1　西北地區(qū)內(nèi)陸河流域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀

西北地區(qū)內(nèi)陸河流域下游的生態(tài)環(huán)境長期以來呈總體的退化趨勢，特別是近50年來，其退化速度進一步加快，主要表現(xiàn)為：地表水、地下水、土壤水鹽化現(xiàn)象加速，使水質(zhì)惡化、土地鹽堿化問題日趨突出；下游地表水量劇減，地下水潛水面下降，造成了土地全面退化，沙漠化現(xiàn)象嚴重；下游綠洲大面積退化，植被體系衰退：植物種群向極端的方向（耐旱、耐鹽）發(fā)展，植物群落總體上呈負向演替，向低級化、簡單化趨勢發(fā)展，群落景觀呈現(xiàn)出碎片化、島嶼化。在此基礎(chǔ)上形成的生態(tài)系統(tǒng)更加脆弱，抗干擾性更小，極易失衡向鹽堿化、沙漠化方向發(fā)展。

這些問題在新疆、青海、甘肅、內(nèi)蒙等地均有不同程度的存在。僅以黑河下游弱水三角洲地區(qū)為例。50年代以前，該地區(qū)曾分布連片茂密的沙棗、胡楊、紅柳、梭梭、蘆葦、芨芨草等灌叢草甸，到70年代末，沙棗、胡楊林減少了5.76萬hm[2]，植被覆蓋率大于30%的灌叢草場減少了327.18萬hm[2]。三角洲內(nèi)的以紅柳、梭梭、蘆葦及芨芨草為主的灌叢草甸也大面積退化并逐漸被枸杞、駱駝刺及紅砂等旱生或超旱生荒漠草甸所取代。與此同時，土壤鹽堿化和沙漠化在黑河流域也迅速發(fā)展，下游地區(qū)有35.09萬hm[2]的水域、森林草場變成鹽堿地和沙漠，土地年退化面積1.1～1.3萬hm[2]。

2　西北地區(qū)內(nèi)陸河流域生態(tài)環(huán)境惡化的原因

2.1　西北地區(qū)的長期干旱化趨勢是其生態(tài)環(huán)境惡化的根本原因

有關(guān)研究表明，中國西北地區(qū)正處于干旱快速發(fā)展的時期，并且將來還會向持續(xù)干旱化方向發(fā)展。而造成這種長期持續(xù)干旱化的原因則是晚新生代以來青藏高原的持續(xù)隆升。它使中國宏觀氣候由緯向分帶變?yōu)榻?jīng)向分帶為主，從而使現(xiàn)代四大水文循環(huán)系統(tǒng)，即太平洋水文循環(huán)系統(tǒng)、印度洋水文循環(huán)系統(tǒng)、北冰洋水文循環(huán)系統(tǒng)與鄂霍次克海水文循環(huán)系統(tǒng)，成為控制中國水資源時空分布的基本因素，中國西北地區(qū)正好處于四大水文循環(huán)的空缺帶，其地理位置決定了西北內(nèi)陸河流域內(nèi)近地表大氣層水分含量少，降水稀缺，水分收支失衡，地下水位下降，氣候長期向干旱化方向發(fā)展，且主要靠封閉性流域水文循環(huán)系統(tǒng)和水分垂直循環(huán)系統(tǒng)維護其生態(tài)系統(tǒng)的水分均衡。流域內(nèi)蒸發(fā)力大的氣候條件和相對封閉的地形條件則決定了流域水文循環(huán)系統(tǒng)中水分的最終去向只能以蒸發(fā)輸出方式為主，由于基本沒有鹽分排泄去路，流域?qū)⑹冀K處于鹽分積累過程中，尤其是在局部流動系統(tǒng)和區(qū)域流動系統(tǒng)的匯區(qū)，地表水、地下水、土壤水中的含鹽量不斷增高。

由于西北地區(qū)土壤的水、鹽背景值及其分布是決定植物生態(tài)種群自然選擇的關(guān)鍵因子，因此總體上的水資源極端匱乏造成了西北內(nèi)陸河流域生態(tài)環(huán)境的脆弱性。

2.2　水資源的不合理開發(fā)利用導(dǎo)致脆弱的生態(tài)環(huán)境進一步惡化

2.2.1　水資源系統(tǒng)性的認識不足導(dǎo)致過度開采

西北地區(qū)內(nèi)陸河流域水資源系統(tǒng)一般都與其他表流域系統(tǒng)的范圍相一致，跨越不同的行政區(qū)劃，且在系統(tǒng)內(nèi)水資源量的分布極不均勻；地表水系統(tǒng)與地下水系統(tǒng)間轉(zhuǎn)化頻繁，水力聯(lián)系密切，相互影響與制約作用強烈，牽動系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，都可能對其它環(huán)節(jié)產(chǎn)生不同程度的影響，甚至導(dǎo)致其空缺。而在以往的水資源開發(fā)中，缺少對水資源的系統(tǒng)特點的認識，對其采取上、中、下游分段評價與開采，導(dǎo)致了水資源量的重復(fù)計算，中上游地表水和地下水過量開采和下游河道斷流，下游地下水位下降，使原本就極不均衡的水資源在人為作用下分布更趨于極端化，最終導(dǎo)致了流域水資源系統(tǒng)的失穩(wěn)，使下游自然生態(tài)環(huán)境進一步惡化。

2.2.2　水資源分配中沒有考慮自然生態(tài)用水

在部分地區(qū)，雖然認識到了水資源的系統(tǒng)性，對其使用進行了統(tǒng)籌規(guī)劃，但只考慮到人工生態(tài)用水、工業(yè)用水與生活用水，沒有考慮自然生態(tài)用水，所以現(xiàn)有的流域水資源分配一般是在中游大量引用地表水或提取地下水進行農(nóng)業(yè)灌溉，而對下游則只考慮分配其生活用水，沒有為其自然生態(tài)用水預(yù)留配額，導(dǎo)致下游地區(qū)地下水位下降至生態(tài)水位以下，地表植被迅速惡化。

2.2.3　對自然生態(tài)用水機理不清而導(dǎo)致配水有效性低

一些地區(qū)雖然定期為流域下游分送一定水量，但由于對流域水資源與生態(tài)環(huán)境耦合關(guān)系不清，尤其是對下游植被年內(nèi)需水量的動態(tài)規(guī)律不清，導(dǎo)致配水多集中在下半年，對下游地表生態(tài)的保護和恢復(fù)作用不大，并易加劇鹽堿化。另外，年度配水量也不足以使下游地下水達到生態(tài)水位，難以為地表植被利用，因此大部分為無效水。

3　西北地區(qū)內(nèi)陸河流域面向生態(tài)環(huán)境的水資源開發(fā)模式

3.1　流域水資源的開發(fā)與分配必須要面向生態(tài)環(huán)境

生態(tài)環(huán)境必須要求有足夠的水量來維系。鑒于西北地區(qū)內(nèi)陸河流域水資源系統(tǒng)特點及生態(tài)環(huán)境特點，在進行水資源開發(fā)時，必須考慮其引起的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，確定面向生態(tài)環(huán)境的流域水資源的開發(fā)和分配方案，即將水資源作為一個動態(tài)系統(tǒng)，考慮其時空分布及內(nèi)部各種水資源間的相互轉(zhuǎn)化，在維護現(xiàn)有流域水資源系統(tǒng)的宏觀穩(wěn)定態(tài)及流域生態(tài)環(huán)境平衡的基礎(chǔ)上確定水資源的開發(fā)方案，對開發(fā)出的水資源也要進行統(tǒng)籌安排、系統(tǒng)分配，以獲得最大效益。

3.2　面向生態(tài)環(huán)境的流域水資源開發(fā)與分配的基本模式

為了對流域水資源進行科學(xué)分配以保護生態(tài)環(huán)境，必須分析水資源與生態(tài)環(huán)境的耦合關(guān)系，建立其耦合模型，進行水資源開發(fā)方案的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價。其基本思路是：建立流域水資源系統(tǒng)模型和生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)模型，將水資源的開發(fā)作為水資源系統(tǒng)的輸入，由水資源系統(tǒng)模型得到其輸出，該輸出同時是生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)的輸入，再由生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)模型得到其輸出，即流域生態(tài)環(huán)境可能的變化。其過程見圖1。通過上述耦合關(guān)系的分析，繼而可以對流域水資源開發(fā)方案可能引起的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)進行評價。為此，需要開展的研究如下：

3.2.1　流域生態(tài)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與系統(tǒng)分析

調(diào)查內(nèi)容包括流域內(nèi)現(xiàn)有植被的種類、分布、生長狀況及其所對應(yīng)的水、鹽等對植被影響較大、易受外界干擾的淺地表地質(zhì)環(huán)境因子。根據(jù)植物在不同的地質(zhì)環(huán)境因子下的生長狀況，分析不同植物的生存域，即植物對水、鹽等地質(zhì)環(huán)境因子組合的適應(yīng)范圍。從而確定地質(zhì)環(huán)境因子的變化對植被演替的作用，以及地質(zhì)環(huán)境因子間的相互作用，尤其是地下水位這一受水資源開發(fā)影響最大的地質(zhì)環(huán)境因子對其它環(huán)境因子的影響，建立生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)模型，模擬各種輸入對其產(chǎn)生的影響及其相應(yīng)輸出。

3.2.2　流域水資源系統(tǒng)分析

將整個流域的地表水與地下水作為一個系統(tǒng)。研究其結(jié)構(gòu)特點和環(huán)境特點，分析其動力學(xué)機制，建立系統(tǒng)模型，研究各種輸入下水資源系統(tǒng)的輸出。

3.2.3　流域水資源系統(tǒng)與生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)的耦合模型

將水資源的開發(fā)作為水資源系統(tǒng)的輸入，由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析該輸入對水資源系統(tǒng)的作用，預(yù)測其輸出，如地下水位及地表徑流的變化等。并將其作為生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)的輸入，通過分析地下水位對其它各地質(zhì)因子的作用以及它們一起對植被的作用，確定可能引起的生態(tài)環(huán)境變化，并以此作為生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)的輸出。

3.2.4　　流域水資源開發(fā)方案的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)預(yù)測

利用上述耦合關(guān)系，對流域水資源開發(fā)方案的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)進行預(yù)測性評價，為確定合理的流域水資源開發(fā)方案提供生態(tài)環(huán)境方面的依據(jù)。

3.3　研究中的關(guān)鍵問題

3.3.1　水資源系統(tǒng)的滯后與延遲效應(yīng)

水資源的開發(fā)所造成的水資源系統(tǒng)的改變并不能立即反映在它的輸出中，而是有一個滯后，因此中上游的水資源開采并不能立即反映為下游地下水位的變化。不同的流域水資源系統(tǒng)，甚至同一流域水資源系統(tǒng)在不同的開發(fā)方案下，其輸出的滯后也有長有短。而西北干旱區(qū)植被的需水量在年內(nèi)差異較大，所以在進行分析時必須考慮這個滯后時間。水資源的開發(fā)對流域水資源系統(tǒng)的影響還具有延遲效應(yīng)，在常年開發(fā)的情況下必須考慮各個階段水資源開發(fā)對水資源系統(tǒng)的累計影響。因此，正確的考慮水資源系統(tǒng)的滯后效應(yīng)與延遲效應(yīng)，對水資源的合理開發(fā)具有重要意義。

3.3.2　水因子的漲落特點

西北干旱區(qū)內(nèi)陸河流域中的植被系統(tǒng)所具有的宏觀穩(wěn)定態(tài)較少，但作為一般系統(tǒng)，它也具有多態(tài)性。當水因子緩慢漲落時，植被系統(tǒng)產(chǎn)生適應(yīng)，通過自組織保持當前穩(wěn)定態(tài)或從某一穩(wěn)定態(tài)向其它穩(wěn)定態(tài)演替。但當水因子漲落幅度及速度較大，超過植被系統(tǒng)的適應(yīng)范圍和適應(yīng)速度時，它來不及適應(yīng)，現(xiàn)有穩(wěn)定態(tài)難以保持，而新的穩(wěn)定態(tài)也難以形成或保持，可能直接向其終態(tài)（沙漠化）方向演替。因此在水資源開發(fā)時，應(yīng)保持水因子的正常漲落幅度和速度。另外，還要注意水因子與其它生態(tài)因子的相互作用，在某些地區(qū)，水因子的漲落可能會對風因子和土壤因子等產(chǎn)生放大效應(yīng)，對植被系統(tǒng)產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的破壞作用。

3.3.3　植被的生活習(xí)性

在生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)分析過程中，要充分考慮植被的生活習(xí)性。不同植被對地下水與地表水的依賴程度不同，其年內(nèi)的需水量也有變化，這對流域內(nèi)自然生態(tài)配水的有效性有特殊意義。以胡樹為例，其繁殖期主要是在春季，而這個季節(jié)下游正處于干旱少雨期，降水不足以使小胡楊萌芽成活，此時地表水的配給對胡楊的繁殖就十分重要。如果河道來水仍集中在中游農(nóng)作物成熟后的九月份，其有效性顯然不高。

4　結(jié)論

天然條件下的長期干旱化趨勢造成了西北地區(qū)內(nèi)陸河流域生態(tài)環(huán)境的脆弱性，而水資源的不合理開發(fā)利用則使流域水資源系統(tǒng)的天然時空分布改變，水、鹽失調(diào)，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境進一步惡化。產(chǎn)生水資源無序利用的原因是由于在開發(fā)方案中沒有弄清水資源系統(tǒng)、生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)的特點及其耦合關(guān)系而導(dǎo)致生態(tài)用水分配不足或其有效性不高。流域水資源開發(fā)要以水資源系統(tǒng)與生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)的耦合研究為基礎(chǔ)，在耦合模型中，將水資源開發(fā)作為水資源系統(tǒng)的輸入，其輸出作為生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)的輸入，分析生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)響應(yīng)的機理，對水資源開發(fā)方案的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)進行預(yù)測評價。在研究中要重視水資源系統(tǒng)的滯后與延遲效應(yīng)、地表植被的習(xí)性和水因子的漲落特點等關(guān)鍵問題。

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