刘华利

（塔里木河流域干流管理局新其满管理站，新疆 库尔勒 841000）

0 引言

水资源的数量和质量对于流域生态环境的维护与发展十分关键，当前，学术界在深入探讨水生态环境利用和保护问题的过程中，提出了一些全新的概念，如生态用水、生态需水、生态耗水、生态系统配水等，其中，生态用水[1]是流域等生态系统维持、发展和良性循环所使用和发生的水量。塔里木河干流生态环境脆弱，近年来受人类活动影响，地形地貌、土壤、水文和生态等均发生不同程度的改变，尤其是天然植被因物理干旱和生理干旱而在长期演变过程中，逐渐形成强大根系，能够在干旱条件下吸取可溶性盐类[2]，表现出较强的耐旱能力，水分消耗相对较小，所以生态用水主要供给天然植被的生长和发育，维持干流生态水位及用于植被的蒸腾。塔河干流上游生态环境用水量的保护关键在于自然植被生长维护所需水量的正常供给。塔河干流上游自然植被生长维护所需水量主要由地下水位恢复数量和生态维持水量组成，地下水位恢复量即指流域断流导致地下水严重亏空，为恢复埋深4 m的基本水位所需水量；生态维持水量是待地下水位恢复后，用于乔灌木生长所需的耗水量。本文在估算塔河干流上游生态用水量、年侧向排泄量、河道水面年蒸发量、按5年计算恢复的需水量及河段总恢复需水量的基础上，根据干流上游生态建设目标，进行干流上游生态用水总量和年生态用水供给量的量化计算。

1 研究区概况

塔里木河干流始于阿克苏河、叶尔羌河、和田河汇集口，分为上游段、中游段和下游段具体见图1，本文主要研究塔河流域恰拉到台特玛湖河段生态用水情况。塔河干流下游控制生态面积53.942 km2，生态需水量1.34×107m3，研究区属大陆性温带极端性干旱气候，多风少雨，蒸发极强，气候干燥，日照较长，昼夜季节温差大，年平均气温为11.3℃，历史上所出现的极端温度分别为44.2℃和-31.7℃，无霜期约211 d，年平均降水量在20.3 mm～39.9mm范围，年平均蒸发量在1047 mm～1596 mm，极端干旱。

图1 塔里木河干流上中下游河段示意图

2 研究方法

塔河干流上游近30年来地表径流补给严重不足，导致生态环境明显劣变，为恢复和重建生态环境，遏制生态系统的日益退化，流域管理部门主要通过建立应急输水工程，为天然植被提供生态用水以缓解长期缺水对生态环境的不利影响。合理调度水量的前提是进行生态用水的定量估算，尤其是地下水位恢复总水量，常用的估算方法包括干物质法、蒸腾法、水热系数法、土壤蒸渗仪法等[3]。

3 塔里木河干流上游生态用水定量分析

塔河干流上游生态用水主要由地下水位恢复需水量、侧向排水量、水面蒸发量等组成，此外，为维持和恢复天然植被，也需要进行用水定量分析。

3.1 塔河干流上游各段地下水位恢复水量

地下水位恢复总水量所包括的水位恢复总量按照下式估算:

式中:ΔQ为潜水位上升Δh幅度时需要补给的地下水量，亿m3；δ为潜水位变动所具备的饱和差，取含水层的饱和差δ=0.258；A为流域面积，主要以流域两岸植被保护区域的宽度为依据计算；n为土壤干容量，g/cm3，主要根据n=35.72exp(-0.185h)求得。

根据理论公式，可以求得塔河干流上游各段水位恢复水量，具体见表1。

表1 塔河干流上游各段地下水位恢复总量

3.2 塔河干流上游年侧向排泄量

侧向排水量按下式估算:

式中:Qs是塔河干流上游年侧向排泄量；K是潜水渗透系数，m/d；I是水力坡度；A1是过水断面面积，为计算过水断面面积，区潜水层厚度均值30 m，河道总长为断面长；T是天数，取T=365 d。

河干流上游年侧向排水量计算结果见表2。

表2 塔河干流上游年侧向排泄量计算结果

3.3 塔河干流上游河道水面年蒸发量

河道水面蒸发按下式估算:

式中:Qe是流域水面蒸发量，亿m3；L是河道长度，m；B是河道宽度，m；E0是20 cm口径蒸发皿所测得的年蒸发量值，mm；ε是折算系数。

塔河干流上游河段河道长度495 km，即L=495×103m，Qe=0.1891亿 m3/a。

塔河干流上游河道水面蒸发量计算结果见表3。

表3 塔河干流上游河道水面蒸发量

3.4 塔河干流上游按5年计算恢复的需水量

在上述估算的基础上再进行干流上游河段总恢复需水量估算，总恢复需水量与年均需水量之和Q5按下式估算:

式中:相关参数涵义同前，Q5是按5年所计算的塔河干流上游生态恢复总蓄水量，亿m3；W5是按5年所计算的生态恢复年平均需水量，亿m3/a。

估算结果如下:

3.5 塔河干流全河段年生态维持总水量

塔河干流上游河段潜水埋深升至4 m后为满足植被蒸散所需的河道下泄数量，即生态维持所需总水量按下式计算:

式中:Qk是塔河干流全河段年生态维持总水量，亿m3；Qv是保护区域内生态状况年平均耗水量；A是生态保护区域面积；E是潜水蒸发量；Qs和Qe分别为年侧向排泄量和流域水面蒸发量。

具体计算结果见表4。

表4 塔河干流上游全河段年生态维持总水量

4 结语及建议

4.1 结论

通过对塔里木河干流上游水资源特性、水资源可持续利用量以及生态耗水、需水量的计算可知，塔河干流上游各段地下水位恢复水量合计8.9921亿m3，年侧向排水量合计0.6704亿m3/a，上游河道水面蒸发量合计0.1326亿m3/a，按5年所计算的生态恢复年平均需水量2.601亿m3/a，干流上游全河段年生态维持总水量1.231亿m3/a。塔河干流上游自然植被生长维护所需要的地下水位恢复数量和生态维持水量与流域生态用水标准水量之间仍存在一定差距。

4.2 建议

1）加强生态水量合理调配，实现流域生态环境与社会经济协调发展。

2）对于如地下水重要形成区等在维护流域生态稳定方面发挥重要作用的生态区域，必须有限开发，加大保护，并强化流域生态水资源优化调度方面的研究，为流域生态水资源的保护提供理论依据。

3）在基于生态用水定额和需水量定量研究的基础上，探讨干流生态可持续发展的用水理论模式，维护天然植被生态良性发展所需的用水比例和用水方式等。