塔里木河流域水质演变规律及生态需水研究

阿德·阿布拉

(新疆塔里木河流域干流管理局，新疆 库尔勒 841000)

0 引 言

在经济活动过程中，流域生态环境的退化会对其造成较大的影响，塔里木河流域因经历过退化到恢复的过程而成为人们关注的焦点。因其农业规模加大，对水资源的依赖也不断增强，导致水环境问题不断增多，水质恶化日趋严重，特别是矿化度不断增加。为保护和恢复塔里木河流域生态环境，文章将对其演变规律和生态需水进行研究[1]。

1 塔里木河流域水质时空变化规律分析

流域所处地理环境与其水质演变存在必然的联系，且与该地的社会经济发展有一定的关联。水环境与人类活动相互影响，共同形成复杂的生态系统。从水环境的角度上看，人类的经济活动主要为水资源的索取以及排放。反之，人类的经济发展必须以水环境为基础和条件。

塔里木河流域的水环境演变受到多种因素的影响，但近年来，流域内不断增加的灌区以及农业生产，使塔里木河流域主灌区河道中加速涌入大量污染物，导致水体的污染和矿化度不断增多。不同的流域地段有着不同的成因，受限于篇幅，文章仅列出其中较为典型的流域。

1.1 塔河干流

塔里木河流域所处位置西高东低，且三面环山，为内陆封闭盆地，土壤中含有较多的易溶盐，其中的盐分极易被溶解，并会随着水流汇入到塔里木河中，且自肖夹克起即无新支流汇入，随着蒸发以及渗透的不断进行，支流中的水分不断减小而含盐量不断增多，此外，两岸农业灌溉区排出的盐碱水也会汇入到塔里木河干流中，因此，在多种因素的影响下，使得塔里木河的盐分不断增多[2-4]。

从时间演变规律进行分析可知，CODMn以及氨氮指标均有不断增加的趋势，其原因主要在于工业污水以及农田灌溉量等不断增长，平原区内湖、库等水体不断积蓄氮和磷等污染性物质，使得水中水生生物不断增加，进一步导致水体透明度降低，含氧量降低，水质变差。自2000年开展综合治理之后，塔里木河水体的CODMn和氨氮指标均有所降低，水质有所改善。在2000年以前矿化度不断增加的原因主要在于土地的开垦使得塔里木河的灌溉面积从35.11万hm2增长到84.4万hm2，每年所需引进的水量增加到150亿m3，相比于过去约有1倍以上的增长，导致干流的补水量从50亿m3降低到42亿m3。从整体上看，塔里木河干流存在较高的矿化度，且虽然整体上表现为持续降低的趋势，但仍然不容乐观。

从空间演变规律进行分析可知，塔里木河干流的CODMn表现出平缓降低的趋势，且上游的来水流量比下游的大，污染点较多，故上游段的阿拉干存在更高浓度的CODMn，塔里木河干流沿程有不断增加的氨氮，原因在于沿程存在较多的含氮污水排放。塔里木河沿程矿化度不断降低，其原因主要在于阿拉尔存在较多的农田排水，而中下游段的农田则较少。

1.2 阿克苏河

阿克苏河所处地形地势呈东高南低，具体可以划分成山区和平原两部分。因其所处地理条件无工业污水排放，因此其水流变化较为平稳，水质较好。阿克苏河周边以农业为主打产业，水体中的矿化度和CODMn主要来自于农业的灌溉排水。相比于新疆农药施用平均水平，该流域周边的农药用量较高。在农业生产过程中，病虫害可通过施加农药的方式进行防治，从而使作物产量得到提高，但若长期使用则会对土壤健康造成影响，并且容易以灌溉的方式流入河流中，影响下游水库水质，出现水体的富营养化，对生产造成影响。因此，随着每年不断增加的农药使用量，水中的污染物也在不断增长，进而呈现出CODMn以及矿化度指标持续增长的现象，而因为周边无大型工厂存在，故氨氮的变化较为平缓[5-6]。

阿克苏河因上游为出山口，故河流中以冰雪融水为主，有着较好的水质条件。但其沿程变化较大，河水存在逐渐增加的矿化度，碱性不断变强，CODMn以及氨氮浓度也在不断提升，其原因主要是沿程温度持续上升，导致水分蒸发过快，盐分浓度不断提高，同时，因地下水中存在较多化学物质，故地下水的补水量也存在较高的含盐量，此外，沿途植被逐渐变得稀少，人口逐渐增多，都导致CODMn、矿化度以及氨氮不断增加。

2 塔里木河流域生态需水研究

生态需水指的是在进行流域水资源开发时，在确保自然生态环境以及河流健康的前提下所需的输水量。当前，国内在进行生态需水计算时使用的是10年最枯月平均流量法，国外使用的是7Q10法等。考虑到文章所研究对象位于干旱区，且现有资料较少，故决定以改进的Tennant法计算生态需水量。在Tennant法的基础上，考虑到塔里木河水资源的现存状况，文章将一年用水划分为如表1所示的评价标准。

表1 Tennant法评价河流生态健康标准 %

Tennant法需使用天然流量作为资料计算，但近年来，塔里木河受到人类活动的影响较大，因此在对河道生态需水量进行计算时需先判别干流序列所受经济活动的影响，进而确定出天然径流流量。在不受经济活动影响时，短期内流域耗水量多为恒定值，主要为蒸发或渗透等。故经济活动对耗水量的影响可以采用判断河段耗水量的方式进行计算。塔里木河干流的阿拉尔水文站以及阿克苏河的沙里桂兰克水文站受经济活动的影响较小，故文章选用上述站点作为代表站点进行研究分析。

2.1 阿克苏河

对沙里桂兰克站各年份的径流模比数进行计算后，选取1.0模比系数作为典型年份进行分析，从上图可以看出，与1.0季节模比系数最为接近的年份为1982年，因此确定该站的1982年为典型年，其各个季节的径流量如表2所示。

表2 沙里桂兰克站1982年季节径流量 亿/m3

图1 沙里桂兰克站径流模比数随时间变化

对典型年份的径流量进行计算可知，一般用水期的年径流量为11.332223亿/m3，用水高峰期泽为13.05081亿/m3。使用Tennant法对沙里桂兰克站在生态健康前提下的生态需水量进行计算，可得如表3所示结果。

表3 阿克苏河河段生态需水量 亿/m3

经计算可知，沙里桂兰克站多年的平均径流量在一般用水期时为4.54亿/m3，状态极好，在用水高峰期时则在25.7亿/m3时为极好状态，说明在该时期内要确保生态系统健康则需上述最小需水量。

2.2 塔里木河干流

图2 阿拉尔站径流模比数随时间变化规律

同理，选用与1.0最为接近模比系数作为典型年，根据图中所示将典型年确定为1990年。其径流量数据如表4所示。

表4 1990年季节净流量

因阿拉尔站处于灌区，故其径流量存在较大干扰，特别是在用水高峰期时，其天然径流量需通过近似引用水量的方式进行还原。从现有资料可知，多年来阿拉尔有10亿/m3的年平均引水量，且时间与用水高峰期一致，而在一般用水期时的外部输水量较少，因此可将其看做是天然径流。对一般典型年份的径流量进行计算后可知，一般用水期的径流量为24.375166亿/m3，而用水高峰期的径流量则为27.28863亿/m3。采用Tennant法计算阿拉尔站所在支流在确保生态健康标准下的生态需水量，所得结果如表5所示。

表5 研究河段生态需水量 亿/m3

经计算分析，在一般用水期时阿拉尔站有8.94亿/m3的年平均径流量，用水高峰期则在34.3亿/m3的年平均径流量下才处于极好状态，因此可参考该最小需水量进行生态输水，以确保生态系统健康。

3 结 语

通过上述研究，文章主要得出如下结论：

1)从时间演变的角度上看，塔里木河干流以及阿克苏河的水质均表现出CODMn、氨氮不断增长；从空间演变的角度上看，塔里木河干流在整体上看为沿程CODMn以及矿化度不断降低而氨氮持续增长的趋势，阿克苏河则表现出CODMn、矿化度以及氨氮沿程均在不断增长的趋势。

2)塔里木河流域中的水污染在时空上所造成的影响因素主要为自然、气候以及人为因素。人口的不断增加以及经济活动越发频繁，导致污染点源数持续上升，最终导致水质的下降。通过Tenant法基于对多年平均径流量的计算，得到各河段在确保生态环境健康前提下的生态需水量，为后续生态输水提供数据支持。