新疆叶尔羌河流域胡杨林区生态输水效益评估_郭峰.pdf

河南水利与南水北调 2023年第5期水生态文明新疆叶尔羌河流域胡杨林区生态输水效益评估郭峰，张靓（新疆塔里木河流域管理局，新疆 库尔勒 841000）摘要：开展胡杨林生态补水对于保护和修复干旱区自然生态系统，实现流域高质量发展具有重要意义。该文基于生态输水后植被调查和遥感监测等基础数据，客观评估了叶尔羌河生态输水效益，结果表明：生态输水影响面积10.28万hm2，其中适度淹灌（8-28 d）区域2.50万hm2；地下水储量以增加趋势为主，其中增长50150 mm的区域占总面积的82.40%；地下水埋深较输水前抬升0.502.00 m；物种多样性指数较未输水区高40%60%左右，遥感生态指数RSEI均值提升8.62%。研究成果对于指导干旱区生态输水的精准化、科学化工作提供了重要指导，也为类似地区生态输水提供了参考。关键词：水资源；叶尔羌河；生态输水；胡杨林；效益评估中图分类号：TV213.4；X143文献标识码：A文章编号：1673-8853（2023）05-0006-020前言叶尔羌河发源于喀喇昆仑山北脉冰川，全长1 281 km，是塔里木河主要源流之一。以喀群引水枢纽为界，以上为山区径流形成区，其集水面积为5.03万km2，以下为径流散失区。沿河两岸分布着全国面积最广的天然胡杨林，构成了荒漠河岸生态系统，是阻挡塔克拉玛干沙漠侵袭绿洲的重要屏障。为精准评估叶尔羌河生态输水成效，该文构建了生态输水效益评价体系，并对生态输水存在的问题提出了针对性建议，以期为生态输水工作提供借鉴。1研究方法1.1野外调查共调查输水区2个，分别为叶尔羌河夏马勒林场和下河林场，输水区景观类别均为胡杨林保护区，输水持续时间分别为6年和3年，主要调查内容为物种多样性、胡杨个体长势和淹灌范围。1.2生态输水效益评价参考国内外已有研究，构建了生态输水效益评价体系，见表1。2生态输水效益评估2.1生态输水淹灌效果借助Google GEE 遥感大数据平台，通过对胡杨林高频监测，输水区以适度淹灌（8-29 d）为主，面积为2.50万hm2，其占比为 43.99%；而淹灌不足（0-7 d）区域达 1.42 万 hm2，占比24.95%；过度淹灌（大于29 d）区域面积共计1.77万hm2，占淹灌总面积的31.06%。2.2地下水和土壤水响应2.2.1地下水储量生态输水后（2016-2021年），仅2016年输水区的西南部位地下水储量出现减小变化，2017-2019年输水区地下水储量增加量均以040 mm为主，2020年和2021年地下水储量增加量Evaluation on the Benefits of Ecological Water Conveyance in Populus Euphratica ForestArea in the Yarkand River Basin,XinjiangGUO Feng,ZHANG Liang（Xinjiang Tarim River Basin Administration Bureau,Korla 841000,China）Abstract：It is of great significance to carry out ecological water replenishment of Populus euphratica forest for protecting andrepairing the natural ecosystem in arid areas and achieving high-quality development in the river basin.Based on the basic data ofvegetation survey and remote sensing monitoring after ecological water conveyance,this paper objectively evaluated the ecological waterconveyance benefits of the Yarkand River.The results showed that the ecological water conveyance affected an area of 10.28104 hm2,The area of moderate irrigation(8-28 days)was 25,000 hectares.The underground water storage trend increased,and the area with anincrease of 50150 mm accounts for 82.40%of the total area.the buried depth of groundwater is 0.502.00 m higher than that beforewater transmission.The species diversity index is about 40%60%,higher than that of the non-water conveyance area,and the meanvalue of the remote sensing ecological index RSEI is 8.62%higher.The research results provide important guidance for the preciseand scientific work of ecological water transportation in arid areas,and also provide reference examples for ecological watertransportation in similar areas.Key words：water resources;Yarkand River;ecological water conveyance;Populus euphratica forest;benefit evaluation6河南水利与南水北调 2023年第5期水生态文明明显高于初期输水储水量增加量（2017-2019年），2020年输水区的北部地区地下水储量增加量达到80 mm以上，最高增加94 mm（见表2）。2.2.2地下水埋深生态输水后实测地下水埋深较输水前显著抬升，其中下河及盐山监测断面地下水埋深均在7月达到年最低水平，分别为5.48 m 和 4.12 m，生态输水后（9 月）地下水埋深分别增加了0.99 m和1.63 m，生态输水结束后其10月平均地下水埋深再次下降至4.72 m和3.30 m。2.2.3土壤含水量将土壤 水温度植被干旱指数（Temperature VegetationDryness Index，简称TVDI）划分为0.90四个等级，分别表征轻旱、中旱、重旱、特旱四个干旱等级。其中，夏马勒林场：2015-2021年之间，TVDI均值呈现下降趋势，2021年平均TVDI为0.58，属于轻旱水平；输水前（2015年）TVDI整体高于输水后（2016-2021年）TVDI；重旱区（0.75TVDI0.90）面积比例由13.00%减少至4.10%，2015年轻旱区（TVDI0.90）区域面积逐步减小并最终消失，2020和2021年中旱（0.600.75）区域面积平均占比增加至9.20%，相比2017-2019年，存在明显的特旱向重旱和轻旱转化的趋势，表明下河林场输水区呈湿润化发展。2.3胡杨生长和群落结构2.3.1胡杨个体长势在夏马勒胡杨林保护区，通过对胡杨林冠幅和枝下高的测定，分析区域内胡杨个体生长对生态输水的响应。如图1所示，胡杨枝下高在输水1年后显著降低，但是持续输水大于3年时枝下高呈增加趋势。表明适宜的输水频次能有效促进胡杨的生长；持续输水大于3年后，生态输水并不能持续有效改善胡杨个体的生长水平，结合胡杨生长现状，目前该区域部分胡杨生长正遭受一定程度的水淹胁迫。2.3.2物种多样性夏马勒胡杨林保护区的群落物种多样性指数均经历了增加到降低的变化过程（图2），其中，2016-2018年多样性指数之间的差异性不显著，且显著高于2015年物种多样性指数，而2021年与2018年之间并无显著区别，持续输水使得物种多样性水平呈现“改善趋稳降低”的变化过程。2.3.3植被覆盖度在夏玛勒林场输水区，对比其2016年和2021年不同植被覆盖度区域面积变化，极低、低和中植被覆盖度（20%）区域面积呈减少趋势，共减少了0.57万hm2，占其面积的38.10%，其中极低、低和中植被覆盖度分别减少了0.07万hm2、0.17万hm2和0.33万hm2，分别占其面积的33.10%、41.50%和37.60%，存在明显的低覆盖度向高覆盖度转化趋势。在下河林场输水区，相比2016年，2021年极低、低和中植被覆盖度分别减少了0.28万hm2、0.18万hm2和0.12万hm2，分别占其面积的80.70%、70.10%和21.80%，低覆盖度区域逐步转变为较高覆盖度植被。2.4生态环境质量生态输水后，流域遥感生态指数（Remote Sensing Based表1生态输水效益评价体系表指标层输水过程和淹灌效率地下水和土壤水响应植被生长与群落结构生态环境质量评价指标淹灌面积/万hm2淹灌持续时间/d地下水储量/mm地下水埋深/m土壤含水量（TVDI）胡杨长势（冠幅、枝下高）物种多样性指数植被覆盖度/%遥感生态指数（RSEI）评价方式胡杨林过水范围过水持续时间增加/减少区域面积占比地下水监测数据不同干旱程度区域面积占比转化胡杨个体样方调查结果乔灌草种类及数量的样方调查结果高、中、低覆盖度面积占比“优、良、中、差”级别面积占比评价依据涵盖胡杨林退化区比例以适度淹灌（8-28 d）为主以增加趋势为主地下水抬升土壤湿润化冠幅增加、枝下高下降、胡杨复壮物种多样性增加，并趋于稳定高覆盖度区域面积占比增加表22015-2021年叶尔羌河输水区地下水储量变化等级比例表（%）分级-20 mm-20-0 mm0-20 mm20-40 mm40-60 mm60-80 mm80-100 mm201529.452.917.60.00.00.00.020160.011.864.75.917.60.00.020170.00.041.258.80.00.00.020180.00.041.252.95.90.00.020190.00.017.682.40.00.00.020200.00.00.00.070.65.923.520210.00.00.00.017.658.823.5图1胡杨枝下高和冠幅变化图图2输水区和未输水区的物种多样性指数图（下转第25页）7河南水利与南水北调 2023年第5期防汛抗旱墩的横向压缩系数为0.95；将桥位水位、断面宽度、河槽平均水深、最大水深等参数，在全槽洪水情况下进行了换算，得出了桥位在设计流量时的一般冲刷情况，在全槽洪水作用下，水位139.91 m，河面宽度117 m，最大水深4.03 m，桥面的冲刷深度通常为1.74 m。2.4.2局部冲刷计算按照 公路工程水文勘测设计规范 中的公式，以普通冲刷后的桥墩向前流速与河床的初始流速的关系为依据：（10）（11）式（10）（11）中：hb为桥墩局部冲刷坑深度（m）；V0为河床泥沙起动流速（m/s）；V0为墩前始冲流速（m/s）；K为河床颗粒影响系数；B1为桥墩计算宽度（m）；K为墩形系数；V为一般冲刷后墩前行近流速（m/s）；经分析计算得：局部冲刷水深为3.17 m，桥位通过满槽洪水时桥墩总冲刷深度4.91 m，冲刷长15.60 m。2.5最底梁底高程计算王屋路蟒河大桥竣工后，按照 公路工程水文勘测设计规范 规定，当设计洪水时，满足设计洪水行洪及桥梁设计要求的梁底最低下弦高程为141.21 m，安全高度0.50 m。经分析计算得：在设计洪水条件下，壅水高度为0.12 m，壅水长度为49.40 m，对应洪水位139.91 m，梁底下弦最低高程140.53 m。3结论3.1工程对防洪影响通过测算，在设计洪水条件下，对应洪水位、梁底下弦最低高程，均低于设计梁底下弦最底高程，表明其影响程度和范围都比较小，在开挖条件下，桥梁施工基本不会影响到下游的泄洪，当遭遇设计洪水时，可以达到设计要求，满足了 防洪标准等相关规范，满足了河道治理的需要。3.2工程对水文测验的影响及补救措施3.2.1对水文站的影响在工程建设中，由于桥墩的作用，桥墩的流态会对周围的环境产生影响，会对测验河道形态、水位流量的关系产生影响，从而影响到水文资料的连续和数据一致性。在洪水过程中，由于水位过高，使观测站的比降水位受到了影响，因此，在高洪时期，比降面积法的推流就会丧失其代表性，这在一定程度上影响了济源水文站的日常测试工作的连续性和一致性。3.2.2为降低影响而采取的补救措施可以在上下比降段设置雷达水位计，对比降段进行加密观测，并建立比降关系；利用H-ADCP加密流量测验次数、流量关系、水位与比降、粗糙率之间的关系，以确保数据的一致性。参考文献：1 王鹏全，吴元梅.跨河桥梁工程防洪评价关键技术框架与应用 J.中国农村水利水电，2020（10）.2 刘娟，钱裕，陈雄波.刁口河涉河工程防洪评价关键技术探讨 J.人民黄河，2020（6）.3 乔连朋，郑翔龙，张德喜.跨河桥梁对河道防洪影响综合分析评价 J.水利科技与经济，2019（6）.4 饶超群.浅谈涵洞跨越河涌的防洪影响评价以新广从路跨越红路支流的涵洞为例 J.珠江水运，2021（24）.收稿日期：2023-2-15编辑：刘青Ecological Index，简称RSEI）均值从0.58（2016年）增加至0.63（2021年），整体提升了8.62%，其中，生态质量状况等级为“优”和“良”等级的区域，分别增加了0.20万hm2和0.64万hm2，增幅分别为21.20%和26.23%；而生态质量状况等级为“中”和“差”等级的区域，分别减少了0.34万hm2和0.50万hm2，分别下降了19.74%和84.02%。3存在问题3.1供水配套设施不完善，漫溢跑水严重，生态输水效率有待提升叶尔羌河流域胡杨林理论淹灌面积应为1.36万hm2，而实际淹灌面积达到了5.69万hm2。由于堤防及输水通道等配套设施不够完善，沿河两岸存在大量跑水漫溢，导致实际生态输水量被严重低估，从而影响了最终实际淹灌面积。3.2生态输水靶向固化，长期持续、大剂量的给水危及胡杨林群落的稳定根据监测，长期持续、大量的生态输水并不能改善胡杨个体生长和群落物种多样性水平。反而会破坏胡杨根系功能，阻碍胡杨个体生长，同时会使胡杨群落逐渐演替为干旱胁迫抗性较差、不稳定的芦苇或其他草本群落，物种多样性减少，严重危及胡杨林群落的稳定性。4结论与建议生态输水影响面积10.28万hm2，适度淹灌（8-28 d）区域2.50万hm2，占淹灌总面积的43.99%；地下水储量以增加趋势为主，其中增长50150 mm的区域占总面积的82.40%；地下水埋深较输水前抬升0.502.00 m，物种多样性指数较未输水区高40%60%左右；遥感生态指数RSEI均值提升8.62%，生态等级状况为差的区域面积减少0.50万hm2。建议下一步结合胡杨林受水区实际情况，实行分区轮灌，优化生态水配置；加快重点胡杨林区的生态输水调控工程建设，满足胡杨林生态水需求，解决无序跑水、过度淹灌等问题。参考文献：1 何玉春，魏光辉.孔雀河流域胡杨林区生态输水效益评估J.地下水，2022，44（5）：119-122.2 梁新平.阿克苏河流域胡杨林区生态输水效益评估 J.水利规划与设计，2022（5）：14-18.3 潘子豪.缺测站干旱流域生态输水遥感监测与农业节水效益分析 J.干旱区地理，2022，45（3）：774-785.4 聂艳，郭永瑞.基于生态恢复的阿克苏河流域生态输水调度优化研究 J.干旱区地理，2022，45（2）：325-332.5 郭红雨.塔里木河下游生态输水工程对地下水位变化的影响分析 J.西北水电，2020（5）：29-32.6 木尼热 亚森.基于向叶尓羌河流域重点胡杨林区生态输水成效的思考 J.工程建设与设计，2020（10）：89-90.收稿日期：2023-3-9编辑：刘长垠张苗苗（上接第7页）25