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基于生态环境保护的和田河流域工程调控措施探析

2023-02-09妮,陈思,谢

水利规划与设计 2023年1期
关键词:塔里木河玉龙干流

赵 妮,陈 思,谢 蕾

(新疆水利水电规划设计管理局,新疆 乌鲁木齐 830000)

新疆的河流大部分都是内陆河,基本源于昆仑山、天山、帕米尔等高山高原,向着塔里木盆地汇聚而来,由于新疆远离海洋,它们最终被消纳于浩瀚辽阔的塔克拉玛干大沙漠中,形成了独具特色的内陆河景观。和田河是塔里木河的四大源流之一,从昆仑山脉一路向北,穿越塔克拉玛干沙漠,形成了唯一一条南北贯通的过水河流和绿色通道,成为沟通南、北疆的重要通道。作为和田地区最大的河流,保障着和田绿洲经济和自然生态,又被誉为“生命之河”“母亲之河”,也是生态脆弱区的重要生态功能载体。塔里木河盆地中有三大绿色走廊,包括叶河下游、和田河干流和塔河干流,其中和田河生态廊道是保存最好的自然生态体系,其健康是保持和田河流域稳定并向塔里木河输水的基础。自2001年国务院批复《塔里木河流域近期综合治理规划》以来,根据规划和实施方案的安排在和田河流域实施了灌区节水、平原水库改造、河道整治、生态堰、干流防风固沙等项目,流域内工程项目的实施为流域的生态环境维持和水资源的可持续利用奠定了一定的基础[1]。

1 基本概况

1.1 流域基本情况

和田河流域位于塔克拉玛干大沙漠南缘、昆仑山北麓,流域面积53550km2。东邻克里雅河流域,西接叶尔羌河流域,北入塔里木盆地腹地。流域途径和田五县一市和阿克苏地区的阿瓦提县。流域有喀拉喀什河和玉龙喀什河两大源流,其多年平均径流量均大于10亿m3,流域全长1127km,总径流量45.36亿m3[2],最终在肖塔水文站处汇入塔里木河。

和田河流域为暖温带极端干旱的荒漠气候。流域以冰雪融水补给为主,降雨补给为辅,径流年际变化小,年内分配不均,夏季径流约占全年径流的70%~80%,在横跨塔克拉玛干沙漠过程中,蒸发大、渗漏严重,水量大减,洪水期挟带大量泥沙进入塔里木河。

和田河流域水资源总量为49.98亿m3,其中地表水资源量为45.69亿m3;地下水补给量为16.40亿m3,其中天然补给量为4.2909亿m3。现状地表水可利用量达到为21.82亿m3,实际引用量已超出地表水可利用量。

1.2 绿色廊道情况

和田河绿色走廊由3段组成,第一段分布于支流喀拉喀什河卡瓦克乡至两河汇合口阔什拉什,河长40km,面积约270.48km2,水源为喀拉喀什河河水;第二段分布于玉龙喀什河塔瓦库勒乡至两河汇合口阔什拉什,河长44km,面积约127.21km2,水源为玉龙喀什河河水;第三段分布于和田河干流河段,长319km,面积约517.61km2,水源为玉龙喀什河和喀拉喀什河汇合后的干流。现状和田河绿色走廊植被总面积约915.30hm2。和田河绿色走廊植被以灰胡杨为建群种,伴生有胡杨、柽柳、芦苇、甘草等数十种植物,其灰胡杨被列为自治区1级保护植物。

和田河多年平均年径流量为45.36亿m3,多年平均情况下有近17亿m3的水量从和田河两河渠首下泄[3],其径流量主要集中在汛期的6—9月下泄,其余时间河道干枯,和田河下游两岸天然植被水分的直接补给源主要靠汛期洪水,6—9月的洪水期正是灰杨生长旺季,同时其灰杨种子逐渐成熟,洪水淡化了两岸的地下水,大洪水的漫溢进一步带动了灰杨种子传播,也有利于种子的着床和萌发,另外断根萌蘖也是灰杨繁殖的重要途径。

根据和田河河道疏浚整治工程河道纵断面实测结果分析,和田河干流主河道过流能力平均在300m3/s左右,超过此流量即可形成浅层漫溢,受两侧地形和沙丘阻挡,漫溢范围主要集中在1~2km的绿色植被带,漫溢范围相对较窄,而这种漫溢又是两岸植被生长繁衍所必须的;用10年一遇的洪水对干流河道过流能力进行复核,其洪水位均在以主河槽为主的3km左右的范围内。由绿色走廊现状调查可知,绿色走廊植被带宽度在0.5~3km之间,以灰胡杨为主要建群种,该树种可利用洪水漂种、着床和萌蘖更新,现状在河岸边缘有狭窄的多代萌芽的中幼林,外缘则是盐碱地、风蚀沙丘,灰杨极少,多为成熟和衰退胡杨林。

根据研究1990—2015年间,和田河干流段有林地面积减少653.28hm2,减幅为1.98%;灌木林地和疏林地面积呈小幅增加,分别增加了958.38、164.86hm2,增幅分别为7.83%、2.91%。总的来看,该河段河岸林面积有所增加,增加了469.97hm2,增幅为0.92%;其中高覆盖度草地、中覆盖度草地面积有所减少,分别减少了144.15、462.53hm2,减幅分别为14.74%、14.70%;低覆盖度草地面积有所增加,增加了2319.38hm2,增幅为3.34%,整体表现出高、中覆盖度草地向低覆盖度草地退化的趋势[4]。

2 流域生态环境存在的主要问题

自塔里木河实施近期综合治理以来,有关学者针对和田河流域的变化开展了相应的研究。和田河流域地处干旱区,水资源是居民生活和经济社会发展的关键因素,经济发展依靠水资源支撑,且流域大部分人口、城镇和其他基础设施集中分布于玉龙喀什河、喀拉喀什河渠首之两河汇合口的平原灌区,其流域的生态环境问题受到自然因素和人为因素的影响较大。

2.1 输水目标完成情况影响下游生态

国务院批复的《塔里木河近期综合治理规划报告》(国函〔2001〕74号文)中明确要求和田河多年平均向塔里木河输水9亿m3[1]。2008—2013年,肖塔断面在丰、平、枯不同来水条件下,断面实测生态水量均小于《水量分配方案》中的应下泄水量,年平均差值为6.6亿m3,主要是由于部分治理工程未发挥效益及用水计划未能严格执行;2014—2019年随着灌节水改造、地下水合理开发利用以及平原水库改造等项目的实施,加之实施最严格水资源管理制度,实际年平均差值仅为0.4亿m3[5]。通过遥感影像对和田河干流荒漠河岸林植被面积与植被覆盖率进行分析,天然植被随和田河上游来水情况有所变化,通过实地调查分析,和田河干流灰杨、胡杨种群的大小级结构呈纺锤形,以中树最多,幼苗与幼树占总数的19.2%,胸径20cm以上的大树占总数的8.0%,总体表现为成年树多于幼树,群落存在衰退的风险,植被呈现退化趋势。如图1所示,疏林地占比较高,但高、低覆盖度草地整体呈下降趋势[6]。

图1 不同时期和田河干流植被面积变化图

2.2 气候变化影响洪水的发生

近年来受气候变化和极端天气的不利影响,全球平均地面气温升高0.74℃,而随着气候的变暖,风速也随之发生变化,风沙灾害是和田河流域最主要的气象灾害之一[7],春秋季节盛之,生态廊道对于减少沙漠侵袭、改善绿洲生态环境质量发挥着不可替代的作用,沙尘天气频次和强度的变化则反映了生态廊道工程完整与否的重要标志。且气候变化影响洪水的发生,和田河2支流汛期洪水历时较长,盛夏大规模的冰雪消融是河流洪水形成的最基本原因,如遇暴雨洪水混合,形成较大的混合洪水,突发性洪水往往对下游农田、村庄、生态环境等造成较大破坏。

2.3 水资源供需矛盾导致局部河段水生态功能退化或萎缩

和田河水生态功能退化或萎缩的重点河段是玉龙喀什河出山口玉龙喀什水利枢纽和喀拉喀什河出山口喀拉喀什水利枢纽的以下河段。由于长期存在经济、生活用水与生态用水的尖锐矛盾,且很长时间以来,受当时人们对生态环境认识水平所限,为了保障社会经济发展,有限的水资源科学调度效率不高,导致生态用水被挤占[8]。这不仅仅是和田河流域存在的水生态问题,这也是较为普遍的现象,尤其是水资源短缺、禀赋较差的地区尤为突出。

2.4 人类活动导致绿色走廊生境变差

随着玉龙喀什河灌区人口不断增长,毁林开荒、采集中草药而破坏植被的现象时有发生,随着灌溉面积增加,和田河下泄水量减少,降低了河道两侧漫滩与阶地的地下水水位,从而导致距离河道较远、依靠河道地下水生长的乔木与灌木的衰退或死亡,进而威胁绿色走廊的生存。且玉龙喀什河盛产和田玉,和田玉原生矿基蕴藏在上游昆仑山山岩中,矿石因长期风化裂解崩落,由夏季洪水裹挟不断碰撞、滚磨,剥落表层杂质,露出美玉质地,散落在中下游河道中。近20年来,随着和田玉价格飞涨,河流山区和平原河谷均存在人工挖玉引起的滥掘乱挖,河滩破环严重,挖出的砂石无序堆放,不仅严重破坏了沿岸的生态环境,还影响了防洪安全[9]。

3 生态环境保护对和田河治理的要求

3.1 满足和田河向塔河输水要求

《塔里木河近期综合治理规划报告》要求多年平均情况下和田河向塔里木河输水9.0亿m3(肖塔水文站断面),并提出了相应的工程措施,主要包括灌区常规节水、高新技术节水、平原水库改造工程、地下水开发利用工程、河道整治工程等工程措施和相应的管理措施[10]。

3.2 满足和田河下游绿色走廊生态用水需求

受水资源配置及水文情势变化等影响,可能会对和田河尾闾分布的植被水源产生影响,现状和田河绿色走廊植被总面积约915.30hm2,其两岸的植被所需的水分主要是靠大水漫灌和地下潜水的补给[11],而潜水蒸发法适合于干旱区植被生存主要依赖于地下水的情况,也常用于流域河道内外生态需水量的计算。王亚军[12]提出了和田河流域生态廊道保护的生态需水量,郭宏伟等[13]提出天然植被生态需水红线,以及和田河流域综合规划、和田河流域生态修复与保护规划中均对生态廊道的生态需水量进行了研究,研究得出和田河天然植被生态需水总量为8.85亿m3,其中,重点生态保护区生态水量占57.6%,生态敏感区生态需水量占42.4%,如图2所示。

图2 和田河重点生态功能区和生态敏感区生态需水量占比情况

3.3 满足陆生水生生态保护目标

合理配置水资源,防止新增河道断流现象,各梯级工程下泄流量不低于流域控制断面生态基流。基本维持和田河流域自然生态系统的结构和功能,维持流域景观生态体系的完整性、稳定性和生物多样性。保护河流水质,使其满足水质目标。维持适宜河流稳定的水温条件,避免对水生生态及农业灌溉产生明显的不利影响。

4 工程调控措施

4.1 修建生态闸,提高干流输水能力和速度

根据和田河两岸绿色走廊植被分布情况,布设生态闸工程,防止绿色走廊衰退及土壤沙漠化,确保胡杨繁衍季能够成功繁育更新。生态闸是塔里木河干流区域特有的水资源调配途径,其目的就是向干流堤外侧的自然生态区域输水维持区域内天然植被的生长[14],参照塔里木河干流上灿木里克生态闸的漫溢模型及建成后的运行情况,了解生态闸的漫溢过程、方式、时间和生态效益,为后续建设生态闸提供参考依据。据有关报道(央视新闻江河奔腾看中国),2022年7月6日新疆启动向塔里木河下游生态输水工作,这是2000年以来,新疆第23次向塔里木河下游实施生态输水。输水有效遏制了下游生态严重退化的局面,水区地下水水位抬升、水质好转,动植物物种和数量增加,水环境得以改善,塔里木河流域焕发勃勃生机。

4.2 修建山区水库,消减洪峰实现多库联调

和田河干流河道具有“宽、浅、散、乱”的特性,为落实和田河向塔里木河生态供水目标,在缺乏控制性枢纽的玉龙喀什河上修建“龙头型”大型水利枢纽,调控玉龙喀什河水量,并与已建的乌鲁瓦提水利枢纽进行联合调度,集中加大汛期6—9月两河下泄生态流量,使两河坝址断面联合下泄生态流量达到600m3/s,提高输水效率,减小综合损失率,保证下泄塔河输水水量。通过长系列径流调节计算,玉龙喀什水利枢纽最大生态补泄流量294m3/s,所需生态调节库容2.57亿m3。通过与乌鲁瓦提水库联合调度,满足向塔里木河多年平均下泄生态水量9.0亿m3的目标。工程开发任务主要是在保证向塔里木河下泄生态水量目标的前提下,通过与乌鲁瓦提水利枢纽联合调度,调控生态输水、灌溉补水,结合防洪,兼顾发电等综合利用[15]。玉龙喀什水利枢纽是国务院确定的172项重大水利工程之一,目前已开工建设。

4.3 修建河道生态防洪工程,减少洪水险情

和田河属游荡性沙质河床,河流比降大,中小洪水流速快,严重冲刷河岸,随着山区水库和河道防洪工程的建设,和田河流域初步形成了“堤库结合”的防洪工程总体布局,城区段河段均已达标,但乡村及郊区河段仍未达标,可通过新建堤防、护岸、涵闸等工程,并对现有防洪堤进行加固,使治理河段均达到治理标准,减少洪水险情和隐患,阻止或减缓部分河段的摊岸坍塌趋势,减少损失,保护岸上植被,配合水库联合调度、监测预警和监督管理等非工程措施建设,保障两岸区域安全。

4.4 实行最严格水资源管理制度,实现流域科学统一管理

针对田河流域管理体制不顺、流域内水资源管理失衡和生态环境劣变等诸多问题,为实现流域水资源的统一调度管理,促进流域内社会、经济、生态环境可持续发展,2011年,根据自治区人民政府决定,在塔里木河流域建立流域水资源管理新体制,整合兼并了现有源流管理机构,将和田河流域管理局整建制(包括河道水工程)移交塔里木河流域管理局,形成了“四源一干”流域管理的新格局[16]。今后将通过实施严格的取水许可制度,流域管理和区域管理相结合,加强对流域取水总量控制,逐步完善流域水资源统一管理和运行的各项措施,进一步强化山水林田湖草沙冰的系统治理,建立生态修复补偿机制和生态建设补偿机制,促进流域水资源统一调度配置的科学管理。

5 结论及建议

水资源短缺,供需矛盾突出,是制约新疆经济高质量发展和生态文明建设的首要问题和关键因素,稳定绿洲面积、调整绿洲结构,是新疆生态建设的重点内容,当前如何加大对和田河绿色走廊的保护力度,改善流域生态环境现状进而巩固塔河生态治理的成果是亟待研究和解决的问题。习近平总书记立足新发展阶段提出“建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计”,结合和田河流域生态特征和在塔里木河流域水系中的生态地位,应将山水林田湖草沙作为一个生命共同体,统筹四水共治,系统解决水问题,建设流域生态安全保障区、人与自然和谐相处示范区,将有利于维护干旱区流域绿色廊道稳定,发挥廊道的生态效益,有效推动和田经济社会高质量发展。

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