(水資源論文)水資源開發(fā)利用水文及生態(tài)效應(yīng)淺析

【水資源論文】水資源開發(fā)利用水文及生態(tài)效應(yīng)淺析摘要：為了解決伊犁河水資源開發(fā)問題，通過整理生態(tài)效應(yīng)數(shù)據(jù)和水域水文數(shù)據(jù)，總結(jié)伊犁河上游流域和下游流域的水資源開發(fā)特點(diǎn)。數(shù)據(jù)整理結(jié)果顯示，下游水資源開發(fā)對(duì)流域的整體影響最大。關(guān)鍵詞：水文效應(yīng)；生態(tài)效應(yīng)；利用率；水資源開發(fā)利用伊犁河是一條跨境河流，是新疆的主要水資源。河流水資源上游和下游開發(fā)需要保持一致，否則會(huì)對(duì)水資源的可持續(xù)發(fā)展造成一定的影響？。境內(nèi)河流位于流域上游，該部分水資源利用率較低，而位于下游的哈薩克斯坦水資源開發(fā)程度較高，兩部分水資源開發(fā)程度相差較多＇為了保證流域水資源合理開發(fā)，需通過分析上游和下游水資源開發(fā)利用狀況，從水文效應(yīng)和生態(tài)效應(yīng)兩個(gè)角度給出合理判斷［３］。ＧＩＳ〔ＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ，地理信息系統(tǒng)〕技術(shù)和遙感技術(shù)的出現(xiàn)，為該方面研究提供了有利條件。本文嘗試?yán)眠@些技術(shù)，收集近些年伊犁河流域水資源開發(fā)狀況信息，展開全面分析。１伊犁河流域水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀分析１．１流域概況伊犁河流域總面積為１．５１２ｘ１０ｓｋｍ２，中國境內(nèi)分布占據(jù)比例較小，約為１／３。該流域沿東西方向分布，地勢(shì)差較大。其中，東部地勢(shì)更高一些，由于該部分地區(qū)屬于山區(qū)，降雨量偏多。伊犁河的主要源頭為特克斯河，發(fā)源于哈薩克斯坦境內(nèi)的汗騰格里主峰北坡，流經(jīng)中國與喀什河、鞏乃斯河等匯集到一起，而后流人哈薩克斯坦。河流的最終匯集地為巴喀什湖，中間經(jīng)過卡普恰蓋水庫，各支流水資源流經(jīng)伊犁河三角洲，收稿日期：２０２２－０１－１１作者簡(jiǎn)介：張志斌，１９８７年生，男，甘肅永昌人，２０１４年畢業(yè)于南昌工程學(xué)院水利水電工程專業(yè)，工程師。進(jìn)人匯集地。據(jù)統(tǒng)計(jì)，巴喀什湖的大部分水資源來自伊犁河，伊犁河水資源占比高達(dá)７９．４％。１．２水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀按照水資源開發(fā)用途的不同，可將開發(fā)利用的水資源劃分為４種類型，分別是鹽堿地耗水、農(nóng)作物耗水、人工生態(tài)耗水、天然生態(tài)耗水。對(duì)２０２０年伊犁河流域水資源開發(fā)利用耗水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表１所示。由表１可知，２０２０年伊犁河流域境內(nèi)水資源開發(fā)利用耗水總量約為４．５１０Ｘ１０９ｍ３，而境外水資源開發(fā)總量達(dá)到了１．２８８２ｘｌ０１８ｍ３，２個(gè)數(shù)值形成了鮮明對(duì)比。由此看來，位于下游的境外水資源開發(fā)利用程度較大。受氣候變化影響，冰川融水量有所增加的同時(shí)，降雨量也隨之提升，當(dāng)前河流水資源較為豐富。近年來流域產(chǎn)水量開始增加，從資源總量上來看，沒有發(fā)覺到過大問題。然而，這個(gè)現(xiàn)象掩蓋了流域水資源開發(fā)利用的生態(tài)問題，因此下游水資源大量開發(fā)利用所引發(fā)的問題不顯著，但這種行為會(huì)使下游水量低于下限值，一旦遇到枯水年或平水年，河流內(nèi)水會(huì)大量減少，問題將立刻顯現(xiàn)。２伊犁河流域水資源開發(fā)利用的水文效應(yīng)針對(duì)河流上游，以伊犁河控制站為重點(diǎn)分析對(duì)象，針對(duì)河流下游，以伊犁村水站為重點(diǎn)分析對(duì)象，對(duì)流域水資源開發(fā)利用的水文效應(yīng)展開分析。２．１水文站年流量變化與降水量變化２．１．１伊犁河控制站徑流變化。伊犁河控制站位于伊犁河上游，是該河流的主要水量控制站，因此分析其徑流變化顯得尤為重要。該站的徑流變化在２００２年之前處于先下降后緩慢上升的變化趨勢(shì)，波動(dòng)幅度不是很大。自２００２年以來，浮動(dòng)范圍較大，并且出現(xiàn)了下降變化趨勢(shì)，近１０年又出現(xiàn)小幅度上升變化趨勢(shì)。整體來看，近年來該地區(qū)水域徑流變化呈先下降而后上升的變化趨勢(shì)，該變化趨勢(shì)與降水量滑動(dòng)平均比較，兩者變化趨勢(shì)基本一致［４］。由此可知，降水量在很大程度上影響著該流域上游水文狀態(tài)，人類在該區(qū)域內(nèi)的活動(dòng)并不會(huì)對(duì)水文狀態(tài)造成過大影響。另外，上游水資源利用率的變化，不會(huì)對(duì)下游水資源造成過大影響。當(dāng)增加上游引水時(shí)，河道水位會(huì)因此下降，導(dǎo)致河道兩側(cè)的水位逐漸下降，植物蒸騰作用及地下水蒸發(fā)作用引起的水資源使用量也會(huì)減少，而這部分減少量可抵償下游水所受影響？２．１．２伊犁村水站徑流變化。該區(qū)域位于流域下游，降水量較大。２０世紀(jì)３０年代末期、２０世紀(jì)５０年代初期，徑流流量呈現(xiàn)出下降變化趨勢(shì)，自２０世紀(jì)５０年代末期以來，流量逐漸上升，近１５年又開始出現(xiàn)下降變化趨勢(shì)。１９７０年之前，此徑流變化趨勢(shì)與降水變化基本保持一致，然而自１９７０年以后，徑流與降水的變化開始呈現(xiàn)出差異，并且隨著時(shí)間的推移，差異性越來越顯著。由于該地區(qū)的冰川面積較大〔約３０５２ｋｍ２〕，氣候變暖期間徑流增加，導(dǎo)致河流水量偏大。理論上來講，氣候與徑流存在一致性，但在大自然的變化中并非如此。從當(dāng)前收集到的資料來看，２０１０年以前流域水量主要影響因素為氣候，自２０１０年以后，主要影響因素變?yōu)槿祟惢顒?dòng)。２．２徑流沿程變化研究通過分析變差系數(shù)匕，判斷徑流穩(wěn)定性。Ｃｖ是一種用于反應(yīng)水文系列年際變化的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，如果該數(shù)值較小，則認(rèn)為徑流年際變化更為穩(wěn)定，隨著該數(shù)值的增大，年際變化穩(wěn)定性逐漸減弱。徑流容易受流域生態(tài)系統(tǒng)的影響，調(diào)蓄功能發(fā)生變化。通常情況下，〔；數(shù)值變化規(guī)律為下游小于上游，干流小于支流。然而，受人類活動(dòng)的影響，徑流年際變化規(guī)律發(fā)生改變，穩(wěn)定性減弱。當(dāng)前統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，卡普恰蓋水庫人庫站數(shù)值為０．１７，伊犁河控制站數(shù)值為０．１３，農(nóng)業(yè)開發(fā)行為對(duì)下游徑流影響較大，下游徑流流量呈現(xiàn)出逐漸下降的變化趨勢(shì)。另外，研究還對(duì)下游三角洲、下游水資源利用情況、上游水資源利用情況三者之間的關(guān)系進(jìn)行分析。通過整理相關(guān)數(shù)據(jù)資料，對(duì)比不同時(shí)段的平均徑流變化情況可知，伊犁河控制站徑流均值出現(xiàn)了顯著下降變化趨勢(shì)，近１５年的徑流均值為２００５年之前徑流均值的１４．３％左右。其中，下游徑流下降量比較大，約為１８．７％，下游徑流下降量超出了徑流均值。從徑流數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況來看，上游水資源的利用對(duì)三角洲來水態(tài)勢(shì)影響很小，對(duì)其造成主要影響的是下游水資源利用。２．３徑流年內(nèi)分配將卡普恰蓋水庫上游與下游的流經(jīng)年分配情況作為重點(diǎn)討論內(nèi)容，利用徑流計(jì)算方法，統(tǒng)計(jì)每個(gè)季節(jié)水量占全年水量的比例，同時(shí)記錄集中期信息，結(jié)果如表２所亦。表２中統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，工程調(diào)解對(duì)徑流年內(nèi)分配有所影響，趨向于均勻分配。位于上游的卡普恰蓋水庫人庫站降雨集中度〔數(shù)值３２．１〕低于下游降雨集中度〔數(shù)值３４．３〕。另外，伊犁村水站集中期提前，春季和夏季降雨量較多，２０１５—２０２０年，集中期出現(xiàn)時(shí)間變?yōu)椋对拢保溉眨^２０１０—２０１４年提前了約１個(gè)月。從上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，伊犁河水資源的水文特征如下。ａ〕上游水資源開發(fā)程度偏低，人類在該區(qū)域的行為活動(dòng)對(duì)徑流的影響較小。ｂ〕下游水資源開發(fā)程度偏高，人類在該區(qū)域的行為活動(dòng)對(duì)徑流影響較大。２０１０年后徑流量開始出現(xiàn)下降趨勢(shì)，徑流年內(nèi)分配逐漸穩(wěn)定，趨于均勻分配。３伊犁河流域水資源開發(fā)利用的生態(tài)效益３．１天然綠洲覆蓋面積減小水土流失嚴(yán)重為了探究伊犁河因水資源開發(fā)行為引發(fā)的生態(tài)效益問題，選取遙感影像技術(shù)作為特點(diǎn)挖掘工具，采集相關(guān)信息，通過觀察信息變化特點(diǎn)，分析河道下游綠洲覆蓋面積變化、農(nóng)作物耕種等多項(xiàng)情況變化特點(diǎn)％從收集到的信息來看，耕地、水域、林地等面積逐漸擴(kuò)大，植物覆蓋面積減小，荒漠化面積所占比例逐漸增加［７］。因此，初步給出水土流水問題的主要原因是人類開墾耕地行為引發(fā)了綠洲覆蓋面積逐漸減小的問題。不僅如此，居民建設(shè)行為也造成了一定影響，隨著居民建設(shè)面積的增加，天然綠洲生態(tài)空間逐漸減小，草原面積呈現(xiàn)逐漸減小的變化趨勢(shì)。同時(shí)，水資源的過度開發(fā)導(dǎo)致河道徑流日漸縮小，出現(xiàn)水位下降變化趨勢(shì)，生態(tài)環(huán)境非常脆弱，該變化趨勢(shì)容易對(duì)生態(tài)穩(wěn)定性造成較大影響。面對(duì)該情況，雖然中國采取了一些人工綠洲建設(shè)處理措施，但是該類綠洲與天然綠洲相比，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，物種較為單一，對(duì)流域生態(tài)的保護(hù)作用小一些［８］。因此天然綠洲的保護(hù)顯得尤為重要。另外，不可以認(rèn)為只要擴(kuò)大人工綠洲的建設(shè)面積就可以保護(hù)流域生態(tài)，原因是人工綠洲生態(tài)建設(shè)有限。綜上分析，面對(duì)此類問題，只有適當(dāng)控制下游水資源開發(fā)行為，保護(hù)天然綠洲，才有希望改善生態(tài)問題。３．２巴爾喀什湖水位先下降而后逐漸上升變化受多項(xiàng)因素影響，巴爾喀什湖水位先下降而后逐漸上升。伊犁河人湖水量的變化，在很大程度上對(duì)巴爾喀什湖水量造成了較大影響，兩者存在正相關(guān)關(guān)系。１８８０—２００１年，巴爾喀什湖水位變化出現(xiàn)了較為顯著的周期變化特點(diǎn)，水位先上升再下降，而后再次上升再次下降，每個(gè)周期的水位變化幅度相差較小。２００２年至今，該湖水水位變化表現(xiàn)出的周期特點(diǎn)不是很明顯，變化幅度較大，穩(wěn)定性不高，各個(gè)水位峰值差異較大。為了深切進(jìn)入探究該現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因，對(duì)各個(gè)時(shí)段內(nèi)的水位下降數(shù)據(jù)及相關(guān)因素資料進(jìn)行了整理，從中發(fā)現(xiàn)當(dāng)伊犁河水量減少時(shí)，該湖水水位下降較為顯著。以往人們的猜測(cè)是人類行為對(duì)環(huán)境造成干擾，導(dǎo)致湖水水位發(fā)生下降變化。然而整理資料結(jié)果顯示，人類活動(dòng)行為并不是導(dǎo)致湖水水位下降的主要原因％自２０１０年以來，人類活動(dòng)較少，但湖水水位仍然呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。據(jù)了解，卡普恰蓋水庫的修建，增加了水面蒸發(fā)量，同時(shí)加大了工業(yè)與農(nóng)業(yè)用水，導(dǎo)致水量下降顯著。在此期間，伊犁河下游水文狀態(tài)變化明顯，７ＪＣ量呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)。２０世紀(jì)７０年代初期，７ＪＣ庫蓄水受到多項(xiàng)因素影響，導(dǎo)致蓄水量出現(xiàn)大幅度變化，下游水量在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生了明顯的下降變化。與該時(shí)段之前的三角洲水域面積相比，受此影響后水域面積明顯減小。受到同樣影響的還有半浸沒區(qū)的植被，其面積也出現(xiàn)了縮小變化趨勢(shì)。在此環(huán)境下，巴爾喀什湖水位出現(xiàn)了下降變化趨勢(shì)。隨著水位下降數(shù)值的增加，７ｊＣ域面積逐漸減小，引起了湖水礦化度的增髙。２０１５年以后，受全球變暖的影響，大量冰川融化，降水量也隨之增加。從資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，中國西北部徑流量、降水量等在高溫影響下，開始呈現(xiàn)上升變化趨勢(shì)？。受該環(huán)境影響，巴爾喀什湖水位發(fā)生變化，打破了連續(xù)下