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水资源开发利用水文及生态效应浅析

摘要:为了解决伊犁河水资源开发问题,通过整理生态效应数据和水域水文数据,总结伊犁河上游流域和下游流域的水资源开发特点。数据整理结果显示,下游水资源开发对流域的整体影响最大。

关键词:水文效应;生态效应;利用率;水资源开发利用

伊犁河是一条跨境河流,是新疆的主要水资源。河流水资源上游和下游开发需要保持一致,否则会对水资源的可持续发展造成一定的影响?。境内河流位于流域上游,该部分水资源利用率较低,而位于下游的哈萨克斯坦水资源开发程度较高,两部分水资源开发程度相差较多'为了保证流域水资源合理开发,需通过分析上游和下游水资源开发利用状况,从水文效应和生态效应两个角度给出合理判断[3]。GIS (GeographicInformation System,地理信息系统)技术和遥感技术的出现,为该方面研究提供了有利条件。本文尝试利用这些技术,收集近些年伊犁河流域水资源开发状况信息,展开全面分析。

1伊犁河流域水资源开发利用现状分析

1.1流域概况

伊犁河流域总面积为1.512x10s km2,中国境内分布占据比例较小,约为1/3。该流域沿东西方向分布,地势差较大。其中,东部地势更高一些,由于该部分地区属于山区,降雨量偏多。伊犁河的主要源头为特克斯河,发源于哈萨克斯坦境内的汗腾格里主峰北坡,流经中国与喀什河、巩乃斯河等汇集到一起,而后流人哈萨克斯坦。河流的最终汇集地为巴喀什湖,中间经过卡普恰盖水库,各支流水资源流经伊犁河三角洲,收稿日期:2022-01-11作者简介:张志斌,1987年生,男,甘肃永昌人,2014年毕业于南昌工程学院水利水电工程专业,工程师。进人汇集地。据统计,巴喀什湖的大部分水资源来自伊犁河,伊犁河水资源占比高达79.4%。

1.2水资源开发利用现状

按照水资源开发用途的不同,可将开发利用的水资源划分为4种类型,分别是盐碱地耗水、农作物耗水、人工生态耗水、天然生态耗水。对2020年伊犁河流域水资源开发利用耗水数据进行统计,结果如表1所示。由表1可知,2020年伊犁河流域境内水资源开发利用耗水总量约为4.510X109 m3,而境外水资源开发总量达到了 1.288 2xl018m3, 2个数值形成了鲜明对比。由此看来,位于下游的境外水资源开发利用程度较大。受气候变化影响,冰川融水量有所增加的同时,降雨量也随之提升,当前河流水资源较为丰富。近年来流域产水量开始增加,从资源总量上来看,没有察觉到过大问题。然而,这个现象掩盖了流域水资源开发利用的生态问题,因此下游水资源大量开发利用所引发的问题不显著,但这种行为会使下游水量低于下限值,一旦遇到枯水年或平水年,河流内水会大量减少,问题将立刻显现。

2伊犁河流域水资源开发利用的水文效应

针对河流上游,以伊犁河控制站为重点分析对象,针对河流下游,以伊犁村水站为重点分析对象,对流域水资源开发利用的水文效应展开分析。

2.1水文站年流量变化与降水量变化

2.1.1伊犁河控制站径流变化。伊犁河控制站位于伊犁河上游,是该河流的主要水量控制站,因此分析其径流变化显得尤为重要。该站的径流变化在2002年之前处于先下降后缓慢上升的变化趋势,波动幅度不是很大。自2002年以来,浮动范围较大,并且出现了下降变化趋势,近10年又出现小幅度上升变化趋势。整体来看,近年来该地区水域径流变化呈先下降而后上升的变化趋势,该变化趋势与降水量滑动平均比较,两者变化趋势基本一致[4]。由此可知,降水量在很大程度上影响着该流域上游水文状态,人类在该区域内的活动并不会对水文状态造成过大影响。另外,上游水资源利用率的变化,不会对下游水资源造成过大影响。当增加上游引水时,河道水位会因此下降,导致河道两侧的水位逐渐下降,植物蒸腾作用及地下水蒸发作用引起的水资源使用量也会减少,而这部分减少量可抵偿下游水所受影响?2.1.2伊犁村水站径流变化。该区域位于流域下游,降水量较大。20世纪30年代末期、20世纪50年代初期,径流流量呈现出下降变化趋势,自20世纪50年代末期以来,流量逐渐上升,近15年又开始出现下降变化趋势。1970年之前,此径流变化趋势与降水变化基本保持一致,然而自1970年以后,径流与降水的变化开始呈现出差异,并且随着时间的推移,差异性越来越显著。由于该地区的冰川面积较大(约3 052 km2),气候变暖期间径流增加,导致河流水量偏大。理论上来讲,气候与径流存在一致性,但在大自然的变化中并非如此。从当前收集到的资料来看,2010年以前流域水量主要影响因素为气候,自2010年以后,主要影响因素变为人类活动。

2.2径流沿程变化

研究通过分析变差系数匕,判断径流稳定性。Cv是一种用于反应水文系列年际变化的统计参数,如果该数值较小,则认为径流年际变化更为稳定,随着该数值的增大,年际变化稳定性逐渐减弱。径流容易受流域生态系统的影响,调蓄功能发生变化。通常情况下,(;数值变化规律为下游小于上游,干流小于支流。然而,受人类活动的影响,径流年际变化规律发生改变,稳定性减弱。当前统计结果显示,卡普恰盖水库人库站数值为0.17,伊犁河控制站数值为0.13,农业开发行为对下游径流影响较大,下游径流流量呈现出逐渐下降的变化趋势。另外,研究还对下游三角洲、下游水资源利用情况、上游水资源利用情况三者之间的关系进行分析。通过整理相关数据资料,对比不同时段的平均径流变化情况可知,伊犁河控制站径流均值出现了显著下降变化趋势,近15年的径流均值为2005年之前径流均值的14.3%左右。其中,下游径流下降量比较大,约为18.7%,下游径流下降量超出了径流均值。从径流数据统计情况来看,上游水资源的利用对三角洲来水态势影响很小,对其造成主要影响的是下游水资源利用。

2.3径流年内分配

将卡普恰盖水库上游与下游的流经年分配情况作为重点讨论内容,利用径流计算方法,统计每个季节水量占全年水量的比例,同时记录集中期信息,结果如表2所亦。表2中统计结果显示,工程调解对径流年内分配有所影响,趋向于均匀分配。位于上游的卡普恰盖水库人库站降雨集中度(数值32.1)低于下游降雨集中度(数值34.3)。另外,伊犁村水站集中期提前,春季和夏季降雨量较多,2015—2020年,集中期出现时间变为6月18日,较2010—2014年提前了约1个月。从上述统计结果来看,伊犁河水资源的水文特征如下。a)上游水资源开发程度偏低,人类在该区域的行为活动对径流的影响较小。b)下游水资源开发程度偏高,人类在该区域的行为活动对径流影响较大。2010年后径流量开始出现下降趋势,径流年内分配逐渐稳定,趋于均匀分配。

3伊犁河流域水资源开发利用的生态效益

3.1天然绿洲覆盖面积减小水土流失严重

为了探究伊犁河因水资源开发行为引发的生态效益问题,选取遥感影像技术作为特点挖掘工具,采集相关信息,通过观察信息变化特点,分析河道下游绿洲覆盖面积变化、农作物耕种等多项情况变化特点%从收集到的信息来看,耕地、水域、林地等面积逐渐扩大,植物覆盖面积减小,荒漠化面积所占比例逐渐增加[7]。因此,初步给出水土流水问题的主要原因是人类开垦耕地行为引发了绿洲覆盖面积逐渐减小的问题。不仅如此,居民建设行为也造成了一定影响,随着居民建设面积的增加,天然绿洲生态空间逐渐减小,草原面积呈现逐渐减小的变化趋势。同时,水资源的过度开发导致河道径流日渐缩小,出现水位下降变化趋势,生态环境非常脆弱,该变化趋势容易对生态稳定性造成较大影响。面对该情况,虽然中国采取了一些人工绿洲建设处理措施,但是该类绿洲与天然绿洲相比,结构稳定性较差,物种较为单一,对流域生态的保护作用小一些[8]。因此天然绿洲的保护显得尤为重要。另外,不可以认为只要扩大人工绿洲的建设面积就可以保护流域生态,原因是人工绿洲生态建设有限。综上分析,面对此类问题,只有适当控制下游水资源开发行为,保护天然绿洲,才有希望改善生态问题。

3.2巴尔喀什湖水位先下降而后逐渐上升

变化受多项因素影响,巴尔喀什湖水位先下降而后逐渐上升。伊犁河人湖水量的变化,在很大程度上对巴尔喀什湖水量造成了较大影响,两者存在正相关关系。1880—2001年,巴尔喀什湖水位变化出现了较为显著的周期变化特点,水位先上升再下降,而后再次上升再次下降,每个周期的水位变化幅度相差较小。2002年至今,该湖水水位变化表现出的周期特点不是很明显,变化幅度较大,稳定性不高,各个水位峰值差异较大。为了深入探究该现象产生的主要原因,对各个时段内的水位下降数据及相关因素资料进行了整理,从中发现当伊犁河水量减少时,该湖水水位下降较为显著。以往人们的猜想是人类行为对环境造成干扰,导致湖水水位发生下降变化。然而整理资料结果显示,人类活动行为并不是导致湖水水位下降的主要原因%自2010年以来,人类活动较少,但湖水水位仍然呈现下降趋势。据了解,卡普恰盖水库的修建,增加了水面蒸发量,同时加大了工业与农业用水,导致水量下降显著。在此期间,伊犁河下游水文状态变化明显,7JC量呈现明显的下降趋势。20世纪70年代初期,7JC库蓄水受到多项因素影响,导致蓄水量出现大幅度变化,下游水量在短时间内发生了明显的下降变化。与该时段之前的三角洲水域面积相比,受此影响后水域面积明显减小。受到同样影响的还有半浸没区的植被,其面积也出现了缩小变化趋势。在此环境下,巴尔喀什湖水位出现了下降变化趋势。随着水位下降数值的增加,7jC域面积逐渐减小,引起了湖水矿化度的增髙。2015年以后,受全球变暖的影响,大量冰川融化,降水量也随之增加。从资料统计结果来看,中国西北部径流量、降水量等在高温影响下,开始呈现上升变化趋势?。受该环境影响,巴尔喀什湖水位发生变化,打破了连续下降的变化规律,逐渐进入转型期,水位进人上升阶段,三角洲的生态效益逐渐得以恢复。

4结语

围绕伊犁河水资源开发导致的水文问题及生态问题展开探究,通过分析流域水资源开发现状,结合流域水文数据及生态数据,以上游水资源和下游水资源作为研究对象,分别提出水资源变化特点分析。从整理的数据结果来看,下游水资源的开发程度对伊犁河生态效益影响较大,同时容易引起水文问题。因此,建议尽可能减少下游水资源开发,提高上游与下游水资源分配利用的均衡性。

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