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新疆干旱区流域生态需水问题研究
唐数红
摘 要
生态需水是当前干旱区流域水资源管理的重要问题。通过对新疆平原区荒漠和绿洲两种生态系统的分析，特别是对天然绿洲生态系统中人工绿洲水资源利用方式及过程的分析，尝试性提出生态需水量在流域规划和水资源管理中的定位、不同生态系统的保护方式和基本生态水量的确定方式，并简述了新疆奎屯河流域以生态退水作为恢复流域生态水量的实例。
关键词 干旱区 流域 生态需水
干旱区的流域水资源管理存在如下重要问题：流域的生态需水如何定位，生态需水的基本数量如何确定，在水资源管理上如何实现生态水量的基本保证。笔者在从事流域水资源管理和流域规划管理工作中认识到，生态需水问题远不仅是理论上的探讨，它已成为关系到干旱区流域水资源开发利用模式、工程布局合理性和绿洲能否持续发展甚至继续生存的现实问题。在干旱区，流域开发的过程是逐步挤占天然植被生长空间和水资源的过程，流域的生态需水问题，本质上讲不是生态需要多少水，而是我们在规划和管理中打算留给它多少水，从而不造成环境恶化并危及流域的生态安全，最终目的是实现流域的可持续发展。
一、干旱区生态系统的类型
中国西部干旱区年降水量250mm以下的广阔平地、台原与低山均属于温带荒漠景观，其中新疆是典型的干旱性气候，集中表现为气候干燥，广大平原区降水低于150mm，蒸发大于2000mm，基本无降水径流发生，盆地中部存在大面积荒漠无流区。在降水大于100mm的区域有部分荒漠植被生长，其他区域则是沙漠和荒漠戈壁，形成干旱区典型的荒漠生态系统。
由于有天山、阿尔泰山和昆仑山拦截高空水气，新疆山区降雨充沛，再加上号称“固体水库”的众多高山冰川调节，形成了全疆570多条大小河流和博斯腾湖、乌伦古湖、艾比湖等100多个大小湖泊。傍河、湖而生的天然植被，大多分布在地下水位较高的河漫滩、低阶地、湖滨及低洼地，依靠洪水漫溢或地下水维持生命，沿河形成宽窄不一的由乔木、灌木、草组成的绿色植被带。这些大小不等而相互分隔的近800个绿洲，形成了占新疆幅员面积8.6%、与其他区域完全不同的天然绿洲生态系统。
荒漠生态系统和天然绿洲生态系统是干旱区最典型的两种生态系统。从植被对水的依赖方式和程度讲，前者主要靠少量天然降水维持生存，后者则需要大量和持续的水源保证。因此，干旱区的生态环境问题也相应分为两类，它们产生的原因不同，其保护和恢复的方式也完全不同。
二、荒漠生态系统利用水资源的方式及保护方式
荒漠生态系统主要以沙漠、砾漠、土漠和盐漠为主体，与新疆自然条件相对应，是新疆的生态本底。荒漠生态系统根据降水量，又分为不同的两种类型。新疆南部的塔里木河流域和东部的吐哈盆地，降水量不足100mm，属极干旱荒漠，其植被极度稀疏或无植被；新疆北部的准噶尔盆地，降水量在150mm左右，属一般的干旱荒漠，有部分荒漠植物种类和一定植被覆盖度。这些植被具有较强的防风固沙效果，使准噶尔盆地的古尔班通古特沙漠与塔里木盆地塔克拉玛干沙漠完全不同，基本为固定或半固定沙丘。
由于荒漠植被基本靠天然降水维持，不存在流域规划和水资源管理中的生态需水问题，在规划和管理中可不对其进行水资源配置，保护和恢复的主要措施是防止人类活动对其造成破坏。20世纪六七十年代的过度樵采曾使荒漠植被破坏严重，目前在天山北坡准噶尔盆地沙漠南缘普遍出现的“一户人，一口井，一群羊，一片地”的开发模式，对该区域的荒漠植被造成很大威胁。由于荒漠植被极易因牲畜过度啃食和不合理开发而遭到破坏，引起风蚀或流沙，产生土地沙漠化现象，所以用人工草场替代荒漠草场，将牲畜转移到农区饲养，并禁止在该区域进行垦殖等措施，是我们在流域规划和流域水资源管理中保护和恢复生态植被的主要形式。
三、绿洲生态系统利用水资源方式
天然绿洲生态系统以河流为中心分布。在河流出山口进入平原区后，沿河流垂向距河流由近到远，河流补给水量由多变少，植被以林、灌、草顺序分布，最后与荒漠区相接。沿河流流向，河流两岸分布着以河岸林、河谷林为主体的天然植被，河流一般是以尾闾湖为终点。河流水量补给是天然绿洲的生存基础，其生存方式是“以供定需”，有河有水，自然形成相应的生态体系，河道断流或水量减少，植被衰败或死亡。
由于天然绿洲内较丰富的水和动植物资源，自古至今人类垦殖活动大都在这一区域内进行，将部分天然绿洲改造为人工绿洲。目前新疆天然绿洲的43.4%已开拓为人工绿洲，虽然它只占新疆幅员面积的3.73%，但却形成了新疆独特的“绿洲经济，灌溉农业”社会经济体系。人工绿洲开发模式是在河流出山口修建引水枢纽，在河流中游修建平原水库，大规模实行渠系防渗和开发流域地下水资源，最后在山区修建控制性水库，集中表现为对水资源的不断占用。由于流域人口、经济规模不断扩大，水资源日益紧缺，近期流域水资源开发利用又上了新的水平。灌区开始实施大规模高新技术节水，有经济条件的则在河流上游修建山区水库，其主要目的是进一步挖掘在常规灌溉方式下难以避免的田间深层渗漏和河道渗漏的潜力。
四、生态需水的地位和基本数量的确定
人类活动对水资源开发利用程度的不断提高，使干旱区天然绿洲中的人工绿洲面积不断增加。以新疆为例，人工绿洲面积由1950年的1.3万km2扩大到目前的6.2万km2，增加近5倍，构建了生机勃勃的绿洲经济。人工绿洲的开发，使河流天然生态系统水资源分布发生了根本性变化，河流水资源全部集中在上中游用于流域经济发展，下游水量逐步减少乃至枯竭，河道断流，尾闾湖泊消失，地下水位下降。由于靠河流维持生存的天然绿洲生态系统稳定性和适应能力远差于荒漠植被，对地表水和与之密切联系的地下水变化十分敏感，地表水量减少和断流致使地下水位下降，植被衰败死亡，并导致河道下游原有天然绿洲向荒漠系统转化，目前新疆出现的生态环境问题主要发生在绿洲生态系统内。
我们在考虑流域规划和水资源管理中的生态需水地位时应注意到，天然绿洲生态系统先于人类活动存在，流域开发过程本身，就是逐步挤占绿洲内天然植被生长空间和水资源的过程。生态用水不是流域新出现的需水对象，它一直存在，并不断被人类活动挤占。流域规划中确定生态需水量，不是生态需多少水要我们去供给，是我们还打算留给它多少水，从而不造成环境恶化最终危及到人类本身。
生态需水相对于人工绿洲用水，具有对水质和用水过程要求不高的特点，关键在于有一定水量以维持植被生存的地下水位。天然生态用水是以供定需，以水定生长范围和种类。在不同地区，生态水量的地位不同，流域规划和水资源管理中留给生态的水量也不同。在有下游尾闾湖或河流需水要求时，应以满足维持河流和湖泊的基本存在条件确定生态水量。如新疆的塔里木河流域和艾比湖流域。在没有向尾闾湖输水要求的河流，则应有一个基本生态水量。基本生态水量是我们在流域水资源中留给下游生态的最少水量，主要用于河道下游的部分天然绿洲植被的维持，使下游荒漠与人工绿洲之间留有一个交错带。
目前理论界对生态水量有多种说法，其中之一是河流的引水量不宜超过总水量的40%，另一种说法是不超过60%。但新疆的实际情况是大部分河流的引水量都大大超过这一比率。特别是新疆天山北坡的各河流，在一般年份，河流的地表径流100%被引走，生态水量根本无从谈起，只有在特丰年份，才有部分水量泄至下游河道。目前确定生态需水的常用方法是利用现状生态面积和估算不同植被的需水定额计算生态需水量，其主要问题在于生态面积和定额高低的不确定性和任意性，这种以需定供的思路与生态需水的实际有一定距离。
新疆维吾尔自治区下发的《贯彻落实〈全国生态环境保护纲要〉实施意见》要求：“新疆是生态环境十分脆弱的地区，在以农业为主的人工绿洲及其外围，生态用水与农业用水的比例应以1:3为宜，流域水利工程建设要兼顾上、中、下游用水，坚决遏制和杜绝河流断流，确保流域生态用水”。考虑到人工绿洲内部的一些林草用水，用于流域外围的生态水量约占流域地表径流总量的20%。这一水量针对不同流域和下游生态的重要性，可能会有所不同，但笔者认为，这一比例可作为干旱区河流在无下游河道及湖泊需水要求条件下确定生态水量的基本依据。
五、生态退水：新疆恢复生态水量的实践
目前流域规划编制规范中没有关于生态需水量的具体规定。1997年完成的新疆玛纳斯河流域规划在玛纳斯河下游生态需水的章节中提到：“绿洲下游地域的荒漠植被，目前是以地下水的排泄供水，植被生长良好，规划中仍以此为主，在此基础上再增加0.15亿m3的农田排水作补充”，规划中玛纳斯河地表水资源量配置给下游的生态水量为零。显然，这一结论忽略了玛纳斯河流域下游上百公里河道原来依靠河水补给生长的天然植被的需水要求。玛纳斯河年径流量13.1亿m3，1949年灌溉面积1.17万km2，2000年灌溉面积23.33万km2，增加近２０倍，平水年地表水100%用于经济发展，1985年至2000年15年河道平均引水率达92%。玛纳斯河流域这种在流域规划和管理两方面都立足于将水资源吃光喝净的开发利用模式能否成为新疆流域发展的典范，对它的生态状况及其发展趋势如何看，目前已开始有较多的分歧。我们认为已经有越来越多的征兆说明天山北坡经济带这种流域开发利用模式所产生的生态问题正逐步显现出来。
2001年开始实施的新疆奎屯河流域规划首先明确提出生态需水指标，在流域水资源供需平衡中第一次将生态水量作为供水对象参与平衡。奎屯河流域3条主要河流的径流量在12亿m3左右，正常来水年的水资源已基本被灌区耗尽。该河的流域规划确定了以下原则：在正常来水年，流域用于生态的总水量不小于河流年径流总量的20%，并在洪水期集中向下游河道输送。经济建设挤占的生态水量，要通过灌区节水，逐步退还出来。
目前新疆已开始把退出经济建设挤占生态水量的问题纳入新疆水利规划和水资源管理的重点，在塔里木河流域近期综合治理规划中，这一思路得到充分体现，在目前实施的事关新疆水资源宏观配置的重大项目中，也将它作为立项的重要依据。生态退水，作为新疆水资源管理和流域规划中恢复生态水量的实践，为干旱区流域管理和确定生态水量提供了有益的借鉴。
（作者为新疆水利厅规划设计管理局副局长、教授级高级工程师）
责任编辑 王晓平 |
