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注重干旱区河谷林草生态保护与修复的漓漫灌溉研究

2021-09-09邓铭江慕鹏飞李永兵

水利学报 2021年8期
关键词:需水需水量河谷

白 涛,许 佳,2,邓铭江,2,慕鹏飞,李永兵,赵 星

(1.西安理工大学 西北旱区生态水利国家重点实验室,陕西 西安 710048;2.新疆寒旱区水资源与生态水利工程研究中心,新疆 乌鲁木齐 830000;3.新疆阿勒泰地区水利水电勘测设计院,新疆 阿勒泰 836500)

1 研究背景

我国对生态修复的研究起始于1990年代。2003年,董哲仁[1]提出了“生态水工学”的概念,指出在传统水利工程的设计中应该充分考虑动植物的生存需求,保证河流生态系统的健康,建设人水和谐的生态水利工程。目前国内正在兴起河流生态修复的研究和应用的浪潮,在水质生态修复、河道形态修复、生态河堤建设、生态景观设计等领域取得了大量的研究成果[2-3]。但在水库生态水量下泄后的演进、调节、灌溉、耗水等研究领域关注偏少,导致水库群生态调度与下游植被的灌溉系统相脱节。由于目前河谷林草灌溉方式比较粗犷,尚未做到精细化灌溉,造成生态调度的需水量过大以及绝大部分区域无法得到有效灌溉等,整体的生态修复效果不明显。

2013年,张瑞强等[4]研究了水分补偿对内蒙古退化草地生态修复效果;2015年,刘钰等[5]研究了四平地区玉米和大豆生育期内多年平均降水量和需水规律,提出了作物适宜灌水量;2016年,Borin等[6]研究了不同灌溉方式下土壤溶液化学特性、水稻响应及水分利用效率;李茉等[7]针对灌溉水资源供需矛盾突出且用水效率低等问题,研究能够保证灌溉水资源可持续利用的安全阈值;2017年,邓铭江等[8]针对我国额尔齐斯河流域生态问题,提出了漓漫灌溉理念;2018年,林俊强等[9]通过文献梳理和分析,提出了生态修复顶层设计思路;蒋尚明等[10]依托灌溉试验站田间降水-作物耗水-土壤水相互转化的长序列试验成果,构建了灌区田间尺度水量蓄-耗-灌-排全过程的水资源模拟模块;杨高等[11]通过物理结构完整性定量评估了河岸带生态修复效应,研究成果对缺少实测资料的生态修复工程具有重要的应用价值;2019年,Peng等[12]分析了影响田间作物生理需水量的环境因素,提供了一种有效的作物需水量预测模型,用以估算作物生育期的需水量;2020年,杜彦良等[13]根据湿地植物对水质的作用机理,利用MIKE模型模拟了人工湿地中各水质指标的变化,研究成果为大尺度湿地生态修复提供了依据。

上述针对生态修复的研究成果比较具体,如水分补偿、提出灌水量、提供一种需水量预测模型等,但对采取新的生态灌溉方式研究较少。众所周知,灌溉方式决定了植被的生态需耗水过程,是衔接植被需水过程和生态调度供水过程的核心因素。传统的生态灌溉方式忽略了灌溉方式对生态调度供水的影响,存在灌溉覆盖率低、生态水量利用效率低以及土地盐碱化和沼泽化现象严重等问题,迫切需要创新一种新的生态灌溉方式。

额尔齐斯河发源于阿尔泰山,是新疆主要的三条跨界河流之一,也是我国唯一流向北冰洋的国际性河流[14]。其流经阿尔泰各山脉之间,降水较多,河网发育,众多支流均从干流右岸汇入,形成了典型的梳状水系,上游主要支流有喀拉额尔齐斯河、克兰河、布尔津河和哈巴河等。其中,中国境内流域面积5.7万km2,河长633 km。随着新疆北部地区经济社会的不断发展,对额尔齐斯河流域水资源的开发力度和规模的需求也在不断地加大,导致额尔齐斯河流域水资源综合利用矛盾突出,可用于生态的水量很少,河流生态系统需水长期得不到满足,河谷林面积不断减少,林分质量不断下降,造成河谷植被和草场退化,鱼类、鸟类等动物的栖息地环境恶化等一系列生态问题。鉴于此,本文以额尔齐斯河流域为例,在邓铭江提出的漓漫灌溉基本理念的基础上[8],深入、系统地阐述漓漫灌溉理论体系,对比了漓漫灌溉与传统农业灌溉之间的差异,通过对流域内生态工程的具体实施以及漓漫灌溉重点生态功能区的划分,确定了漓漫灌溉模式,依据漓漫灌溉技术所述方法分析计算了河谷林草生态需水量,制定了河谷林草灌溉制度。研究成果对流域内河谷林草、湿地等生态目标的改善具有重要的现实意义和历史意义,对指导国际河流的水资源综合开发高效利用及其可持续发展具有较高的实用价值和理论价值。

2 漓漫灌溉的基本理论

2.1 漓漫灌溉产生的必要条件 目前,针对河谷林草的灌溉以“大水漫灌”“洪水淹灌”为主,灌溉范围主要集中于河道两岸的低洼滩地和生态渠道延伸的有限地带,而远离河道以及地势比较高的绝大部分区域无法得到有效灌溉,导致生态供水量大但有效耗水量低、灌溉效果差以及生态水量在灌区滞留时间短暂,很大一部分水量退回至河道,浪费了有限的、宝贵的水资源,生态保护与修复的目标难以实现。

对于地处干旱区的额尔齐斯河流域而言,通过水库调度手段塑造适宜的洪水过程是修复和保护受损河谷林草生态系统的重要措施之一。自LSW水库蓄水运行以来,通过干支流梯级水库群联合运行开展了全流域、大尺度的生态调度实践,已取得了一定的效果。但由于基础理论研究薄弱,河谷林草需耗水机理尚不清楚,且现行的生态调度未考虑与河谷林草灌溉方式以及水库下游的闸、坝、渠等生态工程的联合运行,导致水库群生态调度与下游陆生植被的灌溉系统相脱节,理论研究成果难以应用于实践。

为了扩大灌溉面积、增加灌溉强度和深度、提高灌溉效率,实现生态保护与修复的目标,亟待创新河道外植被的灌溉方式。通过发挥流域内生态闸-阻水堤-牧业大渠等生态工程的直接调控作用,将水库群生态调度与河道外陆生植被的灌溉系统相耦合,创新灌溉理念和调控技术,将灌溉水量反复、持续地消耗在河道沿程,以有效提高生态水的利用效率。

2.2 漓漫灌溉的定义及内涵 目前生态灌溉的研究仍集中于大水漫灌,其耗水量较大,水资源利用不充分,无法做到精细化灌溉。在此背景下,邓铭江等[8]创新性地提出了一种新的生态灌溉方式—漓漫灌溉。本文通过对漓漫灌溉基础理论的深入研究,丰富健全了漓漫灌溉体系,为额尔齐斯河生态调度与实践研究提供相关理论依据。

漓漫灌溉基本定义:根据河谷生态系统需水要求及生态分区,利用水库群生态调度所营造的人造洪峰过程,通过生态水利工程调控,耦合生态与水文过程,形成适时、适量、精细化的生态灌溉方式,称之为漓漫灌溉。

漓漫灌溉基本内涵:主要体现在“阻、引、疏、漫”四个方面,其中“阻”表示在下游减水河段修建生态闸、阻水堤、溢流口等工程措施,进而可以延长淹灌时间,扩大淹灌范围;“引”表示通过引水闸、牧业大渠进行引水灌溉;“疏”表示疏通河汊支流,建设林草灌溉渠道;“漫”表示形成水网通达,水势漫溢,浸没林草湿地的生态灌溉系统。

漓漫灌溉特点:(1)阻水渗透灌溉:工程简单,不改变河势,投资少,收效大,通过挖水平沟、鱼鳞坑、人工筑坝等方式拦阻水势,使水沿河漫滩及沟、坑慢慢下流渗透,达到灌溉目的;(2)天然草地灌溉:有效保护了生态环境,提高草场利用效率,可用于灌溉面积大的天然草场。

2.3 漓漫灌溉系统 针对传统灌溉方式存在水库生态供水量大、水流在漫灌区滞留时间短、灌溉面积有限、生态耗水率低等问题,本文基于漓漫灌溉理论研究成果,设计了一种漓漫灌溉系统,即在河谷生态区,通过生态闸、壅水坝、阻水堤、溢流口、牧业大渠、低扬程水泵、汊河支流等工程措施,改善河道外植被的生态供水条件,塑造有利于生态系统恢复的生态水文过程,保证河谷林草能最大程度吸纳水分,以形成河湖联通、水网通达、水势漫溢,浸没林草湿地的生态灌溉系统。

2.3.1 漓漫灌溉系统的组成 完整的漓漫灌溉系统由三部分组成,如图1所示。

图1 漓漫灌溉系统

(1)水源工程。水源工程包括河流、湖泊、水库等可以作为灌溉的水源,但需要修建相对应的工程措施,如泵站、闸坝等附属设施以保证输配水的正常有序进行。

(2)输水、配水渠道。输水、配水渠道为漓漫灌溉的各级固定渠道,其功能是将灌溉水从水源引入,并输送分配到各个灌水区域。包括牧业大渠、灌溉干渠等。

(3)渠系建筑物。渠系建筑物包括生态闸、雍水坝、分水闸、阻水堤、溢流口等,担负着输配水、控制渠道水位、量测渠道过水流量、疏通河汊等任务。

2.3.2 漓漫灌溉系统的工程布置 生态闸坝和生态渠道的规划设计和建设运行是有效实施漓漫灌溉的重要前提。漓漫灌溉系统涉及的工程布置应符合灌区总体设计和灌溉标准要求。如牧业大渠主要布置在灌区较高的地带,以便自流控制较大的灌溉面积,其他各级灌溉渠道也应布置在各自控制范围内较高地带。通过已有的阻水堤群和牧业大渠群为基础,修建灌溉渠道疏通河汊支流,融入生态闸坝群可进行精细化的生态调度。

额尔齐斯河中下游生态工程主要采用全河段闸(堰)拦河引水、河道无坝侧向引水及支流闸(堰)拦河三种工程布置形式;其中,JLKL 生态闸工程对引渠采用格宾石笼衬砌,修建了拦河气盾闸;KLTL生态闸工程,紧邻现状渠道布置;KKS生态闸工程可以在枯水期雍高水位,能够增加KKS湿地的淹灌面积;AKTBK生态渠道工程,主要引额尔齐斯河左分支水流等。上述工程均可在一定范围内控制河谷林草的灌溉任务。生态工程位置分布如图2所示。

图2 额尔齐斯河流域生态工程分布情况

2.4 漓漫灌溉与农业灌溉的区别 农业灌溉经历了由人工灌溉到机械自动化灌溉的过程,由传统的地面灌溉技术到利用水资源作用于作物根部节水灌溉技术的过程。常见的灌水方法有全面灌溉和局部灌溉两大类。全面灌溉在灌溉时湿润整个农田根系活动层内的土壤,适合于密植作物;主要包括畦灌、沟灌、淹灌和漫灌等。局部灌溉的特点是灌溉时只湿润作物周围的土壤,远离作物根部的行间或棵间的土壤仍然保持干燥;优点在于灌水均匀、节约资源、对土壤和地形的适应性强等,比较适合灌溉宽行作物、果树、葡萄、瓜类等;主要包括渗灌、滴灌、微喷灌、涌灌和膜上灌等。各种灌水方式各有优缺点,有一定的适用范围,在选择时主要应考虑到作物、地形、土壤和水源等条件。

相比于传统的农业灌溉,漓漫灌溉重点考虑生态修复和保护,在河谷林草区、湿地等采用漓漫灌溉的方式可以保证河谷林草能最大程度地吸纳水分,以达到最佳的生态效果。二者之间的区别如表1所示。

表1 农业灌溉与漓漫灌溉区别

3 漓漫灌溉的关键技术

根据阿勒泰地区河谷林草、河漫滩、干支汊河水系和控制性工程等分布情况,对额尔齐斯河流域生态功能区进行漓漫灌区划分,确定闸渠工程与灌区一一对应的靶区灌溉模式。针对河谷生态实际情况,建立生态需水量计算方法,以期在现有及未来控制性水利工程格局下保障天然河谷林草的用水需求。

3.1 漓漫灌溉分区 漓漫灌溉分区是从考虑流域地形地貌、河谷林草及湿地分布特点、生产力水平、生态供水方式等因素出发,划分出不同的灌溉区域,以高效地利用水资源。灌溉分区是流域灌溉规划的重要组成部分,正确使用科学的分区方法是进行灌区合理划分的基础保障。

根据河谷林草及湿地灌溉系统的自然地理及气候条件,结合河流、水系、水资源利用分区和行政区划,对漓漫灌溉生态系统进行灌溉分区。

(1)按灌区所在水系及河流划分的一级漓漫灌溉区。一级漓漫灌溉分区以流域水系作为主导因素来反映地带的差异。根据额河流域的河流水系地理位置,将灌溉分区划分为5个一级区,分别为额尔齐斯河干流区、克兰河下游区、布尔津河下游区、哈巴河下游区和KKS湿地区。

(2)按灌区所在河流位置或支流划分的二级漓漫灌溉区。二级漓漫灌溉分区以工程措施,河流交汇口等的地理位置作为主导因素来反映灌区差异。根据已建工程措施,河流交汇口等将各个一级分区划分为9个二级区。其中,额尔齐斯河干流区划分为LSW水库~SGLK、SGLK~BEJH汇合口以及BEJH汇合口—国境线区;KLH下游区划分为KZJE水库—西水东引一期投入点和西水东引一期投入点—KKS;布尔津河下游区划分为BEJ 出山口—THT 和THT—BEJH 汇合口;哈巴河下游区划分为HBH出山口—HBH汇合口;湿地区划分为KKS湿地。

(3)按自然地理,气候条件及耕作单元划分的三级漓漫灌溉区。为了分析地区间生态环境需水量差异,将生态环境需水与水资源管理有机结合起来。三级分区以自然地理,气候条件及耕作单元为依据划分。额河流域漓漫灌溉三级分区具体如表2所示。

表2 额尔齐斯河流域漓漫灌溉分区

3.2 生态需水量计算

3.2.1 Penman-Monteith公式 灌区非农地生态需水的计算,应包括林地、草地、灌木地等的生态需水计算。由于一般植物的基础生理需水量相比蒸散发耗水量占比很小,可在计算过程中忽略不计。因此,植被的生态需水量可以直接通过计算植被的蒸散发耗水量来确定。生态需水量一般情况下应为变量,时间不同、地点不同、生态保护的对象与目标不同,生态需水均不一样。在生态需水计算中,常采用的方法为联合国粮农组织(FAO)推荐的标准彭曼公式法[15]。彭曼公式虽然不能精确估计1d或1h的潜在蒸发,但能比较精确估算较长时间的数值,因而对林地、草地、灌木地以及苇地等潜在腾发量的计算,可以运用彭曼公式计算植被的腾发量。

1992年联合国粮农组织公布了彭曼公式的最新修正形式,即Penman-Monteith公式,以苜蓿为参考作物,假设作物植株高度为0.12m,固定的作物表面阻力位70m/s,反射率为0.23,非常类似于表面开阔、高度一致、生长旺盛、完全遮盖地面而水分充分适宜的绿色草地的蒸散量。参考作物的腾发量ET0 的计算公式为:

式中:ET0为参考作物可能腾发量,mm/d;Δ为饱和水气压曲线斜率,kPa/℃;Rn为地表净辐射,MJ/(m2· d);G为土壤热通量,MJ/(m2· d);γ为干湿表常数,kPa/℃;Tmean为研究区日平均温度,℃;u2为2 m高处风速,m/s;es为饱和水气压,kPa;ea为实际水气压,kPa。

3.2.2 经验公式 采用Penman-Monteith公式计算植被的需水量过程非常复杂,且受资料限制,很难进行长系列计算。依据现有计算植被腾发量的方法,从影响植被腾发量的诸多因素中,选择几个主要因素(例如水面蒸发、气温、湿度、辐射等),再根据试验观测资料分析主要因素与植被腾发量之间存在的数量关系,最后归纳成某种经验公式。大量研究表明[16-18],参考作物腾发量与水面蒸发量具有较好的相关性。在实际应用中,通常可用实测水面蒸发量来估算ET0,计算公式为:

式中:λ为折减系数;E601为ϕ601蒸发皿测得的水面蒸发量,mm。

3.2.3 植被生态需水定额 通过计算植被的腾发量ET0,利用不同林地植被的植物需水系数Kt以及换算系数ξ,可计算出该植被的生态需水定额[20]。计算公式为:

式中:ETi为不同植被的需水定额,mm;ξ为换算系数,ξ=2/3。

3.2.4 植被生态需水量 对于干旱地区的植被生态需水量的计算,有众多专家学者们根据植被类型以及所处的流域气象、土壤、生态等条件的不同,提出了不同的计算方法。每种方法均有各自优缺点以及适用范围。其中,面积定额法适用于防风固沙林、人工绿洲等较为容易获得数据的植被生态需水量的计算;潜水蒸发法适用于降水量稀少,完全依赖地下水维持植被生长的干旱地区。因此本文选择采用面积定额法求解河谷林草的生态需水量。以流域内某一类型植被的面积乘以其生态需水定额计算得到该类型植被的生态需水量,各类型植被生态需水量之和为流域内植被生态需水总量[21]。计算公式为:

式中:Wi,t为植被类型为i在t时段的生态需水量,m3;ETi,t为植被类型为i在t时刻的需水定额,m2/m3;Ai为植被类型为i的面积:m2。

4 实例应用与效果分析

额尔齐斯河河谷是大西洋水汽进入北疆的重要通道,从“LSW”水库以下,由于河谷逐渐宽阔平坦,河道分岔漫流,在两岸的滩地上生长着茂密的河谷次生林和优良的河谷草场,形成独特的河谷生态系统。河谷主要生长额河杨、银白杨和欧洲黑杨等,杨树为优势树种,两岸以杨柳科树种为建群种的河谷林是我国唯一的天然分布区,被誉为“中国的野生杨树基因库”,同时也是我国“三北”防护林的重要组成部分,在涵养水源、防止沿岸水土流失和风蚀沙侵、保护农牧业生产等方面起着极其重要的作用。

目前,流域在干支流上投运的大中型和生态水利工程有30多个,包括25座生态闸、7条牧业大渠等。流域内河谷牧草的生态需水主要集中在4—9月份,根据植被生态需水特性和当地的气候、土壤及灌水等因素制定灌溉制度,以期为规划、设计灌溉工程和进行灌区运行管理提供基础资料,是编制和执行灌区用水计划的重要依据。

4.1 基本资料 本文所采用的水文气象资料主要来源于FH、ALT以及BEJ气象站的实测资料,包括ALT、FH、BEJ站2008—2018年的月实测水面蒸发资料以及FH站日平均气温、太阳辐射、风速等资料。研究资料汇总见表3。

表3 研究资料

4.2 河谷林草的生态需水量 河谷林草生态需水量是指保障特定发展阶段的流域河谷生态系统发挥其正常功能而必须的一定数量和质量的水,具有明显的时空性、复杂性和综合性,是确定植被灌溉定额的基础。由于植被生态需水量的长期实测较为困难,因此本文利用研究方法中的式(1)、式(2)和式(3)计算河谷林草的生态需水量。

4.2.1 参考作物腾发量 参考作物腾发量(refer⁃ence crop evapotranspiration,ET0)是计算植被腾发量ET 的关键参数。依据FH 站2008—2018年的日实测水面蒸发、2016—2017年气温、太阳辐射、风速等相关数据,根据彭曼公式(1)计算额河干流参考作物4—9月份逐日ET0,如表4所示。

从表4中可知:(1)2016、2017年额河干流参考作物腾发量分别为760 mm、822 mm;(2)2016、2017年的5月中旬至7月下旬均为需水高峰期,高峰期腾发量分别为395 mm、481 mm,分别占4—9月总腾发量的52%、59%;(3)各旬折减系数λ在0.65~0.75之间,取平均值λ为0.73。

表4 2016—2017年额河干流参考作物的腾发量统计

根据2008—2018年FH、ALT、BEJ 气象站4—9月份的平均水面蒸发量,依据经验式(2)和上述推算出的折减系数λ,计算出参考作物多年平均各月腾发量ET0,如图3所示。

图3 额河干流参考作物多年平均腾发量

从图3中可知:(1)2008—2018年4—9月额河干流的参考作物平均总腾发量为756 mm;(2)额河干流在2008—2018年的5月中旬至7月下旬为需水高峰期,高峰期参考作物平均腾发量为429 mm,占4—9月总腾发量的57%。

4.2.2 需水系数Kt的确定 需水系数与植被生长状况、土壤供水条件等因素有关。考虑到冬季(11—次年3月)植物停止生长,大气蒸发能力较小,而地面也多为积雪所覆盖,蒸发耗水主要来自积雪,因此不考虑冬季的生态需水。通过参考《美国国家灌溉工程手册》及有关研究成果,拟定出各种林、草的需水系数如表5所示。

表5 额河干流不同植被的需水系数

4.2.3 生态需水定额的确定 各种植被类型的生态需水定额是决定生态环境需水精度的关键因素。由于影响植被生态需水的因素较多,在自然条件下植被的生态需水定额难以测定。本文采用式(3)估算植被的生态需水定额。额河干流不同植被的需水定额如表6所示。

表6 额河干流不同植被的需水定额(单位:m3/亩)

4.2.4 生态需水量的确定 由于额河流域内生态退化问题形势严峻,从整个流域来讲,应当首先考虑植被生态用水,再考虑其他用水。根据表5和表6中的数据,通过式(4)计算额河干流漓漫灌溉二级分区的河谷林草生态需水量,如表7所示。河谷林草生态需水的年内过程及额河干流分区用水量组成,如图4所示。

通过表7、图3和图4可知:(1)额河干流河谷林草4—9月份生态总需水量6.47亿m3,4—9月各占比6%、16%、25%、27%、18%、10%,其中6—7月份需水量最大,约占4—9月份总需水量的52%;(2)Ⅰ-1段(LSW水库至SGLK)河谷林草总需水量0.37亿m3,占额河干流总需水量的9%;Ⅰ-2 段(SGLK~BEJH 汇合口)河谷林草总需水2.97 亿m3,占额河干流总需水量的74%;Ⅰ-3 段(BEJH汇合口~国境线区)河谷林草总需水0.68亿m3,占额河干流总需水量的17%;(3)参考作物腾发量与河谷牧草生态需水规律基本一致。

图4 额河干流河谷林草的生态需水过程及占比

表7 额河干流二级分区河谷林草生态需水(单位:万m3)

4.3 河谷林草的漓漫灌溉制度 灌溉制度主要包括灌水时间、灌水次数、灌水定额和灌溉定额。灌溉制度是规划、设计灌溉工程和进行灌区运行管理的基本资料。自然条件下河谷林草灌溉方式属地面灌,不同植被在4—9月期间内间歇性灌溉6~9次左右。根据灌溉试验资料,参考河谷林草生态需水量,制定河谷林草灌溉制度,如表8所示。

从表8 中可知:(1)流域内各种植被中,苇地的灌溉定额最大,占研究植被总灌溉定额的27%,沙地草地的灌溉定额最小,占研究植被总灌溉定额的6%;(2)河谷林草的灌溉主要集中在4—9月份,各个植被的灌水次数在6~9次,灌水持续时间在4~8 d;其中,灌水持续8 d占比48%,灌水持续7 天占比30%;(3)在6月30日—7月8日,不同植被的灌水定额总和最大,为300 m3/亩,占4—9月总灌水定额的13%,其中,苇地灌水定额最大,灌木地最小;(4)不同灌溉时段下,各个植被的总灌水定额超过100 m3/亩的占4—9月总灌水定额的67%。

表8 额河干流河谷林草灌溉制度

4.4 漓漫灌溉的监测与实施效果 漓漫灌溉实施过程中,生态闸坝群、牧业大渠群控制了180个灌溉单元,每个单元设置了1~2个监测点位,监测内容主要包括范围、面积、水深等参数。通过监测结果发现,联合流域内“闸-渠-泵”综合调控作用的漓漫灌溉措施能够基本满足231万亩河谷林草漓漫灌溉面积、水深等生态需水要求,基本实现了额河河谷核心区漓漫灌溉全覆盖。

目前,河谷内土壤环境已经得到有效改善,减少了土地沙化、盐碱化,当地的生态环境得到了有效地改善,核心区植被覆盖度恢复至75%左右,河谷林草的长势良好,如图5所示。且牧草产量有逐年增加的趋势。实施漓漫灌溉后,经初步统计,额河河谷牧草平均产量提高了25%,按照鲜草收购价格280元/吨计算,可以产生直接经济效益1890万元/年,有效提高了当地农牧民的经济收入。

图5 核心区植被覆盖度年际变化

5 结论与建议

(1)本文从我国额尔齐斯河流域生态问题的基本现状出发,深入阐述了漓漫灌溉理论,构建了漓漫灌溉系统,合理地对重点生态功能区进行了漓漫灌溉分区,提出了生态需水量计算方法,确定了闸渠工程与灌区一一对应的靶区灌溉模式,在231万亩的河谷林草中,漓漫灌溉工程可控制河谷林草面积135万亩,通过地下水侧向补给控制面积96万亩,实现了漓漫灌区的全覆盖,为实施精细化生态调度奠定了坚实的理论基础和工程调控体系。

(2)漓漫灌溉相比较传统的农业灌溉,更加注重考虑生态的修复和保护。采用漓漫灌溉的方式相比传统“大水漫灌”,可以有效减少生态需水量,提高生态水的利用效率,以有限的水资源最大程度地达到河谷林草与湿地的生态保护与修复效果。

(3)对漓漫灌溉技术进行了实例计算,结果表明:计算的参考作物腾发量与河谷牧草生态需水规律一致,说明计算结果合理;河谷林草生态需水主要集中在4—9月份,其中,6—7月份生态需水最大,参考河谷林草生态需水,依据灌溉试验资料制定的漓漫灌溉制度能够为后期灌区用水管理提供依据。

(4)经过监测发现:河谷林草长势良好,且牧草产量有逐年增加的趋势;核心区植被覆盖度已恢复至75%左右。因此,通过生态调度与漓漫灌溉耦合,河谷林草的生态能够得到有效恢复和改善,当地农牧业的发展和农牧民生活的基本需求能够得到较大程度的提高。

研究成果对发展生态灌溉的理论和方法,具有重要的理论意义和应用价值;为河谷林草漓漫灌溉生态调度起始时间和流量过程阈值的界定奠定了技术支撑;对促进流域河谷林草、湿地等生态目标的改善和实施具有重要的现实意义;对确保流域社会经济用水与生态用水之间的相对均衡、保护与修复流域内河谷林草的生境提供了科学依据。目前,部分生态工程仍处于在建及待建状态,相关配套措施仍不够完善,漓漫灌溉和梯级水库群的调控系统尚未健全。今后需考虑更多的生态控制工程,以充分提高生态水量的利用效率。此外,当前额河流域生态保护与修复对象主要考虑了河谷林草,对河道内保护性鱼类的保护未做深入研究,下一步将综合考虑河道内、河道外的保护对象,开展更为系统与深入的生态保护与修复研究。

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