新疆水资源对气候变化的响应

新疆水资源对气候变化的响应 自 然 资 源 学 报 第 -.卷 第 -期 !"#$%& ’"$% 年 月 /00/ - *$+ ,--, !"#$%&’ " %&#$&’ $*+"#$,*+ 新疆水资源对气候变化的响应 - - - / 1 1 胡汝骥 ,马 虹 ,樊自立 ,杨 青 ,吴素芬 ,黄玉英 2-3中国科学院新疆生态与地理研究所,新疆乌鲁木齐 4100--;/3新疆气象业务中心,新疆乌鲁木齐 4100//; 13新疆水文水资源局,新疆乌鲁木齐 41000-) 摘要:由绿洲及其所在荒漠盆地平原与周边山地共同组成的新疆地域系统,是我国西北干旱区的 主要构成部分。高山与盆地相间的地貌特点,形成了干旱区内独具一格的水循环系统,构成了没 有水力联系的内陆河大小流域。水资源在流域水循环过程中形成和转化,以河流为纽带把山地、 盆地平原、绿洲和荒漠系统联系起来。由于荒漠盆地平原系统很难产生径流,从山地进入荒漠盆 地平原的河流就成为主要的水资源。它不仅是生态与环境的控制因素,同时还是社会经济发展的 物质基础。 世纪 年代后期,新疆降水增加 ,河川径流普遍增大,湖泊水位明显 /0 40 /056105 升高,湖水面积不断扩大,地下水位逐渐回升。对水资源变化、气温上升、降水显著增多诸因素 进行综合分析,说明在全球气候背景下,区域气候和水文变化朝着有利于新疆社会经济发展方面 演变,预测这种趋势将持续到 世纪前 年。 /- /0 关 键 词:新疆;水资源;气候趋势 中图分类号: 文献标识码: 文章编号: ( ) 7118 & -0009101. /00/ 0-900//90: - 干旱区内陆河水循环的基本模式 内陆河区和外流河区在水循环方面存在着明显的差别。西北干旱区地域辽阔,自然条 件复杂,我国内陆河主要分布在这里。本区山地面积约占 .05以上,山脉与盆地相间的地 貌格局是本区水资源形成的主要特色,它决定了水资源的分布和循环不同于我国东部外流 河区,形成了独树一帜的水循环系统,构成了没有水力联系的内陆河大小流域。 每一条这样的流域在水文学方面都具有自己的水分、能量和其他物质循环系 统,是完 全独立的水系统。这个系统是陆地上质量、能量交换具有极大局部性的流域结构。由于局 部循环是在全球循环的背景下进行的,因此,每一个这样的流域,又是一个开放的系统; 每一个这样的流域都有自己的径流形成区 2山区;、自己的水系 2天然河流和人工渠;、自己 - 的尾闾2内陆湖水体;,以及自己在低层大气中的山谷环流 。如开都河的径流形成区 2产流区; 是天山山脉,尾闾为博斯腾湖。 内陆河流域的山区与尾闾水体的直接水力学联系通过该流域水系的子系统来完成。这 样,子系统赋予内陆河流域以独特的属性。河川径流是液态径流、固态径流、离子径流和 生物原径流的复合径流。河流带给尾闾湖泊的不仅仅是水,而且还有泥沙,特别是富营养 化的淤泥、集水面淋溶的盐类、生物残体。流域的反向联系由恒定风来实现。恒定风不仅 把水汽携往山区,而且还把盐粒和尘埃微粒、植物花粉、真菌孢子、昆虫卵搬运到山区。 收稿日期:/00-90:9-;修订日期:/00-90491-。 基金项目:国家重点基础研究发展规划项目 2?-88801@0/和 ?-88801@0@8; 资助。 第一作者简介:胡汝骥2-81@9 ;,男,陕西韩城市人,研究员,研究方向为自然地理学 2干旱区资源与环境; A主要著 作有 《中国天山雪崩与治理》、 《亚洲中部湖泊水生态学概论》、 《天山积雪与雪崩》等。*BCDEFGHIJKLCI3MNH3DO3OP 致谢:张丕远教授对本文提出很好的意见和建议,在此特予致谢。期 胡汝骥等新疆水资源对气候变化的响应 ! " *% 另外,还有动物向山区的垂直迁徒。内陆湖近岸浅水区和沿岸沼泽地是生物群落聚居的中 心,那里积累了大量动、植物的残体,也集中了大量的盐类。随着内陆湖水位的下降和间 [ !] 歇性干涸,这些物质又会随风输入大气,其中很大一部分被逆向输往山区 。 内陆河上游山区径流形成区海拔高,人烟稀少,河道承接大量雪冰融水和天然降雨。 水资源在形成和转化 #地下水$ 的同时也滋润着山地生态系统。出山口进入荒漠盆地平原, 这里降水稀少,地基本不产流。径流以地表水与地下水两种形式相互转化。其间不断蒸 发和渗漏,最终消失或形成湖泊。盆地平原河流上中游两岸是径流消耗、地表水转化为地 下水区段。大量径流滋养了绿洲生态系统,创造了富有生气和活力的高效生态农业。盆地 平原的下游和人工绿洲生态系统的周边地带,是径流的排泄、积累和蒸散区,水资源滋润 着天然绿洲、内陆河尾闾湖及低湿地生态系统。从整体上看,内陆河流域的山区面积占 %&’以上、盆地平原占 ’以上。内陆河流域的水循环基本模式见图 !。 图 ! 内陆河流域水循环基本模式 HC:1! 286 43;CI /E65; J3A6 ICI?53AC3C93:6 ;K;A6/; * 干旱区内陆河流域水资源的变化 !"# 新疆内陆河径流变化 新疆共有 &+条河流,其中北疆 %,+条,南疆 !,%条。河流平均年径流总量为 ,,-. , % , % , % ! / #其中 0!.! / 径流量由国外流入,本地区产生的地表水资源量为 +0%.! / $,其中 , % 年径流量在 !.! / 以上的河流有 ,%条,占河流总数的 !-1’,其径流量占总径流量的 , % 01’。出山口处年径流量在 !.! / 以上的河流有 !,条,占河流总数的 %’,其径流量 [ *] 却占总径流量的 1-’ 。 从表 !可以看出,新疆南部内陆河 &年来径流变化基本平稳,并略呈上升趋势;各 时段相比,*世纪 0年代明显地高于其它各时段;还可以分辨出以积雪融水和降雨补给 , % 表 # 南疆主要河流各年代径流量#! / $变化表 23456 ! 7839:6; ?9 @5?/6; A86 /3B C@6; C9 ;?A869 DC9BC39: C9 EC669A F6CE; 时 段 流域名称 河名 站名 !0&0G!00年 !00G!0+0年 !0+0G!0,0年 !0,0G!000年 阿克苏河流域 昆马力克河 协合拉 -&1, -1* -+1,% &%1*% 托什干河 沙里桂兰克 *&1%0 *+1!0 *-1 *01&, 和田河流域 喀拉喀什河 乌鲁瓦提 *!1%& **10% *!1+ *1! 玉龙喀什河 同古孜洛克 *%1*0 *%1-& *10 *1&* 叶尔羌河流域 叶尔羌河 卡群 %1-, 1&0 -1+- &1-+ 开都河流域 开都河 大山口 %*1! %%1*! %10! %10!自 然 资 源 学 报 卷 !" &- 的河流,#$年代径流的增加最为显著。 如开都河,从 !##%至 &$$$年年径流量 (焉耆站)均超过多年平均值 &’## * , * , !$ +。!##%年年径流量为 ,’’’!$ +, * , !##*年上升为 ,",*!$ +,到 &$$$年 * , 达到 -!-!$ +。 从图 &可以得知,新疆北部内陆河 ’$年来径流变化情况与南疆基本相同。 #$年代,年径流量呈持续上升趋势,其 中玛纳斯河表现最突出。 图 玛纳斯河径流量年际变化图 & 由图 ,可知,新疆地表水资源受天 567& 89: 6;:?;;@?A B9?;7:4 CD @;CDD ECA@+: CD F?;?4 G6E: 气、气候变化的控制,*$年代后期,由 * , 于新疆降水量普遍增加,地表径流量呈上升趋势。!###年达 ! $’$!$ +,为 有记录以来 第二高峰值。 图 , 新疆地表径流量年际变化图 567, 89: 6;:?;;@?A B9?;7:4 CD 4@D?B: @;CDD ECA@+: 6; H6;I6?;7 !"! 降水增多,导致河川径流量增大,湖泊水位上升,面积扩大 在全球气候背景下,新疆气候变化与全国变暖具有同步性,突出表现在 &$世纪 #$年 [ ,] 代 。该时期平均气温北疆 .!’站平均,下同/ 为 %%0,南疆 .!’站平均,下同/ 为 !!!0,天山山区 ."站平均,下同/ 为 !%0。与 %$、"$和 *$年代相比,北疆分别偏高 了 $*0、$"0和 $,0;南疆分别偏高了 $"0、$%0和 $%0。与 ,$年 .!#%!1!##$年, 下同/ 平均值相比,北疆平均偏高了 $%0,南疆平均偏高了 $-0,天山山区偏高了 $%0。冬季的增温最为显著,#$年代与 ,$年平均值相比,北疆偏高了 !%0,夏季仅为 $$0。同样,南疆冬季偏高 !&0,夏季仅有 $!0。天山山区略有不同,冬秋两季偏高幅 度接近一致,分别偏高 !$0和 $#0,而春夏季分别偏高 $!0和 $-0。#$年代平均降水 量明显增加 .表 &/,北疆降水量与 ,$年平均值相比,年平均降水量增加了 !!-2;南疆与 ,$年降水量平均值相比,增加了 &’&2;天山山区增加了 %#2。降水量偏多主要表现在 冬季和夏季,秋季偏少,降水量增加直接导致河川径流增大。 从表 ,可以得知,与此同期,新疆内陆河发生了几十年不遇的大洪水。阿拉沟站 , * , !##%年出现 -#$+ 34洪峰流量,,日洪量达 $-’%!$ + .!#’"年以来实测最大/。开都河 , , 大山口站 !###年出现 ! *"$+ 34洪峰流量。在焉耆站最大洪峰达 ##,+ 34,,日洪量达 * , , !*,#!$ + .!#’%年以来实测最大/。博尔塔拉河温泉站 !###年出现 *-!+ 34洪峰流量。 , * , 到博乐站最大洪峰仍在 *-!+ 34,三日洪量达 $!’-!$ + .!#’#年以来实测最大/。精河 , * , 的精河山口站 !###年出现了 ,#$+ 34的洪峰流量,,日洪量达 $&!#!$ + .!#’"年以来 [ -] 实测最大/。此间,相邻的小河小沟也发生洪水,因而近几年汛期下泄洪水量增大 。 应该指出的是,近年不仅新疆降水量偏多,河流出现了年最大洪水,流量普遍增加, 洪水频繁发生,干涸了多年的玛纳斯湖和台特马湖也有洪水注入其中。乌鲁木齐、吐鲁期 胡汝骥等新疆水资源对气候变化的响应 ! " ’* 表 新疆不同地区各时段平均降水量 和近 年与多年平均值差值 ! $%%& ’ 12345 ’ 165 527 895:;8;2;7 ;7 ;??5957 95@;7A ;7 ;??5957 859;A 27 ;??5957:5 35B557 C4;DE529 527 F24C5A 27 95:57 !$DE529 527 F24C5A ’$世纪各年代平均降水量 多年平均值 #$年代与多年平均 地区 季节 +$年代 /$年代 .$年代 #$年代 ,!#+!&!##$年- 差值( G) 冬 !/%* ’%. ’*%! ’#%’ ’’% H$%’ 春 %H #%$ *$%$ #%* /%/ H%. 北疆 夏 +H%+ *$%$ ++%H /’%# +$%$ ’!%* 秋 H/%/ H#%# *$%H $%# ’%+ I%$ 年 !+%’ !+H%H !#!%+ !#’%/ !/H%$ !!% 冬 ’%* *%+ ’%/ *%’ H%+ *%! 春 !H%$ #%! !+%’ !/%$ !’%. HH%H 南疆 夏 ’+%! H$%* H%* H.%. H$% ’.%$ 秋 +%/ .%/ !$%% .%/ IH%H 年 .% *H%/ +%H +#% **%* ’*%’ 冬 !%’ ’’%. ’!%H ’’%’ #% !% 春 !$.%# !$#%$ !!$%* !!’% !$#%* ’%+ 天山山区 夏 ’’H%! ’$H%/ ’!H%H ’+%* ’!H% !*%+ 秋 +#% /*%* .+%! +*%/ //%$ I!%+ 年 !+% !$%. +!%! .% !#% +%# # 表 # 三个湖泊主要源流 *年代以来年最大洪水 $% +,& 统计表 12345 H J2;A;:24 22 ? 65 2K;C ?4A ::C995 ;7 65 2L9 AC9:5 A952A ? 65 6955 4205A A;7:5 65 !##$A 年份 博尔塔拉河温泉 精河精河山口 阿拉沟阿拉沟 大山口 开都河流域黄 水沟 克尔古提 !##$ ’+%# #’%+ H%+ H* !!. .%’ !##! H%! +/%# #H%H *’’ !++ !’. !##’ *!% //%$ /.%’ *! !$’ #.%. !##H !%. #’%* */%* H/’ /.%! +’% # !## *$%+ /.%/ ’’’ +# H/ !*$ !##* *!%! !*/ +.%! H *’ +%+ ! ! ! !##+ H+%+ !’# #$ #! +$’ H+ !##/ ’%/ !$* !H/ $ !+# !$+ " # " !##. *%# ’*. ’ *$H ’*/ ’H ! ! ! !### .%! H#$ !* !./$ ’// !/ " $ " " # ’$$$ H/%H ’.! ’’+ !$#$ . HH 历年平均 *’%H !’/%. #H%H *H’%’ !+!%/%H 注: 、 、 、 为有资料以来洪水排位序号。 ! " # $ 番、库尔勒地区地下水位呈上升趋势。如乌鲁木齐地下水位与 !###年度相 比上升了 $%!& ’%,这就是降水增多、河流水量增大的佐证。 !"# 湖泊水位变化与河流水量变化具有同步性 众所周知,干旱区荒漠盆地平原区的湖泊绝大多数是河流的尾闾湖,湖泊水位、面积 的变化完全受制于河流水量的变化。从图 可明显看出,河流水量在 ’$世纪 *$年代末, +$年代初为丰水期,累积距平呈现增加趋势。此后,河流水量累积距平呈减少趋势,一 直持续到 #$年代初才有所回升 ,增加-。博斯腾湖从 !#./年水位 ! $%#,湖水水面面 ’ ’ 积$0,到 ’$$$年最高水位达到 ! $.%*+,湖水面积达 ! $$$0;艾丁湖水面面积自 然 资 源 学 报 卷 !" #6 # 从近于干涸急转到 #$$$年 %月的 &$’; # 艾比湖面积也从 !*"年的 &$$’,扩展 # 到 #$$$年的 "*$’。 这不仅显示了干旱区荒漠盆地平原区 湖泊水位与河流水量之间的密切关系,而 且还反映出湖泊水位变化是河流水量周期 变化的结果。 图 : 焉耆站年径流量距平累积曲线图 但是,应该强调,随着人类社会的发 FAE4: BVVI8TA]P VX]PS CO 8DC8IAPS CO TZP 8DD8I 展、科学技术的进步、人类开发利用自然 XDCOO ]CIPS 8T J8D[A ST8TACD 资源能力的不断提高,必将对干旱区荒漠 盆地平原区湖泊的水环境带来重大影响。如大量消耗塔里木河干流上、中游水量和盲目扩 大人工绿洲,造成下游 %#$’河道断流+湖泊干涸,植被衰退,环境恶化。 % 结束语 干旱区内陆河流和湖泊,不仅是该区域主要的水资源,而且是干旱区一种重要的环境 资源。荒漠盆地平原湖泊比绿洲生态与环境更优美,它的 “冷岛”效应比绿洲更强。主要 原因是其周围保持了一个稳定、?爽、湿润的小气候环境,这对于西北干旱区的社会、经 济、环境可持续发展至关重要。保护湖泊,就是保护干旱区人类赖以生存的家园。 认清在全球气候背景下,干旱区气候、水文变化是以区域循环 ,周期- 为主体。新疆 #$世纪 $年代以来,冬季和夏季降水量明显增多,河流水量增加,特别是河流融雪洪水 与暴雨洪水频繁发生,致使河流径流增加,荒漠盆地平原湖泊水位上涨,水域迅速扩大, 以致酿成灾害,损失数千万。按照 &$年来新疆河流水文气候周期的演变规律和 ./00的预 测,预计 #!世纪前 #$年新疆河流来水仍属偏丰年份。气候变暖,降水增加与其带来 的灾害相比,有利的方面可能会更多一点,这无疑会对新疆农牧业生产的结构和布局产生 重大影响。 参考文献1 2!3 加帕尔?买合皮尔,!!图尔苏诺夫4亚洲中部湖泊水生态学概论[5]4乌鲁木齐:新疆科技卫生出版社,!64!667!*64 2#3 周聿超4新疆水文水资源[5]4乌鲁木齐:新疆科技卫生出版社,!4!7!%4 2%3 胡汝骥,樊自立,王亚俊,等4近 &$8新疆气候变化对环境影响的评估[9]4干旱区地理,#$$!,#:,#-:"7!$%4 2:3 吴素芬,何文勤,胡汝骥,等4近年来新疆盆地平原区域湖泊变化原因分析[9]4干旱区地理,#$$!,#:,#-:!#%7!#4 !"#$%&#" %’ *"+ +"#%,+-"# *% -./0*" -1&2" /& 3/&4/&2 ! ! ! # % % ; ?@A + 5B ;CDE + FBG HA?IA + JBGK LADE + M?OPD + ;?QADE ,!4RAD@A8DE .DSTATTP CO UVCICEQ 8DW KPCEX8YTZQ+0BN+[A *%$$!!+0ZAD8\ #4RAD@A8DE 5PTPCXCICEAV8I NPX]AVP 0PDTXP+ [A *%$$##+0ZAD8\ %4RAD@A8DE ^XP8 CO ;QWXCICEQ 8DW M8TPX PSCXVPS+[A *%$$$!+0ZAD8- 56#*+-*7 0CDSASTPW CO TZP C8SPS+WPSPXTS+_8SADS+ YI8ADS 8DW SXXCDWADE CDT8ADS+ TZP ]8ST TPXXA? TCXA8I SQSTP CO RAD@A8DE AS 8D AYCXT8DT VCYCDPDT AD 8XAW 8XP8S CO GCXTZ‘PST 0ZAD84 ^PV8SP TZP EPCCXYZCICEAV8I OP8TXPS Z8]ADE ZAEZ CDT8ADS 8XP AD 8ITPXD8TACD ‘ATZ _8SADS+ TZP DA[P ‘8TPX VQVIP SQSTPS 8DW TZP ADTPXACX WX8AD8EP _8SADS+ _AE CX S8II+ ‘ATZCT ZQWX8IAV VCDDPVTACDS