额济纳绿洲的生态需水量分析范文

文中利用2009年、1987年遥感解译的植被分布状况，分析额济纳绿洲不同区域的生态需水量，以期为目前实施的生态水量调度提供技术支撑和参考。是实现水资源短缺与生态环境恶化双重胁迫条件下水资源优化配置的重要基础。

材料与研究方法

1研究区概况

额济纳三角洲位于阿拉善以北，阿尔泰以南，巴丹吉林沙漠与走廊北山之间的区域，总面积3．2万km2［9］。气候极度干旱，多年平均降水量39．8mm，年最大为103mm，最小为7mm;多年平均蒸发量3537mm，最高达4035mm［10］，生态环境极其脆弱。黑河是额济纳绿洲唯一水源，发源于祁连山，流经河西走廊，经甘肃省鼎新进入内蒙古自治区，始称额济纳河。在内蒙古自治区额济纳旗境内的狼心山西麓，分为东西两河，东河向北注入东居延海;西河向北注入西居延海［11］。

2研究方法

植被生态需水的概念与界定。在进行植被生态需水估算前，应对相关的概念内涵进行辨析。生态用水是某种生态水平下和某种生态系统平衡条件下所使用的水量，未必是合理和可持续的水量，是被动接受的水量;生态耗水主要强调生态系统特别是生物生存消耗的水量，体现了周期性和重复补给的特点;环境需水则主要体现在用于改善环境的水量［12］。生态环境需水量指维持生态环境不再恶化并逐渐改善所需消耗的水资源总量［13］。关于生态需水，不少专家和学者都根据各自的理解和认识从不同角度对其概念进行了界定，并赋予其不同的涵义。一些专家提出生态需水是一个确定的生态系统为了维持其一定的动态平衡所需要的水量［14］。赵文智等认为生态需水是一个时空变量，具有一定的阀值范围，可分为最小、适宜、最大三个等级［15］。关于植被生态需水，由于研究者的出发点和研究对象不同，提出的概念及其内涵也有所不同［16－17］。胡广录等认为植被生态需水指保证生态系统中的植被能够正常生长、发育，维护生态环境不再进一步恶化并逐步改善、健康运行所需要的地表水和地下水资源总量［18］。王芳等根据我国西北地区的生态环境特点，将植被的生态需水定义为维护生态系统稳定，天然生态保护与人工生态建设所消耗的水量［19］。文中认为植被生态需水与植被生态系统结构有直接关系，不同的植被类型，同一类型的不同盖度都会导致植被生态需水量的变化，植被生态需水量与既定的植被生态系统结构相对应，生态系统结构的变化将会导致需水量的变化，它是一个动态的变化过程。基于此，认为植被生态需水指在一定的植被生态系统结构下，维持一定规模的植被生态系统，使其正常生存，至少不向坏的方向发展所需的最小水量。

估算方法。关于生态需水估算和评价，目前还没有一套成熟的、行之有效的方法。基于植被蒸腾与潜水位之间的关系，考虑到干旱区植被生存与繁衍主要依赖消耗地下水，选用具代表性的阿维里扬诺夫公式计算［20］:E=a(1－H/Hmax)bE0式中:a，b为与植物有关的待定系数。根据对玉门、张掖等地不同植物覆盖潜水蒸发值的试验和额济纳旗植物蒸腾与土壤水分关系的观测，公式标定如下［5］:E=1．174(1－H/Hmax)3．63E0Hmax是停止蒸发时的地下水埋深，以5m为限，这是目前计算中普遍采用的值。H是地下水埋深，不同盖度植被的地下水位埋深范围取值参照"九五"国家科技攻关项目额济纳绿洲水分平衡及最佳生态地下水位和生态用水量研究成果。E0采用E601型蒸发器实测的额济纳地区蒸发量E0多年平均值。

结果与分析

1绿洲分区

黑河下游额济纳地区东、西河沿线及其下游河网(包括东、西居沿海)地区，绿洲面积大、集中连片、植被品种多样，是额济纳地区绿洲的精华。由于不同区域水分、土壤、植被等条件的差异，形成了额济纳绿洲分布的区域特点，根据现有河道、水利工程的布局、各部分绿洲在整个地区中所起的环境保护作用等因素，将额济纳绿洲区划分为东河、西河及东、西居延海两湖区和中戈壁区，根据东西两河沿河绿洲的分布，又将东河细分为上段、中段和下段三部分。根据2009年和1987年遥感解译以及实际调查结果，植物群落分布情况(表1和表2)。可以看出，1987年的绿洲植被规模远远大于2009年，甚至达到2009年绿洲植被规模的1．5倍。从植被分布的空间区域看，西河和东河下游的植被面积远远大于其它区域的植被面积，分别是植被面积最小的中戈壁区面积的42倍和35倍。

2植被生态需水量构成及其变化

从额济纳绿洲植被生态需水类型构成看(表3－4)，不同时期(2009年、1987年)灌木的需水量在植被生态需水总量构成中占主导地位，分别为70．3%和65．9%;草本植物需水所占比例次之，在不同时期占植被生态需水总量的比例在16．9%－24．7%之间;胡杨需水所占比例最小，在不同时期占植被生态需水总量的比例仅在9．4%－12．8%之间。植被生态需水构成和不同植被面积分布相一致，不同时期灌木分布面积占绿洲植被面积的71．9%－73．6%，也占主导地位;草地面积次之，占绿洲植被总面积的比例在11．8%－17．2%之间;胡杨面积最小，占绿洲植被总面积的比例在10．9%－14．6%之间。从额济纳绿洲植被生态需水地区分布看(表3－4)，不同时期东河上段、东河中段、东河下段、西河、两湖区和中戈壁的植被生态需水分别占绿洲植被总需水量的8．8%－12．7%、2．8%－4．5%、30．6%－34．3%、39．6%－46．3%、6．8%－10．6%、1．0%－2．0%。植被生态需水的空间分布仍和不同植被面积分布状况相一致，不同时期东河上段、东河中段、东河下段、西河、两湖区和中戈壁植被面积占绿洲植被总面积的比例分别在9．0%－10．3%、3．0%－4．5%、31．3%－34．8%、40．8%－46．9%、5．4%－9．6%、0．9%－3．5%之间。占绿洲植被总需水量比例最高的西河地区，其植被分布面积占绿洲植被总面积的比例也处在首位。占绿洲植被总需水量比例最小的中戈壁，其植被分布面积相应占绿洲植被总面积的比例也最小。对比2009年和1987年的绿洲植被需水，总体上，要将植被恢复到1987年的规模，需增加植被覆盖面积95913hm2，相应的增加植被生态需水量2．40579×108m3。从地区分布看，东河上段、东河中段、东河下段、西河、两湖区和中戈壁分别需增加水量0．49035×108m3、0．18579×108m3、0．56466×108m3、0．63735×108m3、0．43403×108m3、0．09361×108m3，需增加水量最大的是西河地区，最小的为中戈壁区。

3生态缺水状况分析

根据黑河流域目前执行的"九七"分水方案，分析不同来水条件下进入额济纳绿洲的水量。建立正义峡和狼心山的径流量相关图(图1)，可以看出两站径流量有良好的相关性(R2=0．9407)。通过分析，在10%、25%、75%、90%和多年平均来水情况下进入额济纳绿洲的水量分别是7．70×108m3、5．87×108m3、3．62×108m3、2．72×108m3和4．89×108m3。依据现状流域水量分配方案，在丰水年，维持现状2009年的绿洲规模，生态用水基本可以保证，在平水年和枯水年将出现1－3亿的缺水量。若要实现绿洲恢复到20世纪80年代的水平，只有在10%保证率来水条件下，生态用水可以保证，其他来水条件都会出现不同程度的需水缺口，在枯水年其缺水量甚至达到4亿，根本无法保证绿洲生态的逐步恢复。3讨论(1)根据生态适宜性理论，植被生态需水量并不是一个恒定的值，而应该存在一个阀值区间。植被生态需水量是在特定时空条件下，在阀值区间的动态变化值，其中包括了植被最小生态需水量、最适生态需水量和最大生态需水量。文中分析结果为不同时期绿洲植被最小生态需水量，是维持绿洲植被系统不再恶化的最小水量。(2)干旱区天然植被实际蒸散量是由潜水向上输送供给的，在地下水位相同的地方，可能同时生长乔木、灌木、草，其吸收利用地下水是一样的。对较大的空间尺度而言，潜水蒸发强度、土壤水分通量和土壤蒸散强度三者相等，植被实际蒸散近似等于潜水蒸发量［21］，因此采用最具代表的潜水蒸发模型－阿维里扬诺夫计算植被生态需水比较符合实际。(3)植被生态需水量是流域生态需水量的重要组成部分，为确保流域其它生态系统的需水要求，还需进一步计算河流、湖泊生态需水量等，从而为整个流域的水资源管理与合理配置提供决策支持。(4)以往关于额济纳绿洲植被生态需水的研究，主要集中在不同时期绿洲植被总需水量，几乎没有分区计算的实例，难以指导黑河下游水量分配工作实践。文中研究结果可为制定科学、合理的额济纳绿洲水量分配提供较好的参考和技术支撑。

结论

(1)1987年植被生态需水量是2009年的151%，要实现植被生态系统恢复到20世纪80年代水平的目标，还需增加水量2．40579×108m3。对比不同时期植被生态需水量的空间分布，东河下段和西河的植被生态需水量远远大于其它地区，两者之和占到植被生态需水总量的80%左右，相应的植被覆盖面积也较大，是额济纳绿洲植被保护的重点区域。

(2)2009年植被生态需水地区分布为现状黑河下游水量分配方案下形成的植被生态需水空间格局，1987年植被生态需水地区分布为黑河治理目标所要达到的绿洲植被生态需水空间分布。由于现状黑河下游水量分配方案主要将水配送到东河下游，其相应的植被恢复较快，所需生态需水量较大。因此，2009年东河下游植被生态需水所占比例明显高于1987年所占比例。为了实现额济纳绿洲植被生态的协调恢复，在今后的水量分配中应适当减少东河下游的进水量，增加西河地区的过水量，以促进该地区植被的恢复。

(3)在现状流域工程条件和现行水量分配方案下，除10%保证率来水条件外，其它来水年份都存在需水缺口，根本无法保证绿洲植被生态的逐步恢复。要实现绿洲生态恢复和重建的目标，应开展流域调蓄工程建设，以满足额济纳绿洲植被生态需水的时空要求。（本文作者：郭巧玲、杨琳洁、李恩宽单位：河南理工大学资源与环境学院、黄河水利科学研究院、郑州大学水利与环境学院）