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中國西北地區(qū)內(nèi)陸河流域面向生態(tài)環(huán)境的水資源開發(fā)模式研究
1 西北地區(qū)內(nèi)陸河流域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀西北地區(qū)內(nèi)陸河流域下游的生態(tài)環(huán)境長期以來呈總體的退化趨勢，特別是近50年來，其退化速度進一步加快，主要表現(xiàn)為：地表水、地下水、土壤水鹽化現(xiàn)象加速，使水質(zhì)惡化、土地鹽堿化問題日趨突出；下游地表水量劇減，地下水潛水面下降，造成了土地全面退化，沙漠化現(xiàn)象嚴重；下游綠洲大面積退化，植被體系衰退：植物種群向極端的方向（耐旱、耐鹽）發(fā)展，植物群落總體上呈負向演替，向低級化、簡單化趨勢發(fā)展，群落景觀呈現(xiàn)出碎片化、島嶼化。在此基礎上形成的生態(tài)系統(tǒng)更加脆弱，抗干擾性更小，極易失衡向鹽堿化、沙漠化方向發(fā)展。
這些問題在新疆、青海、甘肅、內(nèi)蒙等地均有不同程度的存在。僅以黑河下游弱水三角洲地區(qū)為例。50年代以前，該地區(qū)曾分布連片茂密的沙棗、胡楊、紅柳、梭梭、蘆葦、芨芨草等灌叢草甸，到70年代末，沙棗、胡楊林減少了5.76萬hm[2]，植被覆蓋率大于30%的灌叢草場減少了327.18萬hm[2]。三角洲內(nèi)的以紅柳、梭梭、蘆葦及芨芨草為主的灌叢草甸也大面積退化并逐漸被枸杞、駱駝刺及紅砂等旱生或超旱生荒漠草甸所取代。與此同時，土壤鹽堿化和沙漠化在黑河流域也迅速發(fā)展，下游地區(qū)有35.09萬hm[2]的水域、森林草場變成鹽堿地和沙漠，土地年退化面積1.1～1.3萬hm[2]。
2 西北地區(qū)內(nèi)陸河流域生態(tài)環(huán)境惡化的原因
2.1 西北地區(qū)的長期干旱化趨勢是其生態(tài)環(huán)境惡化的根本原因
有關研究表明，中國西北地區(qū)正處于干旱快速發(fā)展的時期，并且將來還會向持續(xù)干旱化方向發(fā)展。而造成這種長期持續(xù)干旱化的原因則是晚新生代以來青藏高原的持續(xù)隆升。它使中國宏觀氣候由緯向分帶變?yōu)榻?jīng)向分帶為主，從而使現(xiàn)代四大水文循環(huán)系統(tǒng)，即太平洋水文循環(huán)系統(tǒng)、印度洋水文循環(huán)系統(tǒng)、北冰洋水文循環(huán)系統(tǒng)與鄂霍次克海水文循環(huán)系統(tǒng)，成為控制中國水資源時空分布的基本因素，中國西北地區(qū)正好處于四大水文循環(huán)的空缺帶，其地理位置決定了西北內(nèi)陸河流域內(nèi)近地表大氣層水分含量少，降水稀缺，水分收支失衡，地下水位下降，氣候長期向干旱化方向發(fā)展，且主要靠封閉性流域水文循環(huán)系統(tǒng)和水分垂直循環(huán)系統(tǒng)維護其生態(tài)系統(tǒng)的水分均衡。流域內(nèi)蒸發(fā)力大的氣候條件和相對封閉的地形條件則決定了流域水文循環(huán)系統(tǒng)中水分的最終去向只能以蒸發(fā)輸出方式為主，由于基本沒有鹽分排泄去路，流域?qū)⑹冀K處于鹽分積累過程中，尤其是在局部流動系統(tǒng)和區(qū)域流動系統(tǒng)的匯區(qū)，地表水、地下水、土壤水中的含鹽量不斷增高。
由于西北地區(qū)土壤的水、鹽背景值及其分布是決定植物生態(tài)種群自然選擇的關鍵因子，因此總體上的水資源極端匱乏造成了西北內(nèi)陸河流域生態(tài)環(huán)境的脆弱性。
2.2 水資源的不合理開發(fā)利用導致脆弱的生態(tài)環(huán)境進一步惡化
2.2.1 水資源系統(tǒng)性的認識不足導致過度開采
西北地區(qū)內(nèi)陸河流域水資源系統(tǒng)一般都與其他表流域系統(tǒng)的范圍相一致，跨越不同的行政區(qū)劃，且在系統(tǒng)內(nèi)水資源量的分布極不均勻；地表水系統(tǒng)與地下水系統(tǒng)間轉(zhuǎn)化頻繁，水力聯(lián)系密切，相互影響與制約作用強烈，牽動系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，都可能對其它環(huán)節(jié)產(chǎn)生不同程度的影響，甚至導致其空缺。而在以往的水資源開發(fā)中，缺少對水資源的系統(tǒng)特點的認識，對其采取上、中、下游分段評價與開采，導致了水資源量的重復計算，中上游地表水和地下水過量開采和下游河道斷流，下游地下水位下降，使原本就極不均衡的水資源在人為作用下分布更趨于極端化，最終導致了流域水資源系統(tǒng)的失穩(wěn)，使下游自然生態(tài)環(huán)境進一步惡化。
2.2.2 水資源分配中沒有考慮自然生態(tài)用水
在部分地區(qū)，雖然認識到了水資源的系統(tǒng)性，對其使用進行了統(tǒng)籌規(guī)劃，但只考慮到人工生態(tài)用水、工業(yè)用水與生活用水，沒有考慮自然生態(tài)用水，所以現(xiàn)有的流域水資源分配一般是在中游大量引用地表水或提取地下水進行農(nóng)業(yè)灌溉，而對下游則只考慮分配其生活用水，沒有為其自然生態(tài)用水預留配額，導致下游地區(qū)地下水位下降至生態(tài)水位以下，地表植被迅速惡化。
2.2.3 對自然生態(tài)用水機理不清而導致配水有效性低
一些地區(qū)雖然定期為流域下游分送一定水量，但由于對流域水資源與生態(tài)環(huán)境耦合關系不清，尤其是對下游植被年內(nèi)需水量的動態(tài)規(guī)律不清，導致配水多集中在下半年，對下游地表生態(tài)的保護和恢復作用不大，并易加劇鹽堿化。另外，年度配水量也不足以使下游地下水達到生態(tài)水位，難以為地表植被利用，因此大部分為無效水。
3 西北地區(qū)內(nèi)陸河流域面向生態(tài)環(huán)境的水資源開發(fā)模式
3.1 流域水資源的開發(fā)與分配必須要面向生態(tài)環(huán)境
生態(tài)環(huán)境必須要求有足夠的水量來維系。鑒于西北地區(qū)內(nèi)陸河流域水資源系統(tǒng)特點及生態(tài)環(huán)境特點，在進行水資源開發(fā)時，必須考慮其引起的生態(tài)環(huán)境效應，確定面向生態(tài)環(huán)境的流域水資源的開發(fā)和分配方案，即將水資源作為一個動態(tài)系統(tǒng)，考慮其時空分布及內(nèi)部各種水資源間的相互轉(zhuǎn)化，在維護現(xiàn)有流域水資源系統(tǒng)的宏觀穩(wěn)定態(tài)及流域生態(tài)環(huán)境平衡的基礎上確定水資源的開發(fā)方案，對開發(fā)出的水資源也要進行統(tǒng)籌安排、系統(tǒng)分配，以獲得最大效益。
3.2 面向生態(tài)環(huán)境的流域水資源開發(fā)與分配的基本模式
為了對流域水資源進行科學分配以保護生態(tài)環(huán)境，必須分析水資源與生態(tài)環(huán)境的耦合關系，建立其耦合模型，進行水資源開發(fā)方案的生態(tài)環(huán)境效應評價。其基本思路是：建立流域水資源系統(tǒng)模型和生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)模型，將水資源的開發(fā)作為水資源系統(tǒng)的輸入，由水資源系統(tǒng)模型得到其輸出，該輸出同時是生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)的輸入，再由生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)模型得到其輸出，即流域生態(tài)環(huán)境可能的變化。其過程見圖1。通過上述耦合關系的分析，繼而可以對流域水資源開發(fā)方案可能引起的生態(tài)環(huán)境效應進行評價。為此，需要開展的研究如下：
3.2.1 流域生態(tài)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與系統(tǒng)分析
調(diào)查內(nèi)容包括流域內(nèi)現(xiàn)有植被的種類、分布、生長狀況及其所對應的水、鹽等對植被影響較大、易受外界干擾的淺地表地質(zhì)環(huán)境因子。根據(jù)植物在不同的地質(zhì)環(huán)境因子下的生長狀況，分析不同植物的生存域，即植物對水、鹽等地質(zhì)環(huán)境因子組合的適應范圍。從而確定地質(zhì)環(huán)境因子的變化對植被演替的作用，以及地質(zhì)環(huán)境因子間的相互作用，尤其是地下水位這一受水資源開發(fā)影響最大的地質(zhì)環(huán)境因子對其它環(huán)境因子的影響，建立生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)模型，模擬各種輸入對其產(chǎn)生的影響及其相應輸出。
3.2.2 流域水資源系統(tǒng)分析
將整個流域的地表水與地下水作為一個系統(tǒng)。研究其結構特點和環(huán)境特點，分析其動力學機制，建立系統(tǒng)模型，研究各種輸入下水資源系統(tǒng)的輸出。
3.2.3 流域水資源系統(tǒng)與生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)的耦合模型
附圖
圖1 西北地區(qū)內(nèi)陸河流域水資源與生態(tài)環(huán)境耦合關系分析
將水資源的開發(fā)作為水資源系統(tǒng)的輸入，由其內(nèi)部結構分析該輸入對水資源系統(tǒng)的作用，預測其輸出，如地下水位及地表徑流的變化等。并將其作為生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)的輸入，通過分析地下水位對其它各地質(zhì)因子的作用以及它們一起對植被的作用，確定可能引起的生態(tài)環(huán)境變化，并以此作為生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)的輸出。
3.2.4 流域水資源開發(fā)方案的生態(tài)環(huán)境
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