从不良地质的角度来说, A 1 K方案最优, A 3 7 K方案次之, A K方案最差。
2.6 特殊岩土[4]比选
AK方案表层风积砂土松散, 为软弱地基, 不能直接作为持力层;A37K方案无特殊岩土;A1K方案表层为盐渍土或岩盐, 盐渍土类型多为氯盐盐渍土, 等级多为强或超, 盐渍土具湿陷性、膨胀性及腐蚀性, 对工程危害大, 且地下水位低, 土层含水量高, 大部分处于饱和状态, 大范围分布软土和松软土, 不能直接作为持力层。故从特殊岩土的角度, A37K方案优于其余两方案。
2.7 优选方案
各方案工程地质条件对线路影响参见表1所示。
从表1可清楚看到, 三条方案在地形地貌、地质构造方面大同小异;地层岩性、场地施工条件及特殊岩土上A37K方案优于另外两个方案;不良地质A1K方案最优, A 3 7 K次之, A K最差;水文地质条件A K最好, A37K次之, A1K最差。从最不利的不良地质、特殊岩土及场地施工条件等方面考虑, A1K方案的盐渍土、软土及松软土对铁路影响极大, 且场地施工条件差, 地质条件复杂;A K方案的流动沙丘对铁路危害严重, 且场地施工条件差;而A37K方案相对而言, 半固定沙地植被覆盖度较大, 风沙对铁路危害轻微, 场地施工条件相对较好;故从工程地质方面, 选择A37K方案为最佳。
3 结语
本段线路在地质学上具典型的内陆盆地边缘山前倾斜平原地质特征 (如图2所示[1]) , 从山前到湖盆中央颗粒逐渐变细;地下水顺坡而下, 且水位越来越浅, 并在一定地点形成溢出泉;又由于地处大陆干旱性气候, 蒸发量 (年均蒸发量在3000mm以上) 远远大于降雨量 (年均降雨量在50mm以下) , 导致水分大量蒸发, 盐分留于水中, 以至于越接近湖盆矿化度越高。最终在地质剖面上反应出来的地质特征大致如下:Ⅰ区 (本次A K方案行走区域) 多为洪积扇, 砾质、砂质戈壁等景观, 新近洪积扇覆盖在老洪积扇之上, 地表沟壑交错, 洪水沟槽摆动频繁, 并无固定流水沟槽, 戈壁地带受地下水埋藏较深之缘故, 地表几乎寸草不生, 易形成戈壁风沙流、流动沙丘 (沙地) , 对铁路有不同程度的沙害, 故此区不利于铁路行走;Ⅱ区 (本次A37K方案行走区域) 地表以粉细砂为主, 地下水位埋藏适中, 地表多植被生长, 多有固定沙地或半固定沙地, 沙害轻微或基本无沙害现象, 且地下水矿化度相对较低, 地层盐渍土现象不甚明显, 适合铁路行走;Ⅲ~Ⅳ区 (本次A1K方案行走区域) 地表多为粉土、粉质黏土等, 地下水埋深浅, 丰水期甚至形成沼泽、湿地等, 枯水期则形成以岩盐、盐渍土等不利于工程的特殊岩土, 故铁路亦不利于在此区行走。从上述分析可以得知, 在我国内陆干旱盆地边缘修建铁路时, 铁路选线亦选择在Ⅱ区通过[2]。
参考文献
[1]铁路工程地质手册[S].北京:中国铁道出版社, 1999.
[2]铁路工程地质勘察规范[S].北京:中国铁道出版社, 2007.
[3]铁路工程不良地质勘察规程[S].北京:中国铁道出版社, 2001.
[4]铁路工程特殊岩土勘察规程[S].北京:中国铁道出版社, 2001.
[5]蒋爵光.铁路工程地质学[M].成都:西南交大出版社.
干旱内陆河流域 篇6
关键词：内陆河流域,生态功能,主体功能
内陆河又称内流河, 指不能流入海洋、只能流入内陆湖或在内陆消失的河流, 所在区域称为内流区。西北内陆河地区指我国新疆维吾尔自治区、青海省、甘肃省、内蒙古自治区的一部分地区, 土地面积253万km2。据统计, 我国西北地区有径流量1亿m3的内陆河428条。主要有分布于新疆境内的塔里木河 (汇注罗布泊) 、伊犁河 (汇注苏联境内的巴尔喀什湖) 和其他小河, 甘肃境内的疏勒河、黑河、石羊河, 内蒙古境内的弱水以及青海境内的格尔木河等。这一地区干旱少雨, 日照辐射强, 蒸发严重, 是没有灌溉就没有农业的地区。
一、《全国生态功能区划》对西北内陆河流域的生态功能定位
《全国生态功能区划》是在生态现状调查、生态敏感性与生态服务功能评价的基础上, 分析其空间分布规律, 确定不同区域的生态功能, 提出全国生态功能区划方案。我国独特的气候和地貌特征是我国森林、草原、湿地、荒漠、农田和城市等各类陆地生态系统发育与演变的自然基础。其中荒漠生态系统主要分布在我国的西北降水稀少、蒸发强烈、极端干旱的地区, 总面积约占全国国土面积的1/5, 沙漠和戈壁面积共约100万km2, 我国荒漠生态系统有小乔木荒漠、灌木荒漠、半灌木与小半灌木荒漠和垫状小半灌木 (高寒) 荒漠4个主要类型。
㈠《全国生态功能区划》对生态系统的划分
《全国生态功能区划》按照我国的气候和地貌等自然条件, 将全国陆地生态系统划分为3个生态大区:东部季风生态大区、西部干旱生态大区和青藏高寒生态大区。然后依据《生态功能区划暂行规程》, 将全国生态功能区划分为3个等级:一是根据生态系统的自然属性和所具有的主导服务功能类型, 将全国划分为生态调节、产品提供与人居保障3类生态功能一级区;二是在生态功能一级区的基础上, 依据生态功能重要性划分生态功能二级区, 生态调节功能包括水源涵养、土壤保持、防风固沙、生物多样性保护、洪水调蓄等功能, 产品提供功能包括农产品、畜产品、水产品和林产品, 人居保障功能包括人口和经济密集的大都市群和重点城镇群等;三是生态功能三级区是在二级区的基础上, 按照生态系统与生态功能的空间分异特征、地形差异、土地利用的组合来划分生态功能三级区。全国生态功能三级区中水源涵养功能、土壤保持、防风固沙、生物多样性保护、洪水调蓄、农产品提供、林产品提供, 以及大都市群和重点城镇群等功能区共216个。
全国共有水源涵养生态功能三级区50个, 面积237.90万km2, 占全国国土面积的24.78%。其中对国家生态安全具有重要作用的水源涵养生态功能区主要包括大兴安岭、秦巴山地、大别山、淮河源、南岭山地、东江源、珠江源、海南省中部山区、岷山、若尔盖、三江源、甘南、祁连山、天山以及丹江口水库库区等。该类型区的主要生态问题:人类活动干扰强度大;生态系统结构单一, 生态功能衰退;森林资源过度开发、天然草原过度放牧等导致植被破坏、土地沙化、土壤侵蚀严重;湿地萎缩、面积减少;冰川后退, 雪线上升。
土壤保持生态功能三级区28个, 面积93.72万km2, 占全国国土面积的9.76%。其中对国家生态安全具有重要作用的土壤保持生态功能区主要包括太行山地、黄土高原、三江源区、四川盆地丘陵区、三峡库区、南方红壤丘陵区、西南喀斯特地区、金沙江干热河谷等。该类型区的主要生态问题:不合理的土地利用, 特别是陡坡开垦, 以及交通、矿产开发、城镇建设、森林破坏、草原过度放牧等人为活动, 导致地表植被退化、土壤侵蚀和石漠化危害严重。
防风固沙生态功能三级区27个, 面积204.77万km2, 占全国国土面积的21.33%。其中对国家生态安全具有重要作用的防风固沙生态功能区主要包括科尔沁沙地、呼伦贝尔沙地、阴山北麓—浑善达克沙地、毛乌素沙地、黑河中下游、塔里木河流域, 以及环京津风沙源区等。该类型区的主要生态问题:过度放牧、草原开垦、水资源严重短缺与水资源过度开发导致植被退化、土地沙化、沙尘暴等。
㈡《全国生态功能区划》中西北内陆河流域的生态功能定位
从全国重要生态功能区域表中可以看到, 西北地区的甘南水源涵养重要区、三江源水源涵养重要区、祁连山山地水源涵养重要区、天山山地水源涵养重要区、阿尔泰水源涵养重要区的水源涵养功能极为重要;毛素乌沙地防风固沙重要区、黑河中下游防风固沙重要区、阿尔金草原荒漠防风固沙重要区、塔里木河流域防风固沙重要区的防风固沙功能极端重要;三江平原湿地生物多样性保护重要区的生物多样性保护功能极端重要。
根据全国生态功能区划, 西北内陆河流域生态系统空间特征属于荒漠生态系统, 主要分布在我国西北降水少、蒸发强烈、极端干旱地区, 总面积约占全国国土面积的1/5, 沙漠和戈壁面积共约100万km2, 分为小乔木荒漠、灌木荒漠、半灌木与小半灌木荒漠和垫状小半灌木 (高寒) 荒漠4个主要类型。
1. 从生态敏感性评价看西北内陆河流域的生态功能。
从生态敏感性评价看, 西北内陆河流域属于沙漠化敏感性和盐渍化敏感性地区。所谓生态敏感性, 是指一定区域发生生态问题的可能性和程度, 用来反映人类活动可能造成的生态后果。我国沙漠化敏感性主要受干燥度、大风日数、土壤性质和植被覆盖的影响, 主要分布在降水稀少、蒸发量大的干旱、半干旱地区。其中沙漠化极度敏感区域面积为111.2万km2, 主要分布在准噶尔盆地、塔克拉玛干沙漠边缘、吐鲁地、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠边缘、柴达木盆地北部、呼伦贝尔沙地、科尔沁沙地、浑善达克沙地、毛乌素沙地、宁夏平原等地。沙漠化高度敏感区域包括新疆天山南脉至塔里木河冲洪积平原、古尔班通古特沙漠南部、疏勒河北部、柴达木盆地南部、呼伦贝尔高原、河套平原、阴山山脉以北以及科尔沁沙地以北地区, 面积为43.0万km2。沙漠化中度敏感区域主要分布在大兴安岭至科尔沁沙地过渡低丘、平原带、青海湖, 以及北大通河流域、四川若尔盖、东北平原西部, 面积为71.3万km2。我国盐渍化敏感性主要受干燥度、地形、地下水水位与矿化度的影响。我国土地盐渍化极敏感区面积为79.5万km2, 除滨海半湿润地区的盐渍土外, 主要分布在我国干旱和半干旱地区, 包括塔里木盆地周边、和田河谷、准噶尔盆地周边、柴达木盆地、吐鲁番盆地、罗布泊、疏勒河下游、黑河下游、河套平原、浑善达克沙地以西、呼伦贝尔东部, 以及西辽河河谷平原。盐渍化高度敏感区面积为50.5万km2, 集中分布在准噶尔盆地东南部、哈密地区、北山洪积平原、河西走廊北部、阿拉善洪积平原区、宁夏平原、阴山以北河谷区域、黄淮海平原、东北平原河谷地区, 以及青藏高原内零星地区。盐渍化中度敏感区面积为58.9万km2, 主要分布在额尔齐斯河、伊犁河洪积平原、青海湖以西布哈河流域平原、河西走廊南部、鄂尔多斯高原西部和三江源等地区。
2. 从生态功能区的类型上看西北内陆河流域的生态功能。
从生态功能区的类型上看, 西北内陆河流域属于防风固沙生态功能区。全国有防风固沙生态功能三级区27个, 面积204.77万km2, 占全国国土面积的21.33%。其中, 对国家生态安全具有重要作用的防风固沙生态功能区主要包括科尔沁沙地、呼伦贝尔沙地、阴山北麓—浑善达克沙地、毛乌素沙地、黑河中下游、塔里木河流域, 以及环京津风沙源区等。该类型区的主要生态问题:过度放牧、草原开垦、水资源严重短缺与水资源过度开发导致植被退化、土地沙化、沙尘暴等。该类型区生态保护的主要方向:⑴在沙漠化极敏感区和高度敏感区建立生态功能保护区, 严格控制放牧和草原生物资源的利用, 禁止开垦草原, 加强植被恢复和保护。⑵调整传统的畜牧业生产方式, 大力发展草业, 加快规模化圈养牧业的发展, 控制放养对草地生态系统的损害。⑶调整产业结构、退耕还草、退牧还草, 恢复草地植被。⑷加强西部内陆河流域规划和综合管理, 禁止在干旱和半干旱区发展高耗水产业;在出现江河断流的流域禁止新建引水和蓄水工程, 合理利用水资源, 保障生态用水, 保护沙区湿地。
二、《全国主体功能区规划》对西北内陆河流域主体功能的定位
㈠主体功能区划分的依据
主体功能区是基于不同区域的资源环境承载能力、现有开发密度和发展潜力等, 将特定区域科学划分为特定主体功能定位类型的一种空间单元。
《全国主体功能区规划》按开发方式将国土空间划分为优化开发区域、重点开发区域、限制开发区域和禁止开发区域, 是基于不同区域的资源环境承载能力、现有开发强度和未来发展潜力, 以是否适宜或如何进行大规模高强度工业化城镇化开发为基准划分的。优化开发区域是指国土开发密度已经较高、资源环境承载能力开始减弱的区域, 包括环渤海、长三角和珠三角3个区域;重点开发区域是指资源环境承载能力较强、经济和人口集聚条件较好的区域, 包括冀中南地区、太原城市群、呼包鄂榆地区、哈长地区、东陇海地区、江淮地区、海峡西岸经济区、中原经济区、长江中游地区、北部湾地区、成渝地区、黔中地区、滇中地区、藏中南地区、关中—天水地区、兰州—西宁地区、宁夏沿黄经济区和天山北坡地区等18个区域;限制开发区域是指资源承载能力较弱、大规模集聚经济和人口条件不够好并关系到全国或较大区域范围生态安全的区域, 分为农产品主产区与重点生态功能区, 农产品主产区主要包括东北平原主产区、黄淮海平原主产区、长江流域主产区等7大优势农产品主产区及其23个产业带, 重点生态功能区包括大小兴安岭森林生态功能区、三江源草原草甸湿地生态功能区、黄土高原丘陵沟壑水土保持生态功能区、桂黔滇喀斯特石漠化防治生态功能区等25个国家重点生态功能区;禁止开发区域是指依法设立的各类自然保护区域, 包括国务院和有关部门正式批准的国家级自然保护区、世界文化自然遗产、国家级风景名胜区、国家森林公园和国家地质公园等。
㈡从《全国主体功能区规划》看西北内陆河流域移民迁入区的主体功能
西北内陆河流域移民迁入区很大一部分属于限制开发区, 如疏勒河流域移民迁入区—玉门市和瓜州县 (原安西县) , 地处亚洲中部中温带荒漠与暖温带荒漠、典型荒漠与极旱荒漠的过渡带, 属典型的大陆性荒漠干旱气候, 我国目前唯一的以保护荒漠生态系统为目的的国家级自然保护区—甘肃安西极旱荒漠自然保护区就在瓜州县境内;根据国家《关于编制全国主体功能区规划的意见》和《甘肃省主体功能区划分方案》, 疏勒河流域移民迁入区—瓜州县属于荒漠限制开发区。也有一部分禁止开发区、限制开发区和禁止开发区的主体功能是提供全国或区域性的生态功能区, 并要实行不同于其他主体功能区的区域政策和绩效评价体系。按主体功能区的定位, 限制开发区要坚持保护优先、适度开发、点状发展, 因地制宜发展资源环境可承载的特色产业, 加强生态修复和环境保护, 引导超载人口逐步有序转移。禁止开发区域必须实行强制性保护, 控制人为因素对自然生态的干扰, 严禁不符合主体功能定位的开发活动。从生态功能区划的角度看, 限制开发地区和禁止开发地区都属于生态脆弱地区。具有明显脆弱性的生态环境, 通常具有下列特点之一或几种特点的组合:环境容量低下, 敏感性强而稳定性差, 抵御外界干扰能力弱和自然恢复功能差等。据研究, 我国脆弱生态环境分布与贫困之间还有一定的相关性, 尤其在西部地区几乎互为因果关系。所以, 西部地区, 尤其是西北内陆河流域移民迁入区面临着十分严峻的提供生态产品和通过经济发展来脱贫解困的艰巨任务。
根据国家重点生态功能区的类型和发展方向, 祁连山冰川与水源涵养生态功能区, 属于水源涵养类型, 冰川储量大, 对维系甘肃河西走廊和内蒙古西部绿洲的水源具有重要作用。三江源草原草甸湿地生态功能区, 属于水源涵养类型, 是长江、黄河、澜沧江的发源地, 有“中华水塔”之称, 是全球大江大河、冰川、雪山及高原生物多样性最集中的地区之一, 其径流、冰川、冻土、湖泊等构成的整个生态系统对全球气候变化有巨大的调节作用。目前草原退化、湖泊萎缩、鼠害严重, 生态系统功能受到严重破坏, 其发展方向是:封育草原, 治理退化草原, 减少载畜量, 涵养水源, 恢复湿地, 实施生态移民。塔里木河荒漠化防治生态功能区, 属于防风固沙类型, 是南疆主要用水源, 对流域绿洲开发和人民生活至关重要, 沙漠化和盐渍化敏感程度高。目前水资源过度利用, 生态系统退化明显, 胡杨等天然植被退化严重, 绿色走廊受到威胁, 其发展方向是:合理利用地表水和地下水, 调整农牧业结构, 加强药材开发管理, 禁止过度开垦, 恢复天然植被, 防止沙化面积扩大。
干旱内陆河流域 篇7
一、西北内陆河流域移民迁入区的主要生态问题
由于长期非持续性的、掠夺式的开发利用, 西北内陆河流域移民迁入区已成为中国自然资源破坏最为严重、生态环境最为脆弱、环境承载能力较低的地区。
㈠水土流失严重西北内陆河流域普遍存在河流上游滥垦、滥伐、滥牧, 中游盲目兴建灌溉工程, 使下游水量锐减、水质恶化、水域大幅度减少。对水土资源的大规模开发导致了河流断流, 湿地消失、湖泊干涸、水位下降和矿化度升高等现象, 这是人类活动对环境产生不利影响的一种必然趋势。其中, 西北内陆河流域地区是中国水土流失的重灾区[1], 大面积的水土流失, 使土壤次生盐碱化、肥力下降, 严重影响了土地利用质量和生产率的提高, 也进一步降低了土地承载率。
㈡土地荒漠化加剧西北内陆河流域移民迁入区由于长期不合理的开垦、过度放牧、乱挖药材、采矿、修路等人为活动, 破坏了地表原有的植被, 是导致干旱地区土地退化的重要诱因。沙漠、戈壁是中国西部独特的自然景观, 也是西部土地荒漠化的重要表现, 沙漠总面积达70万km2[2]。除沙漠之外, 西部地区还有将近60万km2的戈壁。
㈢水资源严重匮乏, 水生态平衡失调由于气候干旱, 水资源短缺, 水已成为西北内陆河流域移民迁入区环境与发展最大的限制因子。根据实际观测和有关实验研究结果表明, 水对生态环境质量有明显的限制作用, 生态系统对水的需求也存在胁迫响应的机制, 生态环境需水量是维系生态系统平衡最基本的需用水量, 是生态系统安全的一个基本阈值。西北内陆河流域人均水资源量同人均社会经济用水量、亩均水资源量之间存在一定的正相关关系, 而同水资源利用率之间存在一定的负相关关系, 如甘肃河西走廊的石羊河、黑河、疏勒河流域和天山北麓的玛纳斯河、乌鲁木齐河等水资源利用率都在70%以上, 其中, 石羊河流域最高, 达到了109%;同时, 各流域耗水结构中, 农业耗水占总耗水的比重基本都在70%~90%之间[3]。
㈣植被覆盖率低, 质量和功能下降西北曾是森林的主要分布区, 如新疆天山、塔里木河两岸, 宁夏六盘山、贺兰山区, 甘肃祁连山等。随着移民的迁入和对水土资源的大规模开发, 大片林地被毁, 致使森林覆盖率大幅下降, 森林面积迅速减少, 植被衰败, 草地退化, 荒漠化加剧, 生物多样性丧失, 生态环境不断恶化。同时, 加剧了上下游和生产、生活、生态用水之间的矛盾。大量生态用水被挤占, 流域内绿色屏障消失, 直接危及绿洲内人们的生产生活。随着牲畜存栏头数的大幅增加, 流域内草地普遍处于超载过牧状态, 加之受鼠害、虫害等自然因素影响, 天然草地面积逐年减少, 质量不断下降, 草地退化的直接后果是荒漠化加重, 导致许多地区成为重要的沙尘源区。
㈤环境污染严重由于西北内陆河流域地区生产方式落后, 资源开采条件和技术水平低, 以及掠夺式的无序经营, 致使资源浪费率极高, 且对环境污染较重。由于大量使用农药、化肥, 水土中的有毒有害物质逐年增长, 农田遭受污染的面积也急剧增加, 致使农产品、土壤及水体污染严重, 从而通过食物链直接影响人畜健康。
㈥生物多样性受到威胁西北内陆河流域地区是中国野生动植物资源分布最广泛的地区之一, 生物类型多样, 野生动物种类特殊。但由于不合理的人为活动造成的水土流失、水质恶化、土地沙化、植被衰败等问题, 改变了区域内的小气候, 下游绿洲大面积退化, 植物种群向极端的方向 (耐旱、耐盐) 发展, 植物群落总体上呈负向演替, 向低级化、简单化趋势发展, 群落景观呈现出碎片化、岛屿化。在此基础上形成的生态系统更加脆弱, 抗干扰性更小, 极易失衡向盐碱化、沙漠化方向发展。
二、生态问题的成因分析
㈠自然因素
1.水资源缺乏。水是一切生命活动和生化过程的基本物质, 在一个区域内, 水是决定植物群落和生产力的关键因素之一, 特别是在干旱的西北内陆河荒漠地区, 水是植物的主导因子, 也是维持内陆河流域人口、资源、环境协调发展的关键生态因子。晚新生代以来青藏高原的持续隆升, 使中国宏观气候由纬向分带变为经向分带为主, 从而使现代四大水文循环系统 (太平洋水文循环系统、印度洋水文循环系统、北冰洋水文循环系统与鄂霍次克海水文循环系统) 成为控制中国水资源时空分布的基本因素, 中国西北地区正好处于四大水文循环的空缺带, 其地理位置决定了西北内陆河流域内近地表大气层水分含量少, 降水稀缺, 水分收支失衡, 地下水位下降, 气候长期向干旱化方向发展, 且主要靠封闭性流域水文循环系统和水分垂直循环系统维护其生态系统的水分均衡。
2.气候因子。气候因子变异是影响荒漠化发展态势的最重要的条件之一, 在降水量偏多的年代, 有利于干旱区地表植被生长, 从而能使区域植被覆盖度提高, 区域土地荒漠化进程将相对减缓。而在风力强劲而频繁且干旱少雨的年代, 干旱区地表植被因水分亏缺而出现大量干枯死亡现象, 导致植被盖度减小。从造成风沙活动和土地荒漠化的系统动力学角度分析, 降水量减少和变异性增大, 为荒漠化的发展提供了最直接的动力, 将加速区域土地荒漠化的进程。
3.土壤因子。土壤是陆地植物生长的基地, 也是多种生物栖息和活动的场所, 生态系统中的许多基本功能过程是在土壤中进行的, 土壤中生活着的各种微生物和土壤动物, 能对外来的各种物质进行分解、转化和改造, 所以土壤是具有自然净化功能的系统。我国西北内陆河流域移民迁入区的土地荒漠化主要表现为农田和草场的沙化。
㈡人为因子
类活动是导致西北内陆河流域移民迁入区生态问题产生的主要原因, 具体有以下几方面。
1.不合理的水资源开发利用方式。在西北内陆河流域地区, 所有生态问题都与水资源的丰裕度和开发利用状况有密切的关系, 水分条件的变化会导致生态结构的改变。由于人口不断增长, 人工绿洲面积不断扩大, 绿洲内相应的用水量与耗水量增加, 导致生态用水被挤占, 其结果是包括水土流失、植被衰败和土地沙化、土地盐碱化等的土地荒漠化也同时扩大, 生态环境局部改善, 总体呈恶化趋势。由于水资源系统在西北干旱区生态系统的重要作用, 基本上属地表水量条件支撑下的生态系统, 水分条件的改变对其他自然要素如土地生产条件产生重要的影响, 人类干扰水资源系统, 打破了自然界脆弱的生态平衡, 上游和源流区生态环境变好, 而下游区的生态环境劣变, 土地荒漠化趋势加强。所以在西北内陆河流域移民迁入区, 人类活动也主要通过干扰水因子影响生态环境。人类采取的种种控制和利用水资源的方法和手段, 都会使水的循环条件和水资源系统发生变化, 从而引起生态环境的相应变化, 干预强度和规模, 随着科学技术的进步越来越强大。同时, 人口的增加, 导致对土地及水资源的需求也越来越大, 直接影响到该地区水资源的调配和生态环境结构的变化, 进而对干旱绿洲生态系统产生了巨大的压力, 可见, 人口密度对生态环境的影响也是一个不可忽视的因素。
2.对植被系统的破坏。在西北内陆河流域, 由于天然植被的生存环境以及水资源的时空分布具有明显的差异性。水资源的保障程度, 水资源的供给方式, 直接影响特定环境条件下生物的生长量。当水分对生物生长不构成胁迫时, 就有利于其生物量的积累和生产力的提高, 而水分的供给成为生物生长的胁迫因素时, 就不利于植物体生物量的积累和生产力的提高。由于西北内陆河流域的水资源主要形成于山区, 而在盆地内进行开发利用, 这种异地产水, 异地利用的特点, 使得水资源在空间分配上具有可变性[4]。在自然条件下, 山区水资源进入盆地后, 经多次转化而形成地下水资源, 并使各盆地间地下水资源分布达到自然平衡, 并维系盆地内的地质生态环境平衡。水资源的开发利用, 使人工绿洲不断扩大, 打破了原来的生态平衡。如在靠近水资源的补给源, 大量开发利用水资源, 甚至浪费水资源, 致使进入下游平原或北盆地的水资源量大幅度减少, 无法满足其对水资源的需求, 直接威胁下游平原或盆地的经济发展和生态平衡, 致使下游的天然绿洲和自然植被衰亡, 同时使尾闾湖萎缩消亡。同时, 大规模水资源的开发利用, 特别是渠道引水灌溉改变了地下水补给的空间位置, 使冲洪积扇中上部地下水的补给量明显减少, 造成泉水溢出量衰减, 减少了冲洪积扇的地下水可开采资源量;而中游冲积平原地带地下水补给明显增加, 造成潜水位持续上升、蒸发量加大, 发生土壤次生盐渍化;流域下游由于来水减少, 地下水补给量减小, 导致植物消亡、土壤沙化[5]。
人类活动对植被的影响主要有直接和间接两种作用, 直接作用是指人类对植被的樵采、过牧等行为;间接作用是指水资源利用不合理, 天然植被用水不能供给。在人类对植被的直接和间接的破坏作用下, 地表裸露或植被大为降低, 加大了区内沙质、沙砾质地表的风蚀等风沙活动过程, 导致土地荒漠化的产生与发展[6]。
3.对土壤系统的改变。土壤生态系统是包括植物、土壤藻类、土壤动物和微生物以及它们所处的环境所构成的整体, 人类对土壤生态系统的影响可分为直接影响和间接影响。直接影响包括对天然植被的破坏、土壤的耕种、灌溉、排水、化肥和有机肥的施用, 病、虫、草的化学防治等, 间接影响与工业的发展、大气和水污染、人为气候变化与流域治理等有关。其中, 植被破坏对土壤生态系统的影响是毁灭性的, 植被破坏造成的水土流失是直接毁坏土壤生态系统的根本原因。
在西北内陆河干旱区人类活动对土壤系统的影响, 使人工耕作土壤代替自然土壤, 并逐渐改变了自然土壤的物理、化学和生物性质, 以至形成新的人工土壤类型如长期用泥沙含量高的河水灌溉, 在原土壤表层可以淤积50cm~100cm厚的灌淤层 (新疆和田地区最厚的可达4.0m) , 形成干旱区特有的灌溉淤积土。人类活动改变土壤系统的方式有:通过灌溉引水改变水分的自然状况;通过土壤脱盐等改变土壤盐渍化的方向;向土壤投入肥料等物质, 增加土壤肥力和营养元素;改变耕作方式等。
参考文献
[1]史玉成.西部生态环境建设的法律思考——兼论我国环境立法的完善[J].兰州大学学报 (社会科学版) , 2002, (4) .
[2]朱震达, 吴震, 等.中国沙漠概论 (修订版) [M].北京:科学出版社, 1980.
[3]王海锋, 王忠静, 贺骥.西北内陆河流域开发的现状与特征.西北地区水资源问题及其对策高层研讨会论文集[C].
[4]陈家琦, 王浩.水资源学概念[M].北京:中国水利水电出版社, 1996.
[5]耿雷华, 黄永基, 郦建强, 等.西北内陆河流域水资源特点初析[J].水科学进展, 2002, (4) .