论文部分内容阅读
焉耆盆地是典型的西北干旱内流盆地,经济发展以农业为主。20世纪50年代以前,农业发展规模较小,自然条件下长期演化形成的水盐运移模式使盆地水分、盐分处于有序的分布状态,促成了相对协调的生态环境系统。随着大规模土地开荒,农业发展规模不断扩大。当地气候干旱、土壤盐分高,农业发展主要靠灌溉。多年来的“引水、灌溉和排水”改变了原有的天然水文循环和盐分迁移聚集模式,造成日益严重的灌区土壤次生盐渍化、博斯腾湖水环境和湖周生态环境退化等环境问题。为此,本文探讨了自然条件和人为条件(引水、灌溉和排水)下的焉耆盆地不同级次水文循环、盐分迁移聚集规律及其生态环境效应。并寻求合理的水盐调控措施,以治理该区土壤盐渍化和改善博斯腾湖水环境。这对于认识干旱内流盆地的水盐迁移聚集过程及其所支撑的生态环境的演变规律具有重要的理论意义。
论文在阐述焉耆盆地水文系统结构及特征的基础上,通过分析区域、源到汇、博斯腾湖、以及田间等不同级次水循环要素的时空变化规律,来探讨焉耆盆地的水文循环模式及人类活动对其影响,并进一步研究揭示天然和人为“引、灌、排”条件下的焉耆盆地不同级次地表水、地下水中盐分的迁移变化规律,以及土壤中盐分的迁移分布特征;在分析土壤盐渍化产生、博斯腾湖生态环境恶化的原因及其危害基础上,提出焉耆盆地水盐调控的必要性,并给出焉耆盆地区域、绿洲及博斯腾湖水盐调控的具体方案。
本文以水为基础,水盐结合,探讨焉耆盆地水文循环和盐分迁移聚集的特征与转变及其环境效应。通过水量、水位和盐分等指标的变化特征来分析各种介质(降雨、蒸发、引水、灌水、排水、河水、湖水、土壤水、地下水和土壤)中的水量和盐分时空演变规律;采用水体、土壤中的易溶盐总量和八大离子(CO<,3><2->、HCCO<,3><2->、Cl<->、SO<,4><2->、Ca<2+>、Mg<2+>、K<+>和Na<+>)相对含量反映各种水体和土体中的盐分特征和变化。分析方法包括统计分析、水化学分类的舒卡列夫分类法和阿列金分类法、灰色关联分析以及地理信息系统的空间分析等。
主要研究结论如下:
(1)焉耆盆地水文系统由大气圈、地表水系统和地下水系统构成。地表水系统包括河流、引水渠水流、排水渠水流和博斯腾湖等地表水体及流域组成。地下水系统包含第四系含水系统及其流动系统。
(2)焉耆盆地的水文循环、盐分迁移聚集规律是在自然条件和人类活动共同作用下长期演化形成的。在人类活动影响较小时期,盆地的水盐运移处于有序状态中:“盐随水来,盐随水走,水去盐留”是盆地水盐运移的宏观特征。土壤盐分随径流向博斯腾湖汇聚。孔雀河将博湖的部分水盐输出盆地。20世纪50年代以来,大规模水土开发利用改变了原有的水文循环和盐分迁移。灌区从河流引水使水资源空间分布趋于分散,便于灌溉,但减少了博斯腾湖淡水输入量;灌区“灌、排”加剧了田间的水分循环和盐分迁移,在排水不畅的地方大水漫灌抬升地下水位,蒸发加剧,土壤次生盐渍化严重;灌区排盐加剧了博斯腾湖的盐分输入,导致博斯腾湖生态环境恶化。
(3)焉耆盆地西北部、北部河流,年径流量变化趋势总体一致,由于补给源是山区降水和冰雪融水,其径流量宏观变化主要受气候影响。1986年以来气温上升,降水量增加,蒸发量减小,使河流径流量不断增加。西北部、北部河流含盐量接近,年际变化都不大,但作为博斯腾湖“汇”的出口的孔雀河含盐量最大。河流输盐量取决于河流径流量大小。输盐量最大的河流是孔雀河,其次是开都河。孔雀河的径流量、含盐量及输盐量在1982年前后分别受博斯腾湖天然调节和西泵站人为控制。
(4)不同年代,排渠排盐规模不同,各排渠含盐量、排水量和排盐量差异很大,体现了土壤排盐的空间差异性;盐分经排渠排入大湖的量大于排入小湖的量。排盐量最大的排渠是19、1、17、15和14,排盐量占总排盐量50%以上。
(5)焉耆盆地西北部、北部绿洲通过河流和排水进入博斯腾湖的盐分比重较大,而博斯腾湖南岸土壤盐分主要通过地下径流排入湖中。焉耆盆地西北部、北部灌区排渠纵横分布。受此影响,不同等级的地下水含盐量分布区间形状不规则;博斯腾湖南岸地下水含盐量空间递变分布呈规则的条带状。地下水含盐量变幅和地下水位埋深变幅不具有同步性,但含盐量升高基本上出现在水位埋深较浅和水位上升的地方。盆地地下水化学类型具有分带特征。从山前到湖滨,湖滨从西到北、再到东,地下水化学分带递变规律明显,盐化程度越来越高。博湖南岸地下水化学类型较单一。
(6)区域上,土壤盐分垂向迁移聚集和侧向迁移明显。前者受灌水和蒸发影响较大,而后者主要受毛细饱和带水的侧排影响。土壤盐分具有表聚、返盐和空间分布不均等特征,其中耕地返盐现象比非耕地明显。土壤盐渍化类型主要是氯化物一硫酸盐型和硫酸盐一氯化物型。非耕地盐渍化程度远比耕地高。
(7)开都河源到汇,水文循环特征依次为“入渗-径流型”、“入渗-蒸发型”(“灌溉-蒸发型”)、“蒸发型”;河水含盐量从上游到下游会略有增加,但年际变化不大,输盐量除了取决于河流径流量,还受灌区引水量影响;博斯腾湖北岸地下水盐分迁移递变规律比南岸明显,北岸含盐量和水化学类型兼具纵向和垂向分带特征。
(8)博斯腾湖是焉耆盆地入湖河流、灌区排水以及地下水的总汇。湖水位受入湖河流径流量影响很大。湖水的含盐量和总盐量受入湖河流入流量、引水、排水以及孔雀河的径流量、含盐量等多重影响。由于不同部位补给源和循环状况不同,湖水含盐量平面空间分布不均。湖水水质类型早期与入湖河水接近,后因大量农田废水进入,渐渐接近于灌区地下水类型。西泵站的运行对博斯腾湖的水盐输出作用明显。
(9)田间水分循环、盐分迁移聚集因蒸发、灌溉及排水等多重作用而变得十分复杂。土壤含水量、土壤(水)含盐量的剖面分布和动态变化对蒸发、灌溉、排水响应强烈,随灌溉次数出现多次明显波动。土壤在灌排前后脱盐和积盐交替出现,总体表现为脱盐。灌排对土壤的脱盐效果在土地开荒初期明显,而多年后趋于稳定。长期间歇性灌排使土壤纵横剖面盐分空间分布截然不同(排水时毛细饱和带水侧向运动加强的缘故)。浅、深部地下水的水位、含盐量的宏观动态变化趋势一致,但浅部地下水水位和含盐量在灌排期间会出现明显的上下波动。排渠的排水量和排盐量对灌水响应较快,灌水后迅速增加,灌水结束后慢慢消退,逐渐与灌区区域地下水水位和含盐量接近。
(10)盆地内各级次水分、盐分的输入输出项不同。20世纪50年代以来,绿洲区、博斯腾湖和整个盆地的水盐输入输出以及生态环境受引水、灌溉、排水以及西泵站等人类活动影响显著。
(11)焉耆盆地水盐调控从水资源调配入手,从区域、绿洲、博斯腾湖三个层次展开。区域调控着眼于控制河流引水量,节水灌溉,减少绿洲农田盐分输入;通过地表水、地下水联合利用,控制灌区地下水位,减少地下水蒸发,缓解灌区土壤积盐,增加博斯腾湖入湖淡水量;加强侧排,将灌区土壤过多盐分搬出绿洲;同时要为绿洲排盐寻求出路。绿洲区调控,首先必须合理规划开荒规模,其次是综合运用农业、生物、化学等措施改良盐渍化土壤。以水资源合理配置(地表水、地下水联合利用)和水利工程措施作为主要调控手段。后者主要是改进灌排方式,如推广节水灌溉、加强侧排、发展井灌井排、生物排水以及微咸水再灌溉等。博斯腾湖调控包括三个方案。方案一是维持绿洲区排盐现状,加强湖区水盐循环;其二是盐分分区截留,就地安排盐分汇集去处;其三是开都河增设分支或东支改道。
本文主要特色包括:①从水文循环原理出发,将水盐运动视为一体,系统研究焉耆盆地天然和人类“引、灌、排”条件下不同级次(区域、水系源到汇、博斯腾湖、田间)的水文循环与盐分迁移聚集特征,揭示了干旱内流盆地水文循环一盐分迁移聚集模式;②提出了兼顾节水灌溉、防治盐碱化、减少肥料流失和保护生态环境的综合水盐调控对策与措施。