一、塔里木河下游地下水位狀況

水資源是維持荒漠生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的主要因素之一。干旱區(qū)水資源的形成、轉(zhuǎn)化與消耗具有自身的特點(diǎn)。受人類活動(dòng)的影響，內(nèi)陸河流域的水資源時(shí)空分布發(fā)生了明顯變化，上游用水量增大，致使下游地區(qū)水資源銳減，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降。水資源的短缺及不合理利用，特別是生產(chǎn)用水及生態(tài)用水的矛盾長(zhǎng)期得不到解決，造成了天然植被衰退、土壤干旱、鹽漬化、沙漠化發(fā)展，加之大風(fēng)及沙塵暴頻繁，生態(tài)環(huán)境脆弱特征明顯。

塔里木河是我國(guó)最大的內(nèi)陸河，干流總長(zhǎng)1321　km，流域總面積102萬(wàn)km²，多年平均天然徑流量398.3億m³，水資源總量429億m³，是我國(guó)最長(zhǎng)的內(nèi)陸河，以其鮮明的地域特色和突出的水資源與生態(tài)問題著稱于世。流域內(nèi)降水稀少，地帶性荒漠植被十分稀疏，對(duì)生態(tài)環(huán)境起重要作用的是依靠地下水而發(fā)育的非地帶性中生和旱中生植被，它們主要分布在河旁、湖邊及扇緣溢水帶。其生長(zhǎng)狀況與地下水埋深的關(guān)系十分密切(樊自立等，2004)。塔里木河流域歷史上植被較好，但是近50年來(lái)，塔里木河在以水資源開發(fā)利用為核心的大強(qiáng)度人類經(jīng)濟(jì)、社會(huì)活動(dòng)作用下，流域水環(huán)境與自然生態(tài)過程發(fā)生了顯著變化。尤其是塔里木河下游，近30年來(lái)，由于上游水資源的高強(qiáng)度開發(fā)，致使下游河道斷流321　km。地下水位大幅度下降，大部分地區(qū)下降到8～12　m，由地下水過程維系的天然植被嚴(yán)重衰敗。胡楊林大面積衰敗，林間沙地活化。夾持在塔克拉瑪干沙漠與庫(kù)姆塔格兩大沙漠之間的“綠色走廊”日益萎縮，瀕臨毀滅。自1972年以來(lái)，塔里木河下游320　km河道開始斷流，兩岸大面積紅柳、胡楊林生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重退化，生態(tài)環(huán)境十分脆弱，流域中下游人民群眾的生存發(fā)展受到嚴(yán)重威脅，引起了黨和國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人的高度重視以及國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。

“有水則綠洲，無(wú)水則荒漠”。歷史上，塔里木河干流地區(qū)較多的來(lái)水和特殊的氣候條件造就了天然綠洲景觀，然而自20世紀(jì)50年代以來(lái)，塔里木河流域漸漸失去了它往日的風(fēng)采。分析其原因主要有以下幾個(gè)方面：

1.1　氣候干旱，降水稀少，源流來(lái)水量不斷減少

塔里木河流域遠(yuǎn)離海洋，三面高山環(huán)繞，流域平均年降水量?jī)H為236.7　mm，是典型的大陸性干旱氣候區(qū)。流域水資源匱乏，產(chǎn)水模數(shù)僅有9.2萬(wàn)m³·km^-2，不到全國(guó)平均值的1/3。塔里木河干流流經(jīng)塔克拉瑪干大沙漠北緣，年均降水量只有41.1　mm，干旱指數(shù)高達(dá)28～80，屬極端干旱地帶，干流汾河兩岸的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)用水，全靠源流下泄水量維持。隨著源流地區(qū)人口和灌溉面積的大幅度增加，進(jìn)入塔里木河干流的水量逐年減少，導(dǎo)致塔里木河干流下游地區(qū)生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重惡化。

1.2　流域治理缺乏統(tǒng)一規(guī)劃

塔里木河流域水資源長(zhǎng)期以來(lái)分屬各地、自治州、兵團(tuán)等多方面管理，沒有形成全流域的統(tǒng)一管理機(jī)構(gòu)。1997年雖然成立了塔里木河流域水利委員會(huì)和塔里木河流域管理局，負(fù)責(zé)流域水資源統(tǒng)一管理工作，但是由于各源流控制性引蓄水工程及流域管理機(jī)構(gòu)分屬各地區(qū)管理，特別是長(zhǎng)期形成的以地域?yàn)閱卧膮^(qū)域管理觀念較深，塔里木河流域管理局對(duì)流域水資源難以實(shí)施有效的統(tǒng)一調(diào)度、合理配置，難以協(xié)調(diào)地方和兵團(tuán)、源流與干流、生產(chǎn)與生態(tài)的用水關(guān)系。

1.3　無(wú)序過度開發(fā)，浪費(fèi)嚴(yán)重

隨著人口增加，塔里木河流域灌溉面積發(fā)展迅速，濫墾、濫樵嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1991年以來(lái)，干流地區(qū)新開墾荒地已超過3.3萬(wàn)hm²。塔里木河上游三源流的人口和灌溉面積也分別從1950年的156萬(wàn)人和34.8萬(wàn)hm²。增加到1998年的392萬(wàn)人和125.5萬(wàn)hm²。灌區(qū)用水量從20世紀(jì)50年代的50多億m³增加到現(xiàn)狀的153億m³，用水增長(zhǎng)了近2倍。在用水量大幅度增加的同時(shí)，用水效率卻很低。現(xiàn)有灌區(qū)配套很差，渠道防滲率僅21%，渠系利用系數(shù)只有0.32～0.46，灌溉技術(shù)和管理落后，大水漫灌十分普遍，毛用水定額每畝高達(dá)1000～2000　m³，浪費(fèi)十分嚴(yán)重。

1.4　水利工程建設(shè)布局不合理，缺乏控制性骨干工程

一是源流缺乏山區(qū)控制性調(diào)節(jié)工程。塔里木河各源流多以冰川融雪補(bǔ)給為主，徑流年內(nèi)分配嚴(yán)重不均，主要集中在汛期的6～9月，且主要為洪水，而3～5月灌溉季節(jié)來(lái)水量很少，需水量卻占全年需水量的30%以上。由于缺乏控制性調(diào)節(jié)工程，來(lái)、用水過程極不協(xié)調(diào)，洪水災(zāi)害與缺水并存。二是平原水庫(kù)過多，蒸發(fā)滲漏損失大。塔里木河“四源一干”共建平原水庫(kù)76座，年蒸發(fā)滲漏損失水量約20億m³。水庫(kù)水利用率僅30%左右。三是干流中游地區(qū)引水口增多，且大多數(shù)無(wú)永久性控制工程；渠系布局不合理，工程配套差，渠道大多數(shù)幾乎沒有采取任何防滲措施；田間大水漫灌，散失嚴(yán)重。

發(fā)育在沙漠環(huán)境中的塔里木河流域是我國(guó)著名的內(nèi)陸河流，由發(fā)育于山區(qū)融雪河流組成源流和干流組成。河流流域東南北三面環(huán)山，高大的山脈分別切斷了印度夏季風(fēng)、西風(fēng)帶和北方水氣流的輸送路徑，使得這一區(qū)域降水量奇少，氣候條件極為干旱，生態(tài)環(huán)境極其脆弱。同時(shí)由于流域擁有良好的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，近50年來(lái)流域內(nèi)的水土開發(fā)活動(dòng)一直不斷進(jìn)行著，尤其上中游的水資源的重新分配，使下游地區(qū)的來(lái)水驟減，由20世紀(jì)50年代的13.53億m³減至20世紀(jì)90年代的2.84億m³。1959年為保證下游地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，修建了大西海子水庫(kù)，該水庫(kù)以下河道的水量從減少至1979年完全斷流，至20世紀(jì)90年代末，大西海子水庫(kù)以下河道斷流有20多年的歷史。地表水供水中斷干旱區(qū)域又無(wú)其他水源補(bǔ)給，在蒸發(fā)強(qiáng)烈條件下，必然造成地下水的下降。由于水源條件的惡化，依靠水生存的植被也必然走向衰亡，植被的衰亡又使得土地荒漠化趨勢(shì)加劇，使下游區(qū)本身就較為惡劣的自然環(huán)境更加惡劣，從而下游區(qū)域內(nèi)的水問題轉(zhuǎn)變成生態(tài)問題。

荒漠化是指包括氣候變化和人類活動(dòng)在內(nèi)的多種因素造成的干旱、半干旱及亞濕潤(rùn)干旱區(qū)的土地退化。引起土地退化的因素很多，它是氣候、土壤、地質(zhì)、地貌、植被、水文等自然因素與人為因素共同作用的結(jié)果。在塔里木河下游這一特定區(qū)域，近50年來(lái)，氣候變化不顯著，而人類不合理的開發(fā)活動(dòng)是造成該地區(qū)沙質(zhì)荒漠化程度不斷加重的主要原因。其沙漠化過程可以用一個(gè)關(guān)系式表述：人類不合理的開發(fā)活動(dòng)——塔里木河下游斷流——地下水位下降——土壤含水量下降——地表植被生態(tài)系統(tǒng)退化、多樣性喪失——地表出現(xiàn)沙漠化景觀——“綠色走廊”衰退并逐漸失去植被保護(hù)——災(zāi)害性天氣頻度和強(qiáng)度增大——胡楊林及灌木死亡——進(jìn)一步加劇沙漠化進(jìn)程——塔克拉瑪干與庫(kù)姆塔格兩大沙漠合攏。在塔里木河下游地區(qū)，地下水位和土壤水的變化是造成該地區(qū)沙漠化程度不斷加重的兩個(gè)重要驅(qū)動(dòng)因子。地下水位的變化引起土壤含水率的改變，而土壤水分含量的高低直接影響植被的生長(zhǎng)和地表土壤抗風(fēng)蝕、沙化的能力，當(dāng)這一變化超過一定限度后，植被就會(huì)衰敗乃至死亡(徐海量等，2003)。

塔里木河下游斷流河段區(qū)域氣候干旱少雨(年降水量17.4～33.6　mm)，強(qiáng)烈的蒸發(fā)(年蒸發(fā)量2　671.4～2　902.2　mm)使得微不足道的大氣降水很快蒸發(fā)殆盡，對(duì)地下水補(bǔ)給無(wú)任何意義，而地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源是區(qū)內(nèi)地表水。區(qū)域內(nèi)地下水徑流從徑流特性方面可分為縱向和橫向兩種徑流形式。在縱向上地下水徑流主要受地形的控制，地下水徑流與河流流向基本一致，由于水力坡度甚小，加上含水層透水性較差，徑流速度很小，使縱向徑流顯得特別滯緩，甚至成停滯狀態(tài)。在橫向上地下水徑流主要受河水位的控制，由于河水水位始終高于地下水位，形成了從河道中心向河道兩側(cè)的橫向徑流，而且地下水經(jīng)常受到河水滲漏補(bǔ)給影響，使橫向徑流顯得相對(duì)活躍一些。區(qū)內(nèi)地下水主要以潛水蒸發(fā)形式排泄，但該區(qū)地下水埋深現(xiàn)已很大，故排泄量很小。該區(qū)含水層主要由顆粒細(xì)小的細(xì)沙和粉細(xì)沙組成，透水性和導(dǎo)水能力均較差，水力坡度小，水流滯緩，地下水水動(dòng)力交替條件很差，溶濾了河湖相巖層中的大量鹽分，加上強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用，地下水中的鹽分大量濃縮富集，使地下水礦化度很高(阿里木·吐爾遜，2003)。

塔里木河下游為下切彎曲性河流，河床縱比降僅為3%。在塔里木河下游地區(qū)干旱區(qū)域內(nèi)的沙質(zhì)土壤顆粒十分有利于土壤中的水分運(yùn)動(dòng)，在蒸發(fā)強(qiáng)烈的環(huán)境條件中，由于缺乏地表水和降水的供給，土壤水分降低很快，上層土壤變得干燥；在毛細(xì)管作用下，地下水不斷地上升補(bǔ)給上層土壤水分，致使塔河下游地下水位有較大的變化，水位下降很快，20世紀(jì)90年代末塔河下游地下水的埋深沿河道兩側(cè)1　km左右一般在8～12　m，而在20世紀(jì)60年代，塔里木河下游地下水沿河道埋深一般在3～5　m，塔里木河下游地下水位的消退，植被生長(zhǎng)所依賴的土壤水也不斷減少，水分條件的惡劣使植被不能充分生長(zhǎng)而呈衰敗相(徐海量等，2003)。此外，由于區(qū)域內(nèi)的水層土壤沙質(zhì)較細(xì)，水層透體較多，且地形又較平緩，地下徑流條件差。地表水供給條件惡劣，以及本區(qū)段是整個(gè)流域的尾閭，這些條件綜合作用使本區(qū)地下水不僅礦化度較高，化學(xué)成分也較為復(fù)雜，并表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。地下水水化學(xué)特征不僅受控于流域內(nèi)地下水補(bǔ)給和排泄的條件，而且受控于地質(zhì)、地貌、氣候等自然環(huán)境的影響，可以說(shuō)地下水水化學(xué)特征是流域內(nèi)各種因素長(zhǎng)期綜合作用的結(jié)果。地下水的埋深則主要受補(bǔ)給源的影響。在有地表水源供給的情況下，地下水的埋深也具有明顯的條帶性規(guī)律，即離補(bǔ)給源較近處地下水埋深較淺，離補(bǔ)給源較遠(yuǎn)處地下水位埋深較深。在持續(xù)20年無(wú)地表水源供給的情況下，地下水埋深的條帶性規(guī)律并不像水化學(xué)特征那樣顯著，這是因?yàn)殡S著地下水位的下降，土壤中毛細(xì)管的作用將逐漸減弱，至某一地下水位時(shí)毛細(xì)管將不再起任何作用，地下水失去與地表的聯(lián)系，地下水位處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，此時(shí)下游段地下水位無(wú)論離河道遠(yuǎn)近，都保持在相近的地下水位上。經(jīng)過長(zhǎng)期的演變，塔河下游地下水具有明顯的水化學(xué)特征，即：水平和垂直地帶性分布規(guī)律；水化學(xué)成分變化的區(qū)間性；高礦化地下水的普遍性。地下水埋深在斷流20多年后河道附近地下水水位為6.5～10　m。地下水的水化學(xué)特征的變化與地下水埋深相比是緩慢的，只要有水源供給，地下水位會(huì)很快得到回升，而水化學(xué)特征的變化卻不明顯。眾所周知，水是維持干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)最重要的因素。干旱化、沙漠化、鹽漬化一直成為左右塔里木河下游末端生態(tài)環(huán)境的主要因素，也使得該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境成為沿“三化”惡性發(fā)展的典型地區(qū)。在地處干旱區(qū)的塔里木河下游，地下水位的高低是景觀生態(tài)整體功能強(qiáng)弱的關(guān)鍵。近些年，水資源的不合理利用引起的地表植被的退化是加速流域土地沙化的主要原因。1958年到1993年間，流動(dòng)沙丘面積從占土地面積的44.34%上升到64.47%，其中，強(qiáng)度和極強(qiáng)度沙漠化土地增加了3.12%和3.56%。為恢復(fù)和重建嚴(yán)重受損的生態(tài)系統(tǒng)，拯救塔里木河下游日益萎縮的“綠色走廊”，于2000年5月開始向塔里木河下游斷流30年的河道實(shí)施生態(tài)輸水工程。目的是借助向塔里木河下游斷流河道輸水，通過河水下滲，補(bǔ)給和抬升河道附近的淺層地下水，使其升高至天然植被適合生長(zhǎng)的范圍，以挽救日益衰敗的天然植被，促進(jìn)塔里木河下游生態(tài)保育(陳亞寧等，2003)。

塔里木河下游的植被主要是非地帶性中旱生植物，在干旱脅迫環(huán)境下，地下水和土壤水分是維系胡楊、檉柳、蘆葦?shù)忍烊恢参锷娴闹饕矗?1)塔里木河下游大部分地區(qū)的天然植物生長(zhǎng)已受到干旱脅迫。從野外實(shí)地調(diào)查和胡楊對(duì)地下水位變化的生理響應(yīng)分析可見，橫向上，隨著遠(yuǎn)離輸水河道、地下水位埋深增加，植物生長(zhǎng)受干旱脅迫的程度加大；縱向上，由下游上段的亞合甫馬汗斷面至下段的阿拉干斷面，胡楊的干旱脅迫程度增強(qiáng)。胡楊當(dāng)年生小枝長(zhǎng)度、當(dāng)年生小枝上的平均葉數(shù)以及胡楊的冠幅和郁閉度等的實(shí)測(cè)結(jié)果也反映出相似的變化特點(diǎn)。(2)塔里木河下游以胡楊為主體的天然植被的生存主要是靠淺層地下水維系，因而，天然植物的生長(zhǎng)、衰敗和重建與地下水位變化密切相關(guān)。通過對(duì)塔里木河下游間歇性輸水過程的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，自2000年開始向塔里木河下游輸水以來(lái)，河道附近的地下水位呈逐級(jí)抬升過程。在塔里木河下游輸水河道的上、中段的部分區(qū)域，河道附近地下水位已由輸水前的5～8　m抬升到了2.5～5　m，塔里木河下游主要建群種胡楊等植物的生長(zhǎng)得到了明顯改善。其中，靠近輸水河道的植被生長(zhǎng)較好，而隨著遠(yuǎn)離河道，植被生長(zhǎng)狀況變差。反映生態(tài)輸水對(duì)塔里木河下游植被的恢復(fù)起到了積極作用(陳亞寧等，2004)。

自2000年以來(lái)，隨著向塔河生態(tài)輸水次數(shù)和輸水量的增加，輸水河段兩側(cè)的地下水位對(duì)生態(tài)輸水產(chǎn)生了明顯響應(yīng)：橫向上，地下水的響應(yīng)范圍逐漸擴(kuò)大，但隨遠(yuǎn)離輸水河槽中軸線，響應(yīng)程度逐漸減小，地下水位的抬升幅度減弱；縱向上，輸水河段上游區(qū)段地下水位響應(yīng)范圍最大，中游區(qū)段次之，下游區(qū)段較小。在英蘇斷面的地下水響應(yīng)范圍超過1000　m，而下段的依干布及麻僅為500　m左右。并且，地下水位的抬升幅度也表現(xiàn)為由上游段至下游段逐漸減弱的態(tài)勢(shì)，在靠輸水源——大西海子水庫(kù)近的上游區(qū)段地下水抬升幅度較大，達(dá)84%；中游段次之，下游段則抬升幅度較小，僅為6%。反映了輸水量與輸水持續(xù)時(shí)間與地下水位變化的密切關(guān)系。輸水后平均水位也發(fā)生了變化：5次輸水后平均水位從輸水前的－8.25　m(標(biāo)準(zhǔn)差1.89)上升至輸水后的－7.65　m，－5.96　m，－5.53　m，－4.44　m，－4.13　m，上升幅度分別為7%，28%，33%，46%，50%(徐海量等，2003)。

在間歇性輸水條件下塔里木河下游河道兩側(cè)區(qū)域內(nèi)地下水的運(yùn)動(dòng)具有一定的規(guī)律性：(1)　隨著輸水的持續(xù)，河道兩側(cè)區(qū)域地下水位雖有明顯的上下波動(dòng)，但整體上來(lái)說(shuō)具有上升的總趨勢(shì)。其中離河道不同遠(yuǎn)處的點(diǎn)地下水位上升幅度也有所不同，離河道越近水位上升幅度越大，而離河道越遠(yuǎn)水位上升幅度就越小。(2)　隨著河道充水和停水的重復(fù)交替進(jìn)行，河道兩側(cè)區(qū)域地下水位也相應(yīng)地發(fā)生周期性上下波動(dòng)。其中地下水位波動(dòng)周期主要與整個(gè)輸水過程河道充水和停水時(shí)間的周期性特征有關(guān)，而離河道不同遠(yuǎn)處的點(diǎn)水位波動(dòng)幅度主要與離河道的距離有關(guān)，即距離越小波動(dòng)幅度越大，距離越大波動(dòng)幅度就越小。(3)　當(dāng)河道充水時(shí)，河道兩側(cè)不同點(diǎn)的地下水位恢復(fù)從時(shí)間上來(lái)講表現(xiàn)出一定的滯后特征，也就是說(shuō)，河道近處水位恢復(fù)速度較快，而河道遠(yuǎn)處水位恢復(fù)速度相對(duì)較慢(趙東曉，2003)。