Journal of Water Resources Research 水资源研究, 2012, 1, 304-309 doi:10.4236/jwrr.2012.15046 Published Online October 2012 (http://www.hanspub.org/journal/jwrr.html) Copyright © 2012 Hanspub 304 Impacts of Recent Human Activities on Runoff of the Hotan River Flowing into the Tarim River * Xiaohua Fu 1,2 , Bing Shen 2 , Lingmei Huang 2 1 College of Hydrology and Water Resource, Hohai University, Nanjing 2 Key Laboratory of Northwest Water Resources and Environmental Ecology, Xi’an University of Technology, Xi’an Email: fxh9034@sina.com Received: May 14 th , 2012; revised: May 29 th , 2012; accepted: Jun. 7 th , 2012 Abstract: In recent years, the water quantity of the Hotan River flowing into the Tarim River sharply reduces for three years, and the operation of the Wuluwati Reservoir and the land use of the Hotan Oasis in recent years changes greatly, which may affect the water quantity of the Hotan River which inflows into the Tarim River. In this paper, based on the runoff data of five hydrological station in the Hotan River Basin and the data by RS in 2004, 2009, analyzed the impact of the Wuluwati Reservoir and land-use changes to the Tarim River. The results showed that the water quantity of the two tributaries of Hotan River had the indistinct in- creasing trend, the water quantity of the Xiata Hydrologic Station had the indistinct decreasing trend. The operation of the Wuluwati Reservoir changed annual runoff distribution of the Kalakashi River, cut the peak flow down too much, increased the loss of the river channel on the way, led to cut down the outflow of oasis, and affected the water quantity of the Hotan River flowing into the Tarim River. Part areas of unused land changed the areas of cultivated land, the indistinct increasing areas of cultivated land draw into much runoff of the Hotan River, which increased the inter-annual variability of the main stream and had great impact on the water quantity from the Hotan River to the Tarim River. Analysis of the impacts of recent human activi- ties on runoff of the Hotan River flowing into the Tarim River can be used to give some reasonable sugges- tions and feasibility measures for the operation of the Wuluwati Reservoir in the future and water resources development and utilization in the Hotan River basin. Keywords: The Hotan River Basin; Water Conveyance to the Tarim River; Runoff Variation; The Wuluwati Reservoir; Land Use Change 近期人类活动对和田河汇入塔里木河径流的影响 * 付晓花 1,2 ,沈 冰 2 ,黄领梅 2 1 河海大学水文水资源学院,南京 2 西安理工大学,西北水资源与环境生态教育部重点实验室,西安 Email: fxh9034@sina.com 收稿日期:2012 年5 月14 日;修回日期:2012 年5 月29 日;录用日期:2012 年6 月7 日 摘 要:由于近年来和田河流入塔里木河的水量连续三年大幅减少,乌鲁瓦提水库的运行与近年来和 田绿洲土地利用变化较大,可能影响和田河向塔里木河输水量。为此,本文利用和田河流域上5 个水 文站的径流资料和2004、2009年和田卫片资料,研究了乌鲁瓦提水库与土地利用变化对塔里木河输 水的影响。结果表明:和田河两支流来水量有不显著的递增趋势,干流肖塔站有不显著的递减趋势。 乌鲁瓦提水库的运行,改变了喀拉喀什河径流的年内分配,过多削减洪峰流量而增大了沿程河道损失, 使流出绿洲水量较小,影响了和田河汇入塔里木河的水量。部分未利用土地转为农用地面积,灌溉面 * 基金项目:国家自然科学基金项目(51109176)。 作者简介:付晓花(1990-),女,陕西西安人,河海大学,硕士,主要从事水资源系统规划与管理研究。 付晓花,等:近期人类活动对和田河汇入塔里木河径流的影响 Copyright © 2012 Hanspub 第 1 卷 · 第 5 期 305 积显著增加,使和田河径流大部分用于灌溉,加大了和田河干流的年际变化,对和田河汇入塔里木河 的水量有很大影响。分析近期人类活动对和田河汇入塔里木河径流的影响,为今后乌鲁瓦提水库的运 行方式与和田河流域水资源合理开发利用提出建议和可行性措施。 关键词:和田河流域;塔河供水;径流变化;乌鲁瓦提水库;土地利用变化 1. 引言 塔里木河是世界上最大内陆河,位于新疆南部, 历史上环塔里木盆地的九大水系都对塔里木河干流 有贡献,由于源流区人类活动及气候变化的影响,近 50 年来补给塔里木河干流的源流条数已减少到4 条, 水量也在不断减少,加之塔里木河干流区上中游段耗 水严重,导致20世纪后期下游水量持续减少、河道 断流、水质恶化、大片胡杨死亡、生态环境恶化,塔 克拉玛干沙漠和库姆塔格沙漠间的“绿色长廊”急剧 萎缩,塔克拉玛干沙漠和库姆塔格沙漠已呈合拢趋 势,沙漠化过程加剧发展,已威胁到塔里木河的生命 健康,制约流域经济社会和生态环境的可持续发展。 和田河是塔里木河四大源流之一,其径流量的变 化影响着塔里木河干流的输水,对塔里木河水量丰枯 变化十分重要,影响着塔里木河下游的生态环境。 统计分析表明:1957~2010年,和田河两条支流 多年平均径流量:玉龙喀什河(简称“玉河”)22.66 亿 m 3 ,喀拉喀什河(简称“喀河”)21.83 亿m 3 ,1961~2009 年以来,和田河肖塔站的多年平均径流量为9.77亿 m 3 ,达到塔里木河流域水利委员会规定的输水要求。 分析近几年径流资料可知,2007 年玉河出山口处的同 古孜洛克站(简称“同站”)年径流量20.98亿m 3 ,喀 河出山口处的乌鲁瓦提站(简称“乌站”)年径流量 21.10 亿m 3 ,来水量接近多年平均水平,和田河肖塔 站的年径流量仅为3.04亿m 3 ,与多年均值相比减少 了68.9%;2008 年玉河同站年径流量22.05 亿m 3 ,喀 河乌站年径流量21.78亿m 3 ,肖塔站的年径流量为 2.69亿m 3 ,同比减少72.5%;2009年玉河同站年径 流量22.04 亿m 3 ,喀河乌站年径流量21.75 亿m 3 ,肖 塔站的年径流量仅为1.5 亿m 3 ,同比减少84.6%。和 田河输入塔里木河连续三年如此大幅度减少,这种异 常现象如果持续发展下去,会使塔里木河断流更加严 重,生态环境更加恶化,沙漠化过程加剧发展,流域 经济和生态环境的可持续发展受到威胁。 近年来,随着乌鲁瓦提水库的运行与和田绿洲耕 地面积显著扩大,有必要提出“近期人类活动对和田 河汇入塔里木河径流的影响”这一课题,以期对和田 河流域水资源的合理配置与可持续发展、保护塔里木 河下游生态环境提供科学依据。 2. 研究区概况 和田河流域位于我国新疆极端干旱区,喀喇昆仑 山和昆仑山北麓,新疆维吾尔自治区南端,塔里木盆 地南部边缘。和田河是昆仑山北坡的第二大河流,由 南向北流入塔里木盆地,穿越塔克拉玛干沙漠,最终 汇入塔里木河 [1] 。和田河由东西两大支流组成,即西 支喀拉喀什河和东支玉龙喀什河。玉河在出山口处设 有同古孜洛克水文站,同站以上集水面积14,575 km 2 ; 在接近阔什拉什(两支流汇合口处)处设艾格里亚水文 站,玉河自河源至同站河长315 km,至阔什拉什长 504 km。喀河在出山口处设乌鲁瓦提水文站,乌站以 上集水面积19,983 km 2 ,在接近阔什拉什处设吐直鲁 克水文站,喀河自河源至乌站的河长564 km,至阔什 拉什长808 km。两支流在阔什拉什汇合后称和田河。 和田河干流始于阔什拉什,终于肖夹克,在塔克拉玛 干沙漠里穿行319 km后汇入塔里木河。和田河下游 距汇合口26 km处设有肖塔水文站,控制流域面积 48,870 km 2 ,可作为和田河流入塔里木河的控制站, 现在由阿克苏国营农场管理并观测汇入塔里木河的 水量和水质。 3. 和田河径流变化分析 3.1. 年径流累积曲线分析 和田河历史悠久,没有水就没有绿洲,也就没有 灌溉农业。因而,和田绿洲内的人类活动跟径流量的 稳定息息相关。本文用径流量的累积曲线分析和田河 的径流受人类活动及周围环境的影响程度。关于径流 量累积曲线,对于正常的水文年份,如果不受外界人 付晓花,等:近期人类活动对和田河汇入塔里木河径流的影响 Copyright © 2012 Hanspub 第 1 卷 · 第 5 期 306 类活动干扰,各年的来水量虽然有丰枯变化,径流累 积点据会有波动,但没有系统偏离。如果受到外界人 类活动影响,径流累积点据就会发生明显的系统偏离 [2] 。 由实测资料绘制和田河三个水文站的年径流累 积曲线,如图1 所示。 由图1 可知,从1957~2010 年,玉河和喀河的年 径流量累积曲线上的点据虽都有波动,但基本上呈直 线变化,点据波动主要是因为水文序列的随机性造成 的,所以可以确定和田河上游出山口径流量基本上未 受人类活动的影响。而肖塔站年径流量序列的累积曲 线点据在1991年之前基本上呈直线;之后,曲线偏 离原来的直线趋势,由此可以确定受到一定程度人类 活动的影响。 3.2. 和田河径流特征分析 3.2.1. 径流的年际变化 根据实测资料分析,1957~2010年间和田河东西 两支流的变差系数Cv分别为0.22 和0.19,1957~2002 年间分别为0.22 和0.19,2003~2010 年间分别为0.22 和0.17。由此可知,和田河两支流年径流量变化较平 稳,且在2002年乌鲁瓦提水库运行前后变差系数变 化不大,喀河径流量的年际变化较玉河平稳。相反, 1961~2009年间和田河干流肖塔站变差系数Cv为 0.61,1961~2002 年间为0.58,2003~2009 年间为0.91。 可见,和田河的出流量,即肖塔站的年径流量年际变 化很大,尤其在2002 年以后,肖塔站变化幅度更大。 和田河两支流年际变化小,这可能与和田河流域的地 理位置与气候条件决定的主要补给源有关。干流肖塔 站的径流年际变化大,分析其主要原因,和田河径流 在到达肖塔站之前,经过和田绿洲,塔克拉玛干沙漠, Figure 1. The accumulative curves of runoff of 3 hydrological sta- tion in the Hotan River 图1. 和田河3 个水文站年径流量累积曲线 沿途蒸发、渗漏、漫溢损失严重,近几年耕地面积大 幅增加,沿途引水量增加,受人类活动及气候等各方 面因素影响较大。 3.2.2. 径流的年内变化 和田河流域的地理位置和气候环境决定了高山 区的冰川和积雪是该流域径流最主要的补给来源,其 径流组成决定了径流变化必然与气温变化密切联系。 根据实测资料计算,玉河与喀河的径流年内分配极不 均匀,其中1957~2010 年间玉河夏季径流占79.18%, 喀河占69.94%,体现了冰川补给型河流的特点,表明 两支流夏季防洪问题突出;春季所占比例较少,玉河 与喀河分别占6.00%和11.23%,天然径流量不能满足 灌溉用水的需求,易出现春旱,影响农业经济发展。 1957~2002年间玉河与喀河夏季径流分别占79.64%和 71.85%,春季径流分别占5.86%和10.24%;2003~2010 年间玉河与喀河夏季径流分别占76.76%和60.23%, 春季径流分别占6.72%和16.28%。可以看出,2002 年以后两河相对1957~2010 多年平均值,夏季所占比 例均有减少,春季比例均有增加,但玉河年内分配变 化不明显,喀河夏季比多年平均比例减少了9.71%, 春季增加了5.05%。可见乌鲁瓦提水库对缓解春旱夏 洪起到了显著的作用。 而干流肖塔站径流量全部集中在汛期(6~9月), 和田河干流径流的年内分配,与上游东西两支流玉 河、喀河的年内分配和灌区引水有关,上游两支流的 径流大部分集中在6~9 月,而6 月的上游来水主要补 给水库的蓄水、满足干流干涸河床的蒸发渗漏损失 等,因而少有余水流至肖塔站 [3] ,汇入塔里木河。肖 塔站径流主要集中在7~9 月份。 3.2.3. 径流的趋势分析 本文采用Mann-Kendall秩次相关检验法分析和 田河3 个水文站年径流序列的变化趋势,选显著性水 平α = 0.10,经计算,和田河3 个水文站年径流序列 的趋势变化见表1。由表1可知,和田河两支流年径 流均有不显著的递增趋势,且喀河增加趋势较玉河明 显,干流肖塔站年径流有不显著的递减趋势。 3.3. 和田河来水量变化对肖塔站出流量的影响 由实测资料分析计算和田两河来水与肖塔站出 付晓花,等:近期人类活动对和田河汇入塔里木河径流的影响 Copyright © 2012 Hanspub 第 1 卷 · 第 5 期 307 Table 1. The trend analysis of runoff sequence of 3 hydrological station in the Hotan River 表1. 和田河3 个水文站年径流序列的趋势分析 站名 检验统计量U 显著水平α 临界值U α/2 判别结果 趋势性 同古孜 洛克站 0.0485 0.10 1.64 |U| < U α/2 不显 著递增 乌鲁瓦 提站 0.511 0.10 1.64 |U| < U α/2 不显 著递增 肖塔站 –1.0559 0.10 1.64 |U| < U α/2 不显 著递减 流量的相关关系,计算得:由1962~2009年实测资料 (因1961年实测数据偏离点群较远,可能与肖塔站刚 建站数据不可靠有关,故未选取该数据参与相关分析) 分析计算二者的相关系数R 2 = 0.7996,由1962~2002 年实测资料分析计算和田两河来水与肖塔出流量之 间有很好的直线相关关系,相关系数R 2 = 0.9054,相 关公式为: W 肖出 = 0.6961 × W 来水 – 19.635 (3.1) 根据(3.1)式,由2002 年以后和田两河来水推算肖 塔站出流量,发现实测值均比推算值偏小,2007、 2008、2009 年明显偏小: 1) 2007年两河来水量为42.08亿m 3 ,推算肖塔 站出流量9.66 亿m 3 ,实际出流量为3.04 亿m 3 ,比推 算值少了6.62 亿m 3 ; 2) 2008年两河来水量为43.83亿m 3 ,推算肖塔 站出流量10.88亿m 3 ,实际出流量为2.69亿m 3 ,比 推算值少了8.19 亿m 3 ; 3) 2009年两河来水量为43.79亿m 3 ,推算肖塔 站出流量10.84亿m 3 ,实际出流量为1.50亿m 3 ,比 推算值少了9.34 亿m 3 。 可见,2002 年以后和田河两支流径流总量与肖塔 站出流量相关性减小,这种变化与近年来人类活动的 影响关系密切。山区径流形成区人类活动影响不大, 和田河两支流基本保持了天然状态,当河流出山口流 进平原灌区后,径流受人类活动特别是绿洲灌溉耕地 面积变化和灌溉引用水量的影响较大。近几年,和田 地区不断扩大农业耕地,增加灌溉面积,这种变化必 然影响和田河两支流来水量与肖塔站出流量的相关 关系。 此外,2002 年在和田河西支喀河上修建乌鲁瓦提 水库,为减少喀河每年防洪抢险所投入的人力物力损 耗,将常遇洪水的洪峰流量削减到500 m 3 /s 以下,同 时,为改善下游已建水利设施和防洪工程标准低的不 利状况,缩减防洪工程的投资,利用防洪库容将50 年一遇的洪峰流量削减到890 m 3 /s [4] 。乌鲁瓦提水库 使上游来水年内分配发生了变化,汛期水量没有之前 集中,而和田河出山口径流只有在汛期才能流经塔克 拉玛干沙漠到达塔里木河,所以乌鲁瓦提水库的运行 对近几年肖塔站出流量减少影响很大。 3.4. 和田河流出绿洲水量分析 位于绿洲下游接近两河汇合口处新建的两处水文 站,即喀河吐直鲁克站和玉河艾格里亚站,这两站的 实测值可以代表绿洲的流出水量 [5] 。以乌鲁瓦提水文 站和吐直鲁克站年径流量分别代表喀河上游来水量和 流出绿洲水量,以同古孜洛克水文站和艾格里亚站年 径流量分别代表玉河上游来水量和流出绿洲水量,对 比分析乌鲁瓦提水库对流出绿洲水量的影响。2007、 2008、2009三年和田河各水文站观测资料见表2。 由表2 可知,在喀河与玉河出山口来水量都接近 多年平均值的情况下,喀河流出绿洲水量明显小于玉 河流出绿洲水量。由此可以判断,喀河流出绿洲水量 减少是2007~2009年和田河流入塔里木河水量减少的 Table 2. The statistics of observational data of the Hotan River 表2. 和田河观测资料统计 年份 玉龙喀什河 喀拉喀什河 同古孜洛克站 艾格里亚站 乌鲁瓦提站 吐直鲁克站 径流量(亿m 3 ) 洪峰流量(m 3 /s) 径流量(亿m 3 ) 洪峰流量(m 3 /s) 径流量(亿m 3 ) 洪峰流量(m 3 /s) 径流量(亿m 3 ) 洪峰流量(m 3 /s) 2007 20.98 758.00 8.25 633.00 21.11 385.00 0.56 129.00 2008 22.05 728.00 9.66 736.00 21.78 347.00 1.51 276.00 2009 22.04 500.00 5.40 349.00 21.75 350.00 0.41 107.00 多年均值 21.69 7.77 21.55 0.83 付晓花,等:近期人类活动对和田河汇入塔里木河径流的影响 Copyright © 2012 Hanspub 第 1 卷 · 第 5 期 308 重要因素之一。而出现喀河流出绿洲水量小于玉河这 种状况的原因有多种可能性,其中有主要由于绿洲用 水量过多,以及乌鲁瓦提水库汛期过多削减洪峰流量 所致(虽然两河的流程与河势不同,但二者的相似之处 在于,流量大时损失小,流量小时损失大 [5] )。需要调 查了解喀河引水口,应严格控制引水量。和田河只在 汛期才有水量流入塔里木河,如果过多削减洪峰流 量,势必造成河水沿途损失大,减少向塔里木河的输 水。 从表2 中,对比喀河与玉河洪峰流量,可以明显 的发现,玉河洪峰流量比喀河洪峰流量大,再加上乌 鲁瓦提水库过多削减洪峰流量,使得喀河沿程损失严 重,导致喀河流出绿洲水量小于玉河流出绿洲水量。 4. 土地利用变化对塔里木河输水的影响 满苏尔·沙比提等 [6] 研究和田河流域年内新增耕 地面积与耗水量(从和田河出山口至和田河肖塔站之 间减少的径流量作为该流域的耗水量)之间具有较好 的正相关,年内耕地面积增加时,流域耗水量也相应 的增加,结果使和田河向塔里木河干流下泄的水量更 加减少。由3.2.3节分析可知塔里木河源流之一和田 河的出山口径流量呈增加趋势,但其下泄至塔里木河 的水量呈减少趋势,结合满苏尔·沙比提等的研究结 果可知,这种减少趋势与和田绿洲耕地面积的变化密 切相关。本节重点研究和田绿洲的耕地面积变化,以 了解土地利用变化对和田河向塔里木河输水的影响。 4.1. 耕地变化速度 单一土地利用动态变化可定量描述区域一定时 间范围内某种土地利用类型的变化速度,对比较土地 利用变化的区域差异和预测未来土地利用变化趋势 都具有积极的作用 [7] 。公式为: 1 100% ab a UU R UT − =×× (4.1) 式中,U a 、U b 分别为研究初期及研究末期某种土地利 用类型的面积;T为研究期时段长。当T设定为年时, R为研究时段内某一土地类型的年变化率 [6] 。 根据公式(4.1),计算出和田绿洲耕地利用的年变 化率(其中2004年耕地面积166,044 hm 2 ,2009年耕 地面积为309251.5 hm 2 )。结果表明,2004~2009 年5a 间,和田绿洲耕地利用的年均变化率为17.2%。可见, 和田绿洲这5 年间的耕地面积急剧增长。 4.2. 耕地时空变化趋势 耕地是受人类活动影响最大的土地类型,其动态 变化特征已成为研究土地利用变化的重要内容 [8] 。通 过对和田地区2004 年与2009 年遥感影像及耕地变化 图进行叠加分析,得到耕地动态变化,如图2和图3 所示。 虽然两次卫片资料监测的分辨率不同,但从图2 与图3可以清楚地看到,2004年未利用土地在2009 年土地利用现状图上大部分转为农用地,还有部分转 为水域,农用地面积的显著增加,使得灌溉用水量增 加。由于和田河新增加的耕地面积与耗水量有较好的 正相关关系,对和田河向塔里木河输水影响很大。 5. 结论与建议 5.1. 结论 和田河两支流来水量年际变化小,有不显著的递 增趋势,干流肖塔站年径流年际变化大,有不显著的 递减趋势。乌鲁瓦提水库运行前后和田河上游来水量 变化不大,但由于乌鲁瓦提水库的运行,改变了喀河 水量的年内分配,使得喀河水量汛期没有之前集中, 且由于防洪抢险要求,过多削减洪峰流量,增加了 Figure 2. The present land-use map in 2004 in the Hotan River 图2. 和田地区2004 年土地利用现状图 付晓花,等:近期人类活动对和田河汇入塔里木河径流的影响 Copyright © 2012 Hanspub 第 1 卷 · 第 5 期 309 Figure 3. The present land-use map in 2009 in the Hotan River 图3. 和田地区2009 年土地利用现状图 沿途河道损失,流出绿洲水量较小,致使和田河流入 塔里木河的水量逐年减少,甚至出现2007~2009 连续 三年大幅度减少。 和田耕地利用的年均变化率为17.2%,大部分未 利用土地转为农用地面积,灌溉面积显著增加,使和 田河径流大部分被引用于灌溉流域耕地,加大了和田 河干流的年际变化。由于和田河新增加的耕地面积与 耗水量有较好的正相关关系,对和田河向塔里木河输 水有很大的影响。 乌鲁瓦提水库在汛期将来水大量蓄存在水库中, 人为减少向下游河道输水,就是为满足急剧增长的耕 地面积所需的灌溉用水;耕地面积不断扩大,人们大 量引用河道水量,从而增加了从和田河输往塔里木河 的耗水量。可见,土地利用变化是影响和田河向塔里 木河输水量减少的关键因素。 5.2. 建议 1) 由于和田河流域土地资源丰富,水资源紧缺, 而土地和水利管理部门对两种资源的管理相对独立, 在一定程度上忽视了水资源承载能力而过度增加了 经济发展用水,而挤占了生态用水。应建立全流域水 资源统一管理体制,有效控制和田绿洲的灌溉面积, 从而控制引水量,确保流域水资源的合理高效利用。 2) 加固喀拉喀什河在绿洲区域内的堤防,使之具 备必要的行洪能力,适当调整乌鲁瓦提水利枢纽的调 度方案,使之在汛期不至因为防洪要求而过多削减洪 峰。同时,尽量保持喀拉喀什河与玉龙喀什河两河同 步下泄,以减少河道沿程水量损失。 3) 加快和田河干流的河道整治工作,使洪水畅 泄,提高输水效率,保证沿河绿色走廊以及和田河每 年向塔里木河输水的全流域整体生态目标。 参考文献 (References) [1] 黄领梅, 沈冰, 宋孝玉, 等. 和田河流域地表径流变化分析 [J]. 沈阳农业大学学报, 2004, 35(5-6): 513-515. 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